1.6 mișcare fluid Laminar
Teoria laminar mișcare fluidă pe baza legii lui Newton de frecare (1.1.11). Această frecare între straturi este singura mișcare fluidă cauza pierderii de energie în mișcare laminară.
mișcarea laminară este strict ordonat, stratificat peste fara amestec lichid.
Fig. 1.6.1. Natura stratificat a fluxului în flux laminar
Deoarece, în acest caz, mișcarea particulelor de lichid are loc numai în direcția axială, și componentele vitezei transversale lipsesc, schematic flux laminar poate fi reprezentată ca un număr infinit de straturi cilindrice dispuse concentric subțiri paralele cu axa conductei și se deplasează unul în altul, la viteze diferite care crește în direcția de perete pe axa tubului (Fig. 1.6.1).
Straturilor de fluid se deplasează mai repede fibrele antrenează, se deplasează încet, și vice-versa, straturile se deplasează straturi mai lent inhiba de fluid în mișcare mai repede. Este ca și cum alunecare strat cilindric se deplasează cu o viteză mai mare, stratul se deplasează cu o viteză mai mică. Astfel, din cauza adeziunii particulelor lichide cu altele și cu pereții țevii pe suprafețele de contact ale straturilor lichide emerge forța de frecare îndreptate paralel cu axa tubului, orientată în amonte.
1.6.1 distribuția vitezelor și tensiunilor tangențiale în secțiunea transversală a unei conducte circulare
Să considerăm un flux laminar constant într-un tub cilindric circular drept, cu un diametru interior. Pentru a exclude influența gravitației și astfel simplifică derivarea ecuațiilor aranja conducta orizontală. Departe destul de departe de intrarea în ea, în cazul în care fluxul este deja pe deplin format, lungimea lotului între secțiunile 1-1 și 2-2 (Fig. 1.6.2).
Fig. 1.6.2. Distribuția vitezelor și tensiunilor tangențiale în secțiunea transversală a unei conducte circulare
Să presupunem că în secțiunea presiunea este 1-1, 2-2 și în secțiunea -. Viteza fluidului tub cilindric este constantă, iar coeficientul va fi constantă de-a lungul unui flux stabil, în timp ce ecuația Bernoulli pentru secțiunile selectate ia forma (1.4.10)
în care - pierderea de presiune prin frecare de-a lungul tubului, determinată prin citirea de piezometre montate în aceste secțiuni (a se vedea figura 1.6.2 ..).
selectați raza volumului cilindric Fluxul de lichid coaxial cu tubul și având o bază pentru secțiunile selectate. Ecuația de mișcare uniformă volumul selectat de fluid în conductă, care este o sumă egală cu presiunea și rezistență la forțe care acționează asupra volumului de zero,
unde - tensiunea de forfecare pe suprafața laterală selectată a cilindrului.
Formula (1.6.1) că tensiunile tangențiale din secțiunea transversală a țevii se modifică liniar în funcție de rază. Pe axa țevii, așa cum. Pe peretele tubului în cazul în care tensiunile tangențiale ajunge la o valoare maximă.
Diagrama tensiunii de forfecare este prezentată în Fig. 1.6.2 a plecat.
Stresul de forfecare prin legea lui Newton de frecare poate fi exprimat în termeni de vâscozitate dinamică și gradient de viteză transversală (1.1.12), și în cazul în care, astfel, înlocuiți (distanța de la peretele conductei) Raza curent, obținem
Semnul minus se datorează faptului că direcția de numărare (de la axa tuburilor la perete) este direcționat cadru oppositely (de perete).
Prin echivalarea laturile drepte de ecuații (1.6.1) și (1.6.2), obținem
unde incrementul de viteză
Dacă o rază de creștere pozitivă este decrementat viteză (redus), care corespunde profilului vitezei prezentat în Fig. 1.6.2.
