Жидкости. График напоров

При установившемся течении вязкой несжимаемой жидкости в поле сил тяжести уравнение Бернулли, выражающее закон сохранения механической энергии потока на участке между двумя сечениями 1 и 2 (рис. 1), имеет вид:

. (30)

В этом уравнении каждый из членов имеет линейную размерность.

Первый член уравнения – Z определяет высоту положения центра тяжести живого сечения потока над произвольной горизонтальной плоскостью сравнения 0 – 0 и называется геометрической высотой или геометрическим напором. Он характеризует удельную (единицы веса жидкости) энергию положения в поле сил тяжести.

Второй член уравнения – P/g соответствует гидростатическому давлению в данной точке потока и называется пьезометрическим напором (или высотой). Для измерения этого напора применяются пьезометры – прямые тонкостенные трубки, в которых жидкость поднимается на высоту P/g. Пьезометрический напор характеризует удельную потенциальную энергию давления в данном сечении потока.

Сумма Z + P/g называется статическим напором.

Третий член уравнения называется скоростной высотой или скоростным напором, он определяет удельную кинетическую энергию жидкости в данном сечении потока, где J – средняя скорость течения жидкости в живом сечении потока, a – коэффициент кинетической энергии (коэффициент Кориолиса), учитывающий неравномерность распределения скорости в живом сечении потока. При ламинарном режиме движения a=2; при развитом турбулентном режиме a=1,05 ¸ 1,1. Для большинства технических задач обычно принимается a=1; g – удельный вес жидкости; Р – давление в центре тяжести рассматриваемого сечения потока.

Рис. 2.3. Графическая иллюстрация уравнения Бернулли.

I – пьезометрическая линия; II – линия полного напора.

Для измерения суммы напоров применяется трубка Пито, конец (носик) которой загнут навстречу потоку (рис. 1.5). Уровень жидкости в этой трубке выше, чем в пьезометре, т. к. кинетическая энергия движения жидкости у носика трубки преобразуется в потенциальную энергию дополнительного столбика высотой .

Величина , входящая в уравнение Бернулли, представляет собой полную механическую энергию единицы веса жидкости в данном сечении потока и называется полным или гидродинамическим напором.

Последний член уравнения Бернулли h_w(1-2) представляет собой потерю полного напора на преодоление сопротивлений на пути между рассматриваемыми сечениями 1 и 2 (рис. 1.5).

Линия, проведенная через концы отрезков, выражающих полную удельную энергию , называется напорной линией, а линия, проведенная через концы отрезков, выражающих удельную потенциальную энергию , называется пьезометрической линией.