silový účinek proudu, hydraulický ráz Proudění v potrubí

Transkript

1 : siloý účinek proudu, hydraulický ráz

2 SILOVÝ ÚČINEK PROUDU: x nější síly na ymezený objem kapaliny: stupní ýstupní i Výpočtoá ektoroá ronice pro reálnou kapalinu: Q rychlost y G A G R A R A = p S... tlakoá síla na stupním profilu = p S... tlakoá síla na ýstupním profilu A... síla stěny edení (potrubí) na proud kapaliny R... síla proudu kapaliny na stěnu edení (reakce na A ) β Boussinesqueoo číslo [-]

3 APLIKACE KDE: situacích, kde změna směru nebo elikosti rychlosti proudění tekutiny. Výpočet siloých účinků - při dimenzoání a taroé optimalizaci obtékaných prků, stanoení hydraulických odporů a ýpočtu ýkonů hydrodynamických strojů hydrodynamická síla na stěny a armatury potrubí, rotující kanály (lopatky) turbín (např. rancisoa a Kaplanoa) a čerpadel, obtékané porchy tuhých těles, staidla atd

4 Řešení: SILOVÝ ÚČINEK PROUDU (oblouk, koleno, zakřiený kanál ) Vektoroá ronice G A Q tlakoá síla na stupním profilu ( = p S ) tlakoá síla na ýstupním profilu ( = p S ) G tíha kapaliny Q průtokoá síla na stupním profilu Q průtokoá síla na ýstupním profilu A síla edení (potrubí) působící na kapalinu R reakce, siloý účinek kapaliny GρQ R A

5 Řešení: SILOVÝ ÚČINEK PROUDU (oblouk, koleno, zakřiený kanál ) ektoroá ronice lépe řešení e složkách, elké tlaky a malé rozměry potrubí (kanálu) G zanedbat. => zápis ronoáhy sil oblouku potrubí e složkách při zanedbání G: Rx cos cos Q cos cos Ry sin sin Q sin sin R Rx Ry, tg Ry Rx 4

6 PŘÍKLAD dělící kus potrubí Určete elikost a směr síly, jakou protékající oda působí na odoroný dělící kus potrubí (iz. obrázek) při průtoku Q = 4 m /s. Průměry potrubí: D =,5 m, D = D =,8 m. Průtok profilu je Q = Q /, přetlak profilu p p = 40 kpa. Při ýpočtu zanedbejte energetické ztráty. Řešení:. Výpočet Q, S, : Q Q 4 8 m / s, D,5 S 4,909 m, 4 4 Q 4 Q 8 4,889 m/ s, S 4,909 S,545 Q Q Q m D,8 S S 4 4,4 m/ s, Q S 6,545 / s,,545 m, 6,88 m/ s.. Výpočet tlaků p: pro zadané p 40 kpa Pa, BR : BR : p p p 989 Pa, g g g g p p p g g g g 575 Pa. 5

7 PŘÍKLAD dělící kus potrubí Určete elikost a směr síly, jakou protékající oda působí na odoroný dělící kus potrubí (iz. obrázek) při průtoku Q = 4 m /s. Průměry potrubí: D =,5 m, D = D =,8 m. Průtok profilu je Q = Q /, přetlak profilu p p = 40 kpa. Při ýpočtu zanedbejte energetické ztráty. Řešení:. Výpočet síly : odoroná složka síly : x ps ps cos0 ps cos0 Q Q cos0 Q cos N 77,kN, sislá složka síly : y ps sin0 ps sin0 Q sin0 Q sin N 909, kn. Velikost ýsledné síly : x y 96, kn, úhel odklonu síly od odoroné složky: arctg y x 77,98. 6

8 NEUSTÁLENÉ PROUDĚNÍ V POTRUBÍ - hydraulický ráz Vznik hydraulického rázu: rychlá manipulace s uzáěrem nebo ýpadek/rozběh čerpadla prudká změna tlaku (hydraulický ráz) - opakující se extrémní fluktuace nízkého a ysokého statického tlaku, je problémem zejména u dlouhých potrubí, ráz může roztrhnout potrubí nebo čerpadlo. Protirázoá ochrana: dostatečně pomalá manipulace s uzáěry ětrníky, yronáací komory Princip zniku rázu (např. při náhlém uzaření uzáěru): přeměna kinetické energie proudu deformační prací na energii tlakoou potrubí (stlačením kapaliny a roztažením stěny potrubí) a zpět 7

9 RYCHLE SE MĚNÍCÍ PROUDĚNÍ: průběh typického rázu Zanedbání ztrát => hydraulická ráz se neustále opakuje: 8

10 RYCHLE SE MĚNÍCÍ PROUDĚNÍ: různé průběhy rázu Výtok z nádrže potrubím, na konci potrubí uzáěr. Rázoá perioda μ = s. Uzáěr je zcela uzařen čase T u. ětrník: tlakoá nádoba yplněná zduchem (při uzaření uzáěru oda proudí do nádoby a postupně je bržděna stlačoaným zduchem) Rázoá ýška místě uzáěru přímý ráz bez uážení ztrát T u = 0 s přímý ráz s uážením ztrát T u = 0 s nepřímý ráz T u =,5 s použití ětrníku T u = 0 s 9