Расчёт каких аппаратов пожарной техники основан на уравнении Бернулли? Привести пример методики расчёта одного из указанных аппаратов.
На основе уравнения Бернулли рассчитаны следующие устройства: ствол-водомер (используется для измерения расхода воды, проходящей по рукавным линиям), водомер Вентури (является одним из устройств, предназначенных для измерения расхода жидкости в трубопроводах), трубка полного напора (приемник полного давления), позволяет измерить полный напор потока жидкости (она представляет собой трубку, изогнутую под прямым углом и направленную навстречу потоку).
Струйные аппараты так же нашли широкое применение в различных областях техники. Представляют собой устройство, которое позволяет подсасывать и поднимать на определенную высоту жидкость, порошок или другую рабочую среду. Достоинством струйных аппаратов является простота их устройства и безопасность в работе (но имеет низкий КПД). В пожарной технике наиболее широко используются водоструйные аппараты, в которых рабочей средой, подводимой к аппарату, является вода, а эжектируемой – порошок, пенообразователь. Принципиальное устройство водоструйного аппарата показано на рис. 25. Он состоит из следующих элементов: рабочего насадка 1, приемной камеры 2, камеры смешения 3, диффузора 4. Принцип действия аппарата заключается в следующем: рабочая жидкость с расходом воды Q1 проходит через насадок, на выходе из которого в результате увеличения скорости давление падает и в приемной камере образуется разряжение, за счет которого создается подсасываемый поток Q2.
Максимальное разряжение наблюдается на входе в камеру смешения. В диффузоре давление увеличивается. Струйный аппарат рассчитывается с использованием уравнений Бернулли для сечений 1-1 и 2-2, 3-3 и 4-4, 5-5 и 6-6.
Рис. 25. Схема водоструйного аппарата и примерное распределение давления по его длине.
Для сечений 1-1 и 2-2 уравнение Бернулли запишется:
В сечении 1-1 давление всегда избыточное, а в сечении 2-2- вакуум. Тогда с учетом уравнения неразрывности потока жидкости соотношение запишется:
Аналогичные соотношения получаются при использовании уравнения Бернулли для других сечений. Такая система уравнений позволяет связать между собой рабочие и геометрические параметры инжектора: расходы, давления и диаметры.
2. Сущность метода анализа размерностей. Вид формул для определения линейных и местных потерь напора. От каких величин зависят коэффициенты линейных (λ) и местных (ζ) потерь напора.
Метод теории размерностей широко применяется во многих исследованиях. Данный метод известен под названием «π – теорема. Согласно этой теореме, всякое уравнение, выражающее некоторую физическую закономерность и поэтому не зависящее от выбора системы единиц измерения, связывающее между собой k физических величин, среди которых n величин обладают независимыми размерностями, может быть преобразовано в уравнение, связывающее k-n независимых безразмерных комплексов, составленных из упомянутых k физических величин.
При движении жидкости по трубам могут возникать два вида потерь напора: по длине (линейные) потока и местные. Сопротивления (потери) по длине потока возникают в результате трения о стенки трубопровода и трения между слоями жидкости. Потери напора на трение по длине l определяются общей формулой Дарси:
где λ — безразмерный коэффициент сопротивления, определяется в зависимости от режима движения жидкости;
υ — средняя скорость потока.
Таблица для определения коэффициента гидравлического трения
Режим движения Число Рейнольдса Определение λ
Ламинарный Re<2320 или
Переходный 2320<Re<4000 Проектирование трубопроводов не рекомендуется
Турбулентный 1-я
область Re<4000<10 (ф-ла Блазиуса)
(ф-ла Конакова)
2-я
область 10 <Re<560 (ф-ла Альтшуля)
3-я
область Re>560 (ф-ла Шифринсона)
(ф-ла Никурадзе)
Местные потери напора происходят в местах изменения формы и размеров трубы, где происходит деформация потока — расширение, сужение, искривление и т.п. Местные потери выражают формулой Вейсбаха:
где υ — средняя скорость потока в сечении перед местным сопротивлением (при расширении) или за ним (при сужении);
ζм — безразмерный коэффициент местного сопротивления (зависит от вида местного сопротивления и диаметра трубопровода). Для определения коэффициента местного сопротивления можно использовать как формулы, так и справочные таблицы, например: при внезапном сужении трубы без закругления коэффициент сопротивления
– определяют по формуле Идельчика:
где ω1 и ω2 — площади сечений трубы до и после сужения.
– или выбирают из справочника
Литература
Гидравлика: Методические указания и варианты контрольной работы для слушателей заочного обучения. – Екатеринбург: УрИ ГПС МЧС России, 2011. – 30 с
Альтшуль А.Д, Киселев П.Г. Гидравлика и аэродинамика (Основы механики жидкости). Учебное пособие длявузов. Изд. 2-е, перераб. и доп. М., Стройиздат, 1975, 323 стр.
Гидравлика. / Под ред. Абросимова Ю.Г. – М.: АГПС МЧС России, 2005 г. – 312 с.
Задачник по гидравлике и противопожарному водоснабжению. / Под ред. Качалова А.А. Часть I. Гидравлика в пожарном деле. – М.: ВИПТШ МВД СССР, 1989 г. – 116 с.
