.Przepł. burzliwy: r. ten charakteryzuje się tym, że tory cząstek cieczy nie są równol. do osi rury. Wektory prędk. poszczególnych cząstek cieczy posiadają oprócz składowej równol. do osi rury, także prostop. do niej składowe prędk. Następuje więc<zróżnicowanie rozkł. V w przekroju poprzecznym rury niż w r lamin. czyli Vśr/Vmax=0,83, zatem w r bużliwym Vmax=1,2Vśr. Podczas przepł. burzliwego ciecz bezpośr. przylegająca do ścianek wobec istnienia znacznych sił adhezi pozostaje nieruchoma i jedynie je zwilża. W następnej warstwie cieczy-bardziej oddalonej od ścianek rury odbywa się r lamin. Nazwana została ona warstewką przyścienną. Jeżeli grubość jej jest>od chropowatości ścianek (δ>k) czyli je całkowicie pokrywa wówczas taką rurę przewodzącą ciecz uważamy za gładką w przeciwnym przypadku jest ona szorstką dla przepływu bużliwego. Wys.(k) nierówności nosi nazwę chropowatości bezwzgl. gdy δ<k to trudno wnioskować jak wpłyną nieprzykryte części nierówności ścianek przez warstwę laminarną na wzrost turbulencji i oporów hydraul. w pozostałym rdzeniu przepływu, którego pow. zależy od średnicy rury. Dlatego wprowadzamy chropowatość wzgl. ε czyli:ε=k/R, ε'=k/d. Odwrotność stosunku naz. gładkością wzgl. 1/ε=R/k, 1/ε'=d/k. Lewary: lewar-przewód zamknięty przeprowadzający ponad przeszkodą ciecz, której swobodne zw. na wlocie i wylocie z przewodu są położone poniżej kolana lewaru. Wlot do przewodu musi być stale zanużony w cieczy, zaś wylot może być swobodny, lub zanurzony. W lewarze ważną funkcję pełni kolano mające 2 różne promienie krzywizny cianek. Krywizna wypukła ma promień r_o, wklęsła-R. stosunek R/r_o=n, jeśli n<1,25 mamy lewary o małym przekroju, gdy n>=1.25-lewary o dużym przekroju Lewary o dużym przekroju: Przepł. cieczy ze zb. górnego do dolnego ponad przeszk. w lewarze w którym istotną rolę spełnia najwyżej położone kolano V_or_o=Vr=V_RR. Elementy cieczy poruszające się po łuku o mniejszym posiadają większą V V_o/V_R=R/r_o=n=(V_o/V=r/r_o), V=Vo(ro/r); dQ=VdF=V_o(r_o/r)Bdr; Q=V_or_oB_ro∫^Rdr/r; Q=Vsr·B(R-r_o); Vśr=[V_or_oln(n)]/(R-r_o)=[V_oln(n)]/(n-1); a)straty liniowe h_L=λ(L/d)(Vśr²/2g)=λ(L/4R_h)(Vśr²/2g); b)straty miejscowe: -na wlocie do lewara h_m1=ζ₁(Vśr²/2g), -w kolanie lewara h_m2=ζ₂(Vśr²/2g), -na wylocie do zbiornika dolnego h_m3=(Vśr²-Vzb₂²)/2g; Vzb=0; h_m3=Vśr²/2g; h_s=Vśr²/2g[λ(L/4R_h)+ζ₁+ζ₂+1] 1)h_s=H paca lewara będzie prawidlowa; 2)h_s<H może nastapic przerwanie ciaglosci r. i aby temu zapobiec należy zmienic jego wymiary. 3)h_s>H rzeczywista pretk. przepł. w lewarze jest<od przyjetej do obl. wartosci Vśr=f(V_o), przy czym V_o=Vmax; Przepustowosc lewara Q=F·Vśr rzecz=F·Vśr√(H/hs); Q=V_or_oBln(n); Q=V_oBR[ln(n)/n]; Qmax występuje, gdy R/r_o=n=2,718. R. jednost. w kanalach i korytach. W nich czesciowo napelnionych ciecza dla zapewnienia r. jedn. niezbedne jest spelnienie war.: -wydatek staly w czasie Q=const; -czynny przekroj poprzeczny, napelnienie i Vsr są jednakowe wzdluz strumienia; -chropowatość koryta jest jednakowa wzdłuż strumienia; -brak lokalnych oporow. Podczas r jednost. istnieja: -stale Vsr w kolejnych przekrojach; -linia cisn. piezometr. pokrywa się ze zw. w cieczy; -linie en. zw. wody i dno koryta sa rownol.; -strata energii rowna jest spadkowi dna. V=c√R_hJ. R. kryt. podkryt. i nadkryt. Podczas r. wolnozmiennego w korytach i kanalach o swobodnym zw. cieczy linia en. wznosi się nad poziomem porown. Ec=Z+p/γ+αV²/2g; Ep=Z+P/γ=h; Ek=αV²/2g; gdyV=Q/F: Ek=αQ²/2gF²; Ec=Ep+Ek=h+αQ²/2gF²; Istnieje taka głęb., przy której Ec=min.