Течение сжимаемой жидкости в трубе

При движении сжимаемой жидкости в трубах проявляются некоторые специфические особенности, свойственные сжимаемым средам. Воспользуемся для анализа основными уравнениями одномерного течения. Поскольку вдоль трубы площадь поперечного сечения не меняется, уравнение расхода принимает вид [c.248]

Для некоторых процессов соблюдение условий подобия в образце и модели облегчается благодаря свойству автомодельности. Степень воздействия критериев подобия на характеристики процесса различна. В некоторых условиях это влияние ослабевает настолько, что им можно пренебречь. В этом случае говорят о вырождении критериев подобия и проявлении свойства автомодельности. Например, при течении жидкости в трубе за пределами начального участка распределение скоростей перестает зависеть от длины трубы, и, следовательно, параметрический критерий lid (или x d) вырождается. При небольшом значении критерия Маха процессы течения и теплообмена не зависят от явления сжимаемости, которое этот критерий отражает, они автомодельны по отношению к этому критерию. Независимость процесса от каких-либо критериев подобия упрощает построение модели и поэтому желательна. [c.26]

В технике большое значение имеет теплообмен при больших числах Re. В связи с этим в гидродинамике и теплообмене вязкой жидкости важное место занимает теория пограничного слоя. В настоящее время методы пограничного слоя хорошо разработаны для несжимаемой жидкости и сжимаемого газа. Получены решения ряда задач о теплообмене и гидравлическом сопротивлении при ламинарном и турбулентном течении жидкости в трубах и соплах, задач о распределении скорости и температуры в неизотермических струях и ряда других задач. Наибольшее (распространение методы пограничного слоя получили при решении задач теплообмена и сопротивления при внешнем (безотрывном) обтекании тел. [c.11]

Рассмотрим течение сжимаемой жидкости с трением в теплоизолированной трубе постоянного сечения. Дифференциальное уравнение задачи можно получить с помощью табл. 3.1. В данном случае единственным воздействием является трение, т. е. силовое воздействие. Коэффициент пропорциональности между относительным приращением скорости и относительным приращением силы находится по табл. 3.1 в первой строке п пятом столбце. [c.46]

Эта формула с универсальными постоянными, определенными из опыта, во всем диапазоне изменения чисел Не (при турбулентном течении) хорошо согласуется с экспериментальными значениями коэффициента сопротивления. Эксперименты подтверждают также, что эта формула применима и для расчета сопротивления в трубах при течении сжимаемой жидкости с большими дозвуковыми скоростями. Это объясняется тем, что сопротивление зависит от числа Не = рп /ц, значение которого, на основании уравнения неразрывности, не меняется вдоль трубы и при течении сжимаемой жидкости (произведение плотности и скорости остается постоянным). [c.171]

При экспериментальном определении коэффициентов трения для полностью сформировавшегося потока сжимаемой жидкости в гладких трубах было установлено, что формула Кармана — Никурадзе для течения несжимаемой жидкости применима и для случая докритического потока сжимаемой жидкости в точках, удаленных от входного конца трубы на расстояние не менее 50 диаметров. [c.90]

Неустановившееся течение сжимаемой жидкости без трения в однородной упругой трубе. В некоторых случаях неустановившегося течения жидкости в трубопроводах и каналах распределенная масса жидкости оказывает столь же значительное влияние на процесс, как и сжимаемость жидкости, так как в этом случае эффектом момента количества движения нельзя пренебрегать. В этих условиях давление не остается постоянным по длине трубы и поэтому массу и упругость жидкости следует учитывать одновременно как распределенные параметры. Точно так же следует учитывать изменение плотности, скорости и расхода как во времени, так и в различных точках системы. Для общности в приводимом ниже исследовании учитывается и влияние упругости стенок каналов. [c.101]

