Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 [ 5 ] 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106

Деление твердых тел на упругие, пластичные к хрупкие до известной степени условно и имеет относительное значение, так как проявление различного характера деформации зависит не только от свойств тела, но и от типа деформации и ее скорости, времени действия нагрузок и других факторов.

Кривые растяжения некоторых твердых и полутвердых тел представлены на фиг. 3. Они показывают, что характер деформации не остается постоянным при различных напряжениях. К тому же деформация таких тел осложняется упрочнением под нагрузкой, «усталостью» и другими явлениями. Более подробно о деформациях твердых тел см. [1, 2, 66, 67].

3« Течение и его виды« Основные закономерности течения жидкостей. Жидкости и газы отличаются от твердых тел своей подвижностью. Под действием самой малой силы (например, разности давлений) они движутся-текут. Течение является одним из видов деформации, при котором величина деформации непрерывно возрастает под влиянием постоянно действующей силы. Течение газов отличается от движения жидкостей тем, что оно сопровождаете! сжатием и изменением плотности. Текущая жидкость в обычных условиях не сжимается и ее плотность остается постоянной.

Наиболее простым способом описания течения является установление связи между количеством жидкости, протекающей через трубку, канал или другое русло, и разностью давления на ее концах.

Разность давлений, обусловливающая течение, называется напором, а количество жидкости, протекающее через поперечное сечение трубы за единицу времени, -расходом. Скорость течения жидкости помимо напора зависит от сечения трубы. Среднюю скорость течения жидкости через цилиндрическую трубку с кротовым поперечным сечением можно определить из соотношения

о 10 го 30 40 51 Напря >нение,нГ/мм

Фиг. 3. Кривые растяжения аморфных и поликристаллических твердых тел.

7-вулканизированный каучук; 2- битум; 3 - нитроцеллюлоза; 4 - шелк; 5 - сталь (битум - определения автора, остальное - данные [45]).

(1,2)

1 Необходимо отличать разность давлений от давления. Механическое равновесие в первом случае устанавливается за счет течения, во втором за счет сжатия. Под давлением жидкости проявляют упругость и в этом отношении похожи на твердые тела.

где Vcp - средняя скорость течения жидкости; Q - расход; V-объем протекающей жидкости; /-время; /?-радиус трубки.

Связь между расходом и напором дает общую интегральную характеристику течения. Для детального, дифференциального, исследования необходимо рассмотреть распределение сил, действующих внутри потока жидкости. Связь между скоростью и давлением в данной точке потока дается уравнением Д. Бернулли:

Qgh + -v + pCy (1,3)

где Q -плотность; h -высота; v -скорость; р - давление в данной точке жидкости; С-постоянная величина.

Для любых двух сечений трубки имеем Если скорости в этих сечениях равны то

Отсюда следует, что в текущей жидкости разность давлений равна весу столба жидкости между уровнями сечений.

Если скорости течения в двух различных сечениях трубки неодинаковы, то

Для горизонтальной трубки ftg-fti = 0, и

Уравнение Бернулли имеет фундаментальное значение в гидравлике, и на нем основаны многие технические расчеты. Оно получено исходя из предположения, что на текущую жидкость действуют только разности давлений и сила тяжести. Жидкости, при рассмотрении которых можно ограничиться этими двумя видами сил, носят название идеальных. Таким образом, если пренебречь сжимаемостью жидкостей (она очень незначительна), то свойства идеальных жидкостей могут быть охарактеризованы только величиной плотности.

Реальные жидкости отличаются от идеальных тем, что при их движении возникает внутреннее трение. Внутреннее трение жидкостей проявляется в вязкости (см. стр. 19). Уравнение Бернулли применимо в таких условиях, когда поведение реальных жидкостей приближается к идеальным, т. е. в таких условиях, когда можно пренебречь вязкостью. Найдено, что для воды оно может применяться с достаточным приближением при скоростях течения выше 6-1 см/сек.

Для экспериментального измерения давления в текущей жидкости пользуются различными приборами [7]. Простейшие из

v=Y-

(1,4)

Непосредственно скорость движения жидкости измеряется методом визуализации потока [7, 25]. Отдельные небольшие части жидкости отмечают тем или иным способом с помощью различных «реперов». Например, на поверхность жидкости помещают легкие твердые нерастворимые частицы, подкрашивают отдельные струи жидкости или газа, изменяют оптические свойства газа местным нагреванием и т. д. Метод визуализации очень удобен при исследовании распределения скоростей в потоке [15, 17] и является единственным способом определения скорости течения при малых ее значениях, когда закон Бернулли неприменим.

Интересный способ визуализации потока еще в 1880 г. был предложен Д. И. Менделеевым. Способ заключается в наблюдении за скоростью течения жидкости при помощи помещенных в ней шариков другой жидкости, обладающей той же плотностью, как и исследуемая жидкость. В частности, для воды могут применяться шарики из смеси минерального масла с хлороформом [24].

Изучение распределения скоростей в потоке показало, что существуют два различных вида течения: слоистое, или ламинарное, и вихревое, или турбулентное. В случае ламинарного течения имеет место как бы сдвиг одного слоя жидкости по отношению к другому, без перемешивания слоев (см. фиг. 6). При турбулентном течении в потоке образуются вихри и имеет место перемешивание движущейся жидкости (фиг. 6,д).

Если поместить жидкость между двумя параллельными пластинками, одна из которых неподвижна, а вторая медленно движется вдоль первой (фиг. 4), то в случае ламинарного потока слой жидкости, непосредственно прилегающий к движущейся пластинке, будет иметь скорость, равную скорости этой пластинки. Распределение скоростей между пластинками в простейшем случае подчиняется простому линейному закону

VxVa , (1,5)

НИХ представляют собой две неподвижные трубки, отверстие одной из них помещено перпендикулярно потоку, а отверстие второй - параллельно потоку. Обозначив давление в жидкости перед отверстием перпендикулярной трубки через и перед отверстием параллельной трубки через pi, можно вычислить скорость течения.

Из уравнения Бернулли получим или

откуда