-głęb. kryt., przy niej w korycie panuje r kryt. Jeżeli h<hkr mamy obszar r podkryt.(rwący), w którym dominuje Ek, przy h>hkr mamy obszar r nadkryt.(spokojny), w którym dominuje Ep. Min en. możemy wyzn. analitycznie: dEc/dh=d/dh[h+(αQ²/2gF² )]=1-αQ²/gF³∙dF/dh=0; dF/dh=B; dEc/dh=1-(αQ²/2F³)B=0 ; F³/B=αQ³/g-rown. r. Krytyczn R. niejednost. w korytach - w sąsiednich przekrojach poprzecznych różne sa prędk, pow. czynne i głębok. cieczy, co powoduje zmiany spadku zw. względem spadku dna R. przyspieszony - powodowany jest zwiększeniem spadku dna lub obniżeniem dna, występują w nat. korytach i sztucznych kanałach. Powyzej budowli zw. cieczy układa się według krzywej depresji. Odległ. od budowli do pktu w którym niema istotnego obniżenia zw. nazywa się zasięgiem depresji. R. opóźniony wywołany może być zmniejszeniem spadku dna lub budowlą piętrząca ciecz w korycie i kanale. Odległ. od budowli wywołującej spiętrzenie do pktu w którym brak jest spiętrzenia zw. cieczy nazywa się zasięgiem spiętrzenia (cofką). Prekursorem badań nad uderzeniami był Żukowski w 1898 r kontynuatorem był włoch Lorenzo Allievi (1903) , który rozpracował je tak dokładnie, że jego następcom pozostało doświadczonalne sprawdzenie wyników lub dopracowanie wybranych zagadnień specjalnych (tutaj rysunek)W rozważaniach nie uwzględnia się spadku ciśnień pod wpływem hydraulicznych strat miejscowych na wlocie cieczy ze zbiornika do rurociągu(A) , jak również straty hydrauliczne na długości (L). Zakładając, że nastąpi gwałtowne zamknięcie zasuwy w ptk. B takie , że czas zamknięcia zasuwy t₂ =0 a ciecz jest nieściśliwa. Ponad to przyjmuje się , że rurociąg nie jest sprężysty (nieodkształcalny) to masa płynącej cieczy powoduje wzrost ciśnienia do nieskończoności. W przyrodzie i technice mamy do czynienia z cieczą rzeczywistą i odkształcalną. Efektem tego jest redukcja bezwładności cieczy. Najpierw zatrzymują się warstwy przy zaworze B wzrost ciśnienia o AP w wyniku zamiany Ek w Ep następuje to wzdłuż przewodu, od pkt. B do A, wywołuje ona rozszerzenie się ścian rurociągu . tego rodzaju zjawiska przebiegają z dużą prędkością, którą nazywa się prędkością rozprzestrzeniania się fali uderzeniowej. Fala ta po przebyciu odcinka od zaworu B do A przebiega z powrotem od A do B w postaci fali powrotnej i znów nastąpi jej odbicie oraz powtarzanie zjawiska dopóty, dopóki nie nastąpi zanik tej fali, ustabilizuje się ciśnienie do wartości Pa + ρ*g*h. Ciśnienie przejścia fali uderzeniowej nazywa się okresem fali, który jest od zaworu B do zb. A i z powrotem od A do B. T=2L/c, gdzie c - prędkość rozchodzenia się fali w m/s , l - doległość od zaworu B do A. Zawór A na zewn. i zamyka go, co wywołuje znów uderzenie hydrauliczne itd. Wysokość podnoszenia h zależy od wielkości H i Q oraz od oporów hydraulicznych podczas przepływu wody przez taran i wytrzymałość komór. Przy normalnej pracy h jest bliskie ok. (OH Wydajność qz w przewodzie tłocznym. Tarcie hydrauliczne zależy od Q. μ*a*H = qz-h, μ - współczynnik sprawność taranu zależny od stosunku h/H. Przykład: Oblicz prędkość rozprzestrzeniania się fali uderzeniowej i wielkość przyrostu ciśnienia dla następującego przypadku: a)natychmiastowe zamknięcie zaworu t2<T T-okres fali, b) rura stalowa o