Но иногда требование М < 1 оказывается недостаточным число Маха и сжатие среды могут быть малыми, в то время как смещения частиц не будут малы по сравнению с характерным размером движения жидкости. Это получится, если пространственная неоднородность поля определяется не волновым характером процесса, а геометрией задачи. Таково, например, движение в сферической волне вблизи центра (расхождение волны) или протекание жидкости в трубе переменного сечения. В этих случаях масштаб пространственной неоднородности не зависит от скорости звука и сохранился бы даже при полной несжимаемости среды. При таких движениях конвективная производная может не быть малой по сравнению с локальной производной даже при малом числе Маха поле быстро меняется в пространстве независимо от скорости временного изменения. Особенно нагляден пример установившегося протекания жидкости в трубе локальная производная любой величины, характеризующей течение, равна нулю во всех точках, а конвективная производная отлична от нуля критерий малости числа Маха при малой скорости течения будет выполнен, но критерий u/L 1 нарушится и линеаризацию уравнений произвести будет нельзя. Только требование u L < 1 универсально для любой формы волны и для любой сжимаемости среды. [c.40]

Преобразование энергии в турбинной ступени, а также энергетические характеристики других элементов проточной части турбины — стопорных и регулирующих клапанов, выходных патрубков, перепускных труб, отборов пара из корпуса турбины и других — описываются в общем случае на основе законов течения сжимаемой жидкости (пара или газа), которые изучаются в курсе гидрогазодинамики. Механика потока сжимаемой жидкости является основой для проектирования и совершенствования проточной части турбины, а также для изучения явлений, возникающих в проточной части при эксплуатации. [c.39]

Для решения задачи о течении сжимаемой жидкости, которая в конечном счете сводится к установлению силового взаимодействия между обтекаемым телом и жидкостью (внешнее обтекание) или —в случае внутреннего течения (трубы и каналы) — к установлению энергетического баланса потока, необходимо определить кинематическую картину течения, т. е. найти скоростное поле потока. Это значит, что наряду с зависимостями (1-2) должны быть найдены составляющие скорости частицы как функции координат и времени. Скорость газовой частицы меняется при переходе от точки к точке и с течением времени. Следо- [c.10]

В соответствии с хар-ками в-ва рассматривают С. капельной жидкости, газа, плазмы и т. п. В особый класс выделяют двухфазные С., напр, газовые, содержащие жидкие или тв. ч-цы. Для С. сжимаемых газов существенным явл. отношение скорости газа Уо на срезе сопла к скорости а распространения звук, волн — Маха число M=vJa в зависимости от значения М различают С. дозвуковые (ЛГ<1) и сверхзвуковые (Лf>l). В зависимости от направления скорости течения газа (жидкости) в окружающей среде различают С., вытекающие в спутный (направленный в ту же сторону), встречный и сносящий поток (напр., С. жидкости, вытекающая из трубы в реку и направленная соответственно по течению, против течения и под углом к скорости течения реки). С., вытекающая в бассейн,— пример С-, вытекающей в неподвижную среду. Если состав жидкости (газа) в С. и окружающей её неподвижной среде одинаков, С. наз. затопленной (напр., С. воздуха, вытекающая в неподвижную атмосферу). С. наз. свободной, если она вытекает в среду, не имеющую ограничивающих поверхностей, полуограниченной, если она течёт вдоль плоской стенки, стеснённой, если вытекает в среду, ограниченную ТВ. стенками (напр., С., вытекающая в трубу большего диаметра, чем диаметр сопла). [c.729]

В учебном пособии рассмотрены основные вопросы совре менной гидромеханики статика, кинематика и динамика. Приведены выводы общих уравнений движения сплошных сред. Даны законы переноса импульса, тепла и вещества. Изложена теория потенциального днижения как для плоских, так и для пространственных потоков. Рассмотрена сжимаемость газа при дозвуковых и сверхзвуковых течениях. Освещены вопросы теории движения вязкой жидкости, подробно рассмотрены ламинарное и турбулентное движения в трубах и в пограничном слое. Дан метод расчета трубопроводов. [c.2]