Integrarea ecuației (1.6.3) pentru condiția ca peretele țevii se obține la legea de distribuție a vitezei de-a lungul secțiunii transversale a unei conducte circulare cu flux de fluid laminar
Rata maximă pe axa tubului (cu condiția ca)
și curba care arată profilul vitezei (Fig. 1.6.2 dreapta) este un parabole al doilea grad.
Elemental de curgere a fluidului prin infinitezimal pad
Când reprezentată ca o funcție de rază (1.6.4), iar platforma - ca o rază de inel și lățime, atunci
După integrarea întregii aria secțiunii transversale, adică, de a se obține
Secțiunea viteza medie de curgere a lichidului va găsi împărțirea pătrat. Având în vedere (1.6.6), obținem
Comparând expresia obținută cu Formula (1.6.5) arată că viteza medie cu mișcare laminară în jumătate, la maximum.
Din aceasta rezultă că coeficientul Coriolis reflectând neuniformitatea distribuției vitezei pe secțiunea transversală în ecuația Bernoulli (1.4.9) pentru cazul curgerii laminare constant de fluid într-un tub circular, este egal cu doi.
Prin urmare, energia cinetică reală a curgerii laminare cu o distribuție a vitezei parabolică pe secțiunea transversală este de două ori energia cinetică a aceluiași flux, dar la o distribuție uniformă a vitezei.
1.6.2 Pierderea de presiune din cauza frecării de-a lungul conductei
rezistență Act (legea lui Poiseuille), care este o expresie a pierderii de presiune din cauza frecării prin consum și mărimea țevii este determinată de formula (1.6.6):
Înlocuirea ratei de expresie, coeficientul dinamic al viscozității cinematice și înmulțirea și împărțirea prin regruparea și multiplicatori după reduceri Formula (1.6.8) pentru a da medie:
în care: - coeficientul de frecare pierdere pentru curgerea unui fluid laminar (coeficient de frecare hidraulic).
Având în vedere rezistența suplimentară cauzată în mare măsură distorsionate secțiunea transversală a țevii și răcirea din straturile exterioare ale coeficientului de pierdere prin frecare fluid pentru curgerea laminară a unui fluid (coeficient de frecare hidraulică) care trebuie luate în calcule practice.
Darcy-Weisbach Formula (1.6.9), indică faptul că pierderea de presiune prin frecare de-a lungul conductei, în debit de fluid laminar este proporțională cu prima putere (a se vedea. Fig. 1.5.1). Pătratul vitezei în ecuația de curgere laminară este obținută în mod artificial, înmulțirea și împărțirea pe.
Coeficientul de frecare hidraulică (coeficient Darcy) este invers proporțională cu numărul Reynolds, și deci o viteză. Mai mult decât atât, în funcție de proprietățile fluidului și dimensiunea țevii și de rugozitatea peretelui la pierderea de presiune prin frecare nu afectează.
In special trebuie remarcat faptul că formula (1.6.9) este aplicabilă atât în curgerea laminară și turbulentă a fluidului atunci când diferența constă numai în valorile coeficientului de frecare hidraulică.
1.6.3 mișcarea laminară golurile plane și circulare
etanșeitate suficientă conectare a pieselor de mașini hidraulice și dispozitive realizate de multe ori în detrimentul mici găuri între suprafețe, care pot fi împărțite în două grupe principale:
- - formate distanțele între doi pereți plane paralele (fantă plană);
- - golurile formate prin două suprafețe curbe, în general cilindrice (decalaj inelar).
Fluxul de lichid printr-o duză plată, cu pereți fixe (Fig. 1.6.3), atunci când diferența de presiune la intrarea și la ieșirea de dependență determinată egală
în care - gap, adică distanța dintre suprafețele care formează un spațiu;
- Lățimea fantei (luată perpendicular pe direcția de curgere);
- Lungimea gap (luată de-a lungul fluxului);
- vâscozitatea dinamică a fluidului.