średnicy d= 0,6m , grubość ścianki Δ=0,01m , współczynnik sprężystości stali Eo= 0,000002 kg / cm2. c) Przepływa woda o współ. Sprężystości Eo=0.000207 kg/cm2 z prędkością Vo=2,5 m/s=9 km/h Przyrost ciśnienia :Δp=q*Vo*c=102*2,,5*1119=285345 kG/m2=28,5 kG/cm2 Parcie i reakcje hydrodynamiczne. Strumień posiada skończone wymiary przekroju porzecznego w porównaniu do strugii, która ma nieskończenie małe wymiary Jeżeli płynie strumień w przewodzie to mówimy, że jest on ograniczony ściankami przewodu. Strumień cieczy lub gazu( płynu który wypływa z rurociągu lub dyszy może dalej poruszać się w cieczy i jest on wówczas zatopiony lub może poruszać się w powietrzu i nazywamy go wtedy swobodnym. W technice dość często doprowadza się do ruchu strumienia w powietrzu w urządzeniach technicznych np. turbinach wodnych i parowych , w dyszach strażackich wozów, w rolnictwie w deszczowniach służą do nawożenia deszczownionego , policja armatki wodne , na stacjach uzdatniania wody . Z obserwacji i badań wynika, że strumień cieczy, który wypływa z przewodu lub dyszy w ośrodku powietrznym tworzy 3 strefy.
Odcinek 0-1 strumień zwarty , w którym istnieje wew. Ciągłość ruchu i zachowany jest kształt otworu Odcinek 1-2 strumień rozluźniony , strumień rozpada się na strugi, zachowują one ciągłość na drodze 1-2, natomiast rozpadają się w przekroju poprzecznym. Zasadniczy wpływ odgrywa tu tarcie pow. I siła ciężkości. Odcinek 2-3 strumień rozpylony , brak ciągłości przepływu w profilu podłużnym i poprzecznym bowiem tworzą się pojedyńcze kroplee, na które działa napięcie powierzchniowe. Dla turbin , armatek wodnych , do gaszenia pożaru stosuje się taki strumień. Zajmować się będziemy tylko strumieniem zwartym . Przy rozpatrywaniu parcia (naporu) hydrodynamicznego powstaje on wówczas , gdy strumień zwarty napotyka na przeszkodę wstawioną prostopadle lub skośnie w linii działania strumienia . Zasada zmiany ilości ruchu w dostosowaniu do osrodków ciągłych (w mechanice ciała stałego posługuje się 2 prawem Newtona . Dowodzi ona że siła P = m*a - przysp. W mechanice cieczy prawo to przekształca uwzgl. Masę płynu która przepływa przez przekrój poprzeczny strumienia F w czasie dt m = ς*Q*dt czs [s] Przelewy-część przegrody wstawionej w strumień cieczy o swobodnym zw., która powoduje jego piętrzenie i przelewanie przez koronę czyli jest też wypływ z dużego otworu kiedy zw. w górnym stanowisku jest połozone poniżej górnej kraw. otworu. Przelewy o ostrej kraw. stanowią cienką ściankę zazwyczaj ściętą od strony dolnej wody. Gdy istnieje dopływ powietrza między ścianką a dolną pow. strumienia wówczas funkcjonuje on prawidłowo jako swobodny tj. strumień nieprzylega do ścianki i mamy do czynienia z rzutem strumienia Przelewy o kształcie praktycznym zapewniaja cieczy opływanie górnej powierzchni przelewowej minimalizujac obciążenia i oderwanie się od niej strumienia Przelewy o szerokiej koronie umożliwiają uzyskanie r. wolnozmiennego w którym strugi są nieomal równoległe. Niezbędne do tego jest aby szer. S względem wys. piętrzenia h wynosiła S=>(2do3)h. Uwzględn. warunki pracy hydraul. dzielimy przelewy na zatop. i niezatop. W niezatop. położenie dolnego zw. nie wpływa na wydatek przelewu. Ten przypadek w przel. o ostrej kraw. i kształtach praktycznych zachodzi wówczas gdy głebok. dolnego zw. (d) jest < od wys. przegrody (p), czyli d<p. W przel. o szerokiej koronie