В следующих параграфах мы рассмотрим в одномерной постановке характерные для потока сжимаемой жидкости соотношения между различными характеристиками течения и потерями на трение. Будут рассмотрены изотермический случай, характерный для трубопроводных линий, которые уже достигли термического равновесия с внешней средой, и адиабатический случай, который встречается при движении в теплоизолированных трубах. [c.309]

Давление паров жидкости в рабочем диапазоне температур должно быть достаточно большим с тем, чтобы избежать высоких скоростей пара, приводящих к появлению больших градиентов температуры вдоль от трубы, срыву возвращающегося конденсата в условиях противотока пара и жидкости или возникновению неустойчивости течения связанной со сжимаемостью потока. Однако давление пара не должно быть слишком высоким, так как в последнем случае придется использовать трубу с толстостенным корпусом. [c.80]

На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что разработанная теоретическая модель движения вскипающей жидкости в протяженных трубопроводах при условии реализации критического режима течения на выходе из трубопровода может стать базовой для расчета расхода и потерь на трение при давижении вскипающей жидкости в трубах. При этом основное влияние на расход и потери давления на трение при гомогенном течении оказывают сжимаемость среды в форме числа Маха и физические параметры среды в форме коэффициента Грю-найзена. Другие факторы (как, например, вязкость, скольжение фаз) в исследованном диапазоне параметров являются величинами второго порядка малости. Разумеется, в реальных условиях необходимо учитывать влияние местных сопротивлений, нивелирных напоров по длине трассы и теплообмена с окружающей средой. Учет всех этих факторов предусмотрен разработанной расчетной моделью, однако возможность ее использования в качестве РТМ при проектировании магистральных трубопроводов в схемах АТЭЦ (ТЭЦ) и A T требует ее тщательной проверки путем проведения крупномасштабных модельных или натурных испытаний, особенно при высоких параметрах теплоносителя. [c.135]

Прямые скачки уплотнения в газах. Выше было показано, что непрерывное двил<ение сжимаемой жидкости, в котором удовлетворяются условия неразрывности и адиабатичности и уравнение количества движения для невязкой жидкости, является изэнтропическим. Замечено, однако, что при движении реальных жидкостей в трубах могут происходить резкие изменения давления, плотности, температуры и скорости, конечные по величине. Такие разрывы параметров течения, называемые ударными волнами, не могут быть объяснены IB рамках теории изэнтропичеокого движения. Рассмотрим одномерный контрольный объем, включающий в себя стационарный разрыв (скачок уплотнения), нормальный к направлению движения потока (рис. 14-23). Характеристики течения до скачка уплотнения обозначим индексом 1, а течения за скачком уплот- [c.363]

Все указанные выше уравнения получаются в результате непосредственного рассмотрения условий динамического равновесия сил, действующих на елементарную частицу жидкости. Когда рассматривается движение газа как вязкой жидкости, эти уравнения обычно относятся к случаю ламинарного движения. На основе применения теоремы об изменении количества движения получается уравнение движения с учетом сил вязкого трения (и при прочих условиях тех же, для которых было получено уравнение (52.5)), в равной мере относящееся к случаям ламинарного и турбулентного течения. Например, для течения вязкой сжимаемой жидкости в цилиндрической трубе диаметра й получают, представляя силу сопротивления, отнесенную к единице объема, в форме трру7(2 ), следующую запись уравнения движения [c.460]