Fig. 1.6.4. flux de fluid printr-un spațiu cilindric la un concentric (a) și excentric (b) golurile
Când suprafețele nealiniere de localizare (gap excentric) (vezi Fig. 1.6.4, b) se determină prin formula
Prin analiza expresiei (1.6.10), (1.6.11) și (1.6.12), putem concluziona că asupra diferenței de curgere a fluidului are cea mai mare influență magnitudinea și fantele cilindrice și o altă valoare nealinierea care formează suprafețe. Deci, dacă tu sau debitul. Aceasta, în primul rând, datorită cerințelor stringente de precizie de fabricație și montaj părți ale dispozitivelor hidraulice.
Sa stabilit experimental că debitul chiar lichid purificat cu grijă prin fante sau deschideri de mici dimensiuni nu se supune legilor clasice ale hidrodinamică și nu poate fi calculat prin formula Poiseuille (1.6.6), deoarece scade cu timpul.
Rata de reducere a intensității depinde de:
- presiune diferențială,
- forma geometrică și dimensiunile liniare ale fantelor și găurile,
- tipul de fluid de lucru, puritatea sa,
- temperatură și materialul pereților fante și canale.
Reducerea fluxului de lichid prin fante, ale căror dimensiuni sunt calculate în micrometri, numită obliterarea.
Obliterarea este explicată după cum urmează. Fluidul de lucru cuprinde un molecule activ-polare și pereții metalici ai fantelor au o energie de suprafață sub forma unui câmp electric extern. Acest câmp este slab la o singură suprafață, cu toate acestea, fiind situată între cele două suprafețe, se extinde pe o distanță mai mare, iar intensitatea crește odată cu scăderea distanței dintre suprafețele fantei. Fluxul de lichid prin fanta este însoțită de depunerea de astfel de molecule polarizate de pe pereții ei. Grosimea moleculelor strat polarizată poate ajunge, în timp ce valoarea lacunelor în majoritatea mașinilor și a aparatelor hidraulice de lucru este.
Proprietăți fizice ale moleculelor strat polarizat sunt diferite de proprietățile fluidului de lucru. Acest strat are proprietățile unui corp solid și poate rezista la sarcini ridicate fără a se prăbuși.
Cel mai eficient mod de a combate strat îndepărtarea obliterare este molecule polarizate, care pot furniza, de exemplu, mișcarea relativă a suprafețelor cu fantă. Acest lucru se realizează în perechile de piston cilindric prin rotirea prizei sau manșonul, oferind alternativ mișcare de rotație sau cu piston cu înaltă frecvență și amplitudine mică.
Motivul pentru reducerea timpului de curgere pentru curgerea fluidului prin mici fisuri și găuri poate fi că pe pereții fantelor și găurile pot fi depozitate particulele de murdărie mecanice rășinoase și solide și poate avea loc o creștere a vâscozității lichidului localizat în domeniul suprafețelor de perete de limitare .
1.6.4 baza teoriei ungere hidrodinamică
Fig. 1.6.5. rulment plan
Un caz special de mișcare laminară a fluidului din spațiul inelar este o rotație relativă a celor două suprafețe cilindrice care formează spațiul inelar dintre arborele rotativ și staționar știft insert carcasă.
Astfel de dispozitive sunt utilizate pe scară largă în domeniu și sunt numite lagăre de alunecare (Fig. 1.6.5).
Datorită forțelor de frecare vâscoase pini rotative antrenând lichidul din golul, formând astfel o pană hidraulică, în care presiunea hidrodinamică se dezvoltă. Această presiune creează o forță care echilibrează forța aplicată la pinul.