przypadek ten zahodzi przy a1<hp, gdzie hp-głębok. wody na przelewie odpowiadające r. krytycznemu. Przel. zatop. o ostrej kraw. i kształtach praktycznych są wówczas gdy d>p i h/p<0.7 zaś w przel. o szerokiej koronie gdy a2>hp. a) bez uwzgl. prędk. dopływowej Q=2/3μ√2g[b-(nh)/10]h^3/2. b) z uwzgl. prędk. dopływowej Q=2/3μ√2g[b-(nh)/10][(h+k)^3/2- k^3/2]. Przy braku kontrakcji bocznej a) Q=2/3μb(√2g)h^3/2. b) Q=2/3μb√2g[(h+k)^3/2-k^3/2]. Dla przel. zatop. i kształtach prakt. bez kontrakcji bocznej a) Q=2/3μ₁·b√2g[(h-z)^3/2+μ₂·bz[√2g(h-z)]. b) Q=2/3μ₁·b√2g[(h-z+k)^3/2-k^3/2]+μ₂·bz[√2g(h-z+k)]. Dla przel. niezatop. o szerokiej koronie a) Q=c·b·h^3/2, b) Q=c·b(h+k)^3/2. Dla przel. zatop. a) Q=ζa₂·b√[2g(h-a₂)], b) Q= ζa₂·b√[2g(h+k-a₂)] R. wody gruntowej W profilu gruntowym wyróżnia się strefę aeracji (pod zw. wody gruntowej) i saturacji oporach wypełnionych. R. wody gruntowej naz. jest filtracją. Grunty który własności umożliwiają przesączenie się wody nazywane są przepuszcz. a te których przepuszcz. jest znikoma nazywane są nieprzepuszcz. Wodoprzepuszcz. grunt uważa się za jednorodny gdy jego własności filtracyjne są wszędzie jednakowe. Grunty izotropowe to takie których własności filtracyjne niezależą od kierunku r wody. R wody gruntowej odbywa się z małymi prędk. bo istnieją duże opory hydraul. w krętych i wąskich kanalikach. Dominujacy jest r lamin. Dopływ do studni zup: Q=FV, pow dopływu w odległ. x od jej osi pion. (z) jest pobocznicą wałca o promieniu x i wys z: F=2πxz; Q=2πxzk(dz/dx); zdz=Q/2πk(dx/x); Q=[πk(H+h)S]/ln(R/r). Jeżeli natężenie dopływu wody do studni<od ilości wody z niej pobieranej wystąpi tzw. zeskok hydraul. W tych warunkach krzywa depresji traci ciągłość z dynamicznym zw. wody w studni Hydrodynamika wód gruntowych-gdy w powierzchni płaskiej bez spadów nasypuje wypełnienie wolnych przestrzeni międzycząsteczkowych to jest to pojemność pełna. Gdy przemieszczenie wody z góry profilu odbywa się z dużą intensywnością to część powietrza glebowego zostaje uwiązana- częściowe nasycenie gruntu, potrzeba dużo wody aby jej słup wyparł uwięzione powietrze (rys). Strefa saturacji- ruch wody wolnej pod wpływam grawitacji ziemi (rys) woda artezyjska- woda wydostaje się na powierzchnie terenu. Z punktu widzenia ujęć wodociągowych można odprowadzić wodę bez pompowania do systemu wodociągowego z wody artezyjskiej a nawet subartezyjskiej gdy miejsce poboru leży wyżej niż obszar zwodociągowania, wody te są bardzo czyste. Przy badaniach ruchu cieczy trzeba ustalić wielkość współ. filtracji (wodoprzepuszczalności), są metody laboratoryjne, terenowe i na zasadzie analogii np. z uziarnienia ustala się cechy filtracyjne gruntu, najbardziej miarodajne te z otworów wiertniczych. Stosujemy różne przyrządy. W mech. gruntów dwa standardowe przyrządy ZWK2 i ZWK3 ze świdrów spiralnych- próbki nie nadają się do badań. Sufozja dowolnych frakcji gruntu powoduje zwiększenie natężenia przepływu, które to natężenie powoduje zwiększenie zdolności sufozyjnych- niekorzystne zjawisko rozmywania zapór ziemnych i wałów przeciwpowodziowych. Zjawisko filtracji służące zatrzymywaniu zanieczyszczeń spotykamy się ze zjawiskiem kolmatacji wewnętrznej wód która zmniejsza współ. filtracji. Kolmatacje wewn. I powierzchniową można wykorzystać do uszczelniania czaszy zbiorników zaporowych. Współczynnik filtracji [ cm/s m/d ] (3rys) itp. Wg. Darcy V=kI