Впервые безразмерные числа были введены при рассмотрении вопроса о подобии течений. В гидродинамике часто приходится проводить эксперименты с моделями и потом уже полученные данные переносить на реальные тела. Простые рассуждения, основывающиеся на уравнениях движения для описания двух течений с различными гидродинамическими параметрами, приводят к тому, что для вязкой несжимаемой жидкости, когда отсутствуют внешние силы, а также внешние поверхности, два течения подобны, если, кроме кинематического подобия (т. е. геометрического подобия и подобия поля скоростей), для этих течений равны числа Рейнольдса. Число Рейнольдса Re=pu//1l=u//v (где I — характерный масштаб движения, например радиус трубы при движении в ней жидкости, V — скорость потока и V — кинематическая вязкость) играет очень большую роль в гидродинамике и акустике, и далее нам часто придется иметь с ним дело. Если необходимо учитывать наличие внешних сил, например силы тяжести, то в добавление к числу Ке оказывается необходимым ввести также еще число Фруда Рг=и // , и тогда два течения подобны, когда, кроме кинематического подобия, числа Ке и Рг обоих течений равны. При учете сжимаемости жидкости в рассмотрение необходимо включить еще число Маха М=и/с, где с — скорость звука в жидкости. Если учитывается теплопроводность жидкости, появляется безразмерное число Прандтля г= Ср1к= 1р 1=у1 1, представляющее собой материальную константу среды, не зависящую от свойств потока. [c.21]

Течение жидкости в каналах различного сечения очень часто встречается на практике. При этом обычно скорость движения в канале значительно меньше скорости звука, и поэтому жидкость считается нв сжимаемой. Рассмотрим установившееся ламинарное осесимметричное течение в круглм цилиндрической трубе диаметра d. Пусть жидко сть втекает в трубу с равпомерной скоростью. На стенках образуется пограничный слой, толщина которого увеличивается вдоль трубы. Так как плотность и расход через каждое сечение остаются постоянными, то сохраяяется и средняя скорость. Поэтому уменьшение скорости вблизи стенки, [c.348]

В заключение отметим, что в предыдущих параграфах настоящей главы рассмотрены наиболее простые случаи теплоотдачи при обтекании пластины и при течении в трубе без учета а) сжимаемости (р = onst) б) зависимости физических свойств жидкости от температуры в) влияния числа Прандтля (Рг=1, РГтб==1) г) влияния формы тела и качества (шероховатость) обмываемой поверхности. [c.148]

Ранее [17] установлено, что при критическом истечении однофазной жидкости влияние сжимаемости ок ывается определяющим при протекании процесса в области, автомодельной по числу Рейнольдса (Re), при этом влияние диссипативных сил в околозвуковой области течения становится исчезающе малым вследствие вырождения турбулентности. Однако практическое использование этого эффекта в трубах при движении в них однофазных сред проблематично, прежде всего, из-за большой скорости звука в таких средах. Кроме того, влияние этого эффекта при движении однофазной среды реализуется лишь на очень коротком участке трубы, примыкающем к выходному сечению трубы, так как скорость звука в адиабатном канале постоянного сечения при движении в нем однофазной среды достигается лишь один раз на выходе из канала. Иначе обстоит дело со скоростью звука в двухфазном потоке как показано в [55], при одних и тех же параметрах торможения в зависимости от структуры двухфазного потока и степени термического и механического равновесия фаз в нем скорость звука может меняться в очень широких пределах. Кроме того, в настоящее время теоретически обоснован и экспериментально подтвержден тот факт, что скорость звука в двухфазном потоке при определенном соотношении фаз может оказаться на два порядка ниже, чем в жидкой фазе. Таким образом, трансзвуковой режим течения может быть достигнут на конечном участке длины трубопровода при умеренных значениях скорости звука (несколько десятков и даже несколько метров в секунду). В этом случае коэффициент сопротивления является функцией не только вязкости потока, но и его сжимаемости, определяемой числом Маха. Более того, при движении с околозвуковой скоростью влияние wi nnaTHBHbLX сил становится исчезающее малым вследствие вырождения турбулентности. Уменьшение потерь на трение при больших массовых расходах отмечалось в опытах при движении двухфазной смеси в замкнутых контурах циркуляции [32]. Таким образом, при критическом истечении влияние сжимаемости [c.119]