1.6.5 Conceptul de scurgere a lichidului
Scurgerile în dispozitivele de acționare și sistemele hidraulice sunt împărțite în:
scurgere externă de lichid hidraulic de la sistemul hidraulic în mediul de reguli de funcționare este inacceptabilă. Acest tip de scurgere este eliminat prin producerea de elemente de calitate actuatori hidraulice, instalarea lor corectă și utilizarea diferitelor tipuri de sigilii.
scurgere internă are loc ca urmare a curgerii fluidului hidraulic din cavitățile si canale cu presiune ridicată în cavitatea și canale cu presiune joasă prin golurile la mașinile hidraulice și aparate. scurgere internă reduce eficiența dispozitivului de acționare, determinând fluidul de lucru de încălzire împiedică în mod semnificativ coordonarea corectă a organelor de lucru.
Luați în considerare efectul scurgerilor interne în hydrotransfer volumului de lucru format din doi cilindri identice, dintre care unul (TS1, stânga) servește ca o pompă, al doilea (C2), dreapta - (. Figura 1.6.6) motorului
Fig. 1.6.6. Schema de volum hydrotransfer
Performanța teoretică a pompei este determinată dependent
unde - viteza de deplasare a pistonului;
Performanța reală a pompei este mai mică decât teoretic, din cauza scurgerilor de fluid de lucru din camera de presiune cu presiunea din camera de scurgere cu presiune,
în care cantitatea de scurgere poate fi determinată prin (1.6.12)
unde - scurgere coeficient în pompă; pentru o pompă cu piston;
Caracteristici pompă (1.6.13), (1.6.14) și (1.6.15) sunt prezentate în Figura 1.6.7 și.
scurgerilor de fluid intern în eficiența pompei de volumetrică în considerare (Fig. 1.6.7, b)
Fluxul de lichid din pompa în camera de lucru a motorului, care determină această din urmă pistonul. curg simultan porțiunea datorită diferenței de presiune dintre cavitățile de lucru și de descărcare ale C2 cilindrului și prezența distanța dintre piston și cilindru se va scufunda în rezervor fără a efectua o muncă utilă.
Acest „a pierdut“ flux este o scurgere de fluid intern în motor
în cazul în care - coeficientul de scurgere în motor;
Viteza de deplasare a pistonului motorului poate fi determinată din expresia
sau, în ceea ce privește (1.6.14)
Analiza ultimei expresie arată că, cu aceleași dimensiuni cilindri Ts1 și Ts2. din cauza scurgerilor interne de lichid.
1. Care este baza teoriei mișcării fluidului laminar?
2. Care este cauza pierderii de energie (presiune) de fluid sub flux laminar?
3. După cum poate fi reprezentat schematic fluxul de fluid laminar?
4. Care este cauza forțelor de frecare în fluxul laminar de lichid?
5. Deoarece variază tensiunile tangențiale în secțiunea transversală a unei conducte circulare cu mișcare laminară?
6. Ce legi sunt distribuite pe viteza secțiunii transversale a unui tub rotund cu flux laminar de lichid?
7. Așa cum este relația dintre valoarea maximă și viteza medie a fluidului peste secțiunea transversală a unei conducte circulare într-un flux laminar?
8. Care este valoarea factorului Coriolis în ecuația lui Bernoulli în mișcare de fluid laminar?
9. La ce parametri depind pierderile prin frecare hidraulică de-a lungul conductei, în mișcare de fluid laminar?
10. Care este coeficientul de frecare hidraulică în flux laminar?
11. Deoarece pierderea de presiune depinde de viteza fluxului laminar?
12. La fel ca în formula Darcy-Weisbach în considerare proprietățile lichidului?
13. În scopul reducerii decalajelor în articulațiile pieselor de mașini și dispozitive hidraulice?
14. Ce determină curgerea fluidului prin fanta plat?
15. Ce determină viteza de curgere prin spațiul inelar?
16. Care este diferența dintre debitele de fluid, prin golurile circulare, concentrice și excentrice?
17. Ce tipuri de scurgere pot fi observate în unitățile hidraulice?
18. Ceea ce se numește scurgere internă de lichid?
19. Deoarece scurgerea fluidului intern afectează funcționarea unității hidraulice?
20. Ca și în determinarea scurgerilor interne cont de efectul temperaturii fluidului?