wg Dupuita V=kdz/dx Q= 2q q=FV q= k(dz/dx)z1 zdz= (q/k)dx ∫ zdz=q/l*∫dx z²/2=(q/k)x+ C x=0 z=h₀ /2=(q/k)*0+C C=h₀²/2 z²/2=(q/k)x+ h₀²/2 H²/2=(q/k)L+h₀²/2 (H²-h₀²)/2=(q/k)L (H+h₀)(H-h₀)=(2qL)/k (H+h₀)S₀=(2qL/k)/k. Zmniejszenie wartości współ. filtracji w wyniku zjawiska kolmatacji (rys) q=[k(H+h₀)S₀]/2L I=S₀/L a=2q= [k(H+h₀)S₀]/L= k(H+h₀)I Q=VF Q=k(dz/dx) zdz=[Q/(2Πk)](dx/x) ∫zdz= Q/2πk)*∫dx/x z²/2=(Q/ 2Πk)*lnx+C x=r z=h₀ h₀²=(Q/ 2Πk)*lnr+C C=h₀²-(Q/ 2Πk)*lnr z₂/2==(Q/ 2Πk)*lnx+h₀²-(Q/ 2Πk)*lnr z₂-h₀²=(Q/ 2Πk)*ln(x/r) W tej hipotezie Newtona naprężenie styczne (tał) T, jest proporcjonalene do szybkości ścinania i nosi nazwę Prawo Tarcia Newtona a) tał(T)=µ*dVx\dz=µj µ= wsp.proporcjonalne, wsp, lepkości dynamicznej . Płyny spełniające równanie (a) noszą nazwę płynów Newtona. W inżynierii środowiska występujące płyny to gazy o właściwościach fizykochemicznych zbliżonych do powietrza i ciecze o właściwościach zbliżonych do wody. Powyższe płyny, które posiadają zbliżone właściwości są dobrze opisane zależnością prawa tarcia Newtona i są płynami Newtonowskimi.Płyny nie Newtonowskie Do nich zalicza się szlamy, osady , pasty, stężone roztwory, ukł.heterofazowe, nie spełnaiją zależności Newtona między naprężeniami stycznymi T(tał), a szybkością odkształcania. Ponieważ krzywa płynięcia albo nie jest linią prostą lub nie przechodzi przez początek ukł. współrzędnych I gr. (krzywe 1 i 2) płynięcia krzywoliniowe przechodzące przez początek układu. II gr. (krzywe 3 4 5) nie przechodzą przez początek ukł., nazywane są płynami plastyczno-lepkimi. W gr.I krzywa 1 jest to krzywa odnosząca się do płynów rozrzedzonych ścinaniem, dla nich naprężenia styczne T(tał) wzrastają wolniej niż liniowe wraz ze wzrostem szybkości ścinania , dawniej płyny te nazywano pseudoplastycznymi. W zastosowaniu inżynieryjnym znajdowały się one na 2 miejscu po płynach newtonowskich. Powstają one podczas przepływu zawiesin koloidalnych, zawiesin o symetrycznych cząsteczkach. Także zmniejszenie współczynnika lepkości wraz ze wzrostem szybkości ścinania jest wynikiem coraz większego uporządkowania struktury wewnętrznej cieczy i zmniejszania tarcia wewnętrznego, w tym wspomaganie lepkości µ. Krzywa 2 odnosi się do płynów zagęszczonych lub płynów fiksotropowych (zmniejszających tarcie np. przy zagęszczaniu studni). Dla cieczy fiksotropowych rośnie lepkość w miarę wzrostu szybkości ścinania. Krzywe opisane są modelem postępowym Oswalda-de Waele'a. T(tał)= k(dvx\dz)ⁿ = kj ⁿ

II grupa krzywych- są to płyny plastyczno lepkie, mają wspólną cechę charakteryzującą ciała sprężyste i ciecze. Cechą sprężystych ciał stałych jest to, że pod wpływem naprężenia ulegają one odkształceniu, a w usunięciu naprężeń ciało stałe wraca do pierwotnego kształtu . Płyny plastyczno lepkie przy małych naprężeniach zachowują się jak ciało stałe lecz dopiero po przekroczeniu naprężenia granicznego-stycznego (T-tał graniczne.), ciała te płyną. Najprostszy model płynu plastyczno lepkiego dla krzywej 3 nosi nazwę modelu Bingkama .

T(tał)= T(tał)graniczne + µ dvx\dr =Tgraniczne + µj, Tgran.-graniczne naprężenie styczne, µ- dynamiczny współ.lepkości, j = dvx\dz- gradient prędkości

Krzywe 4 i 5 tworzą modele reologiczne opisujące zachowanie się tych płynów i są one bardziej skomplikowane w strukturze.

Uderzenia hydrauliczne Uderzenia hydrauliczne zachodzą w kanałach otwartych(bezciśnieniowych), a