В уравнениях движения изменение давления вызывается комбинацией динамических воздействий, порождаемых ускорением, вязкостью и силой тяжести. В некоторых случаях влияние силы тяжести вызывает просто гидростатическое распределение давления, которое оказывается как бы наложенным на леременное давление, обусловленное другими воздействиями. Это будет справедливо для жидкостей с постоянной плотностью в таких системах, которые мы будем называть замкнутыми или напорными системами. Замкнутая система может быть определена как система, в которой жидкость заключена полностью внутри фиксированных границ, или как система, в которой протяженность поля течения настолько вели ка, что может считаться бесконечной. Примером первого может служить течение жидкости в закрытом канале, таком, например, как замкнутая гидродинамическая труба. Примером второго может служить движение тела в газовой среде при достаточно низкой скорости (когда сжимаемость несущественна) 2. Если бы [c.156]

Длинные трубы. В литературе было предложено несколько теоретических моделей для описания критического течения однокомпонентной двухфазной жидкости в длинной трубе [36, 46—48]. Эти модели дают достаточно точные результаты, если задано давление в сечении запирания, положение которого при конструкторских расчетах обычно неиз1вестно. Если известны только условия торможения на входе, то рекомендуется применять модель однородного равновесного течения, в которой используется методика определения потерь давления на трение и за счет изменения количества движения в предположении однородности потока, рассмотренная в разд. 11.2, и соотношение (11-9) для сжимаемого течения. [c.271]

Метод конечных элементов представляет собой эффекпивный численный метод решения инжене рных и физических задач. Область его применения простирается от анализа напряжений в конструкциях самолетов или автомобилей до расчета таких сложных систем, как атомная электростанция. С его помощью рассматривается движение жидкости по трубам, через плотины, в пористых средах, исследуется течение сжимаемого газа, решаются задачи электростатики и смазки, анализируются колебания систем. [c.7]

Армитедж [1967] пытался рассчитать трансзвуковое вихревое течение в координатах, связанных со стенками сопла. Уоткинс [1970] в своем исследовании отражений от закрытого конца ударной трубы отображал область между скачком и стенкой при помощи линейного преобразования при этом между скачком и стенкой было фиксированное число расчетных ячеек. Андерсон с соавторами [1968] показал, как можно преобразовать уравнения для невязкой сжимаемой жидкости, чтобы они сохраняли консервативный (дивергентный) вид в любой криволинейной системе координат. Томпсои и др. разработали мощный метод численного построения систем криволинейных координат, связанных с поверхностью обтекаемого тела. [c.442]

Существуют различия между ЕГСС и трубопроводными системами, транспортирующими жидкости, в частности, в капельном состоянии [26]. В трубопроводах для транспортировки жидкостей при изменении режимов возникают ударные волны, которые могут быть причиной аварии и отказов оборудования. Благодаря сжимаемости газа процессы в газопроводах более инерционны. Ударные волны в газе при имеющих место в эксплуатации скоростях течения не представляют опасности для труб, запорного и компрессорного оборудования, так как возникающие скачки давления сглаживаются и переход от одного режима к другому происходит плавно. Длительность переходных процессов в магистральных газопроводах варьирует от нескольких десятков минут до нескольких часов. Поэтому отказы оборудования обычно не приводят к отказам на смежных компрессорных станциях (КС). Чем больше система, тем меньше сказываются последствия единичных отказов на результатах работы всей системы. Дефицит располагаемой мощности на одной из КС может быть частично возмещен за счет интенсивной работы смежных КС. Поскольку обычно несколько параллельных газопроводов работают с открытыми перемычками, то и поток флюида при отказах линейной части уменьшается пропорционально на всех гидравлически связанных нитках. Лишь при наиболее значительных отказах, которые следует квалифицировать как ава -рии, существенное отклонение режимов от номинальных происходит на нескольких последовательно расположенных КС. [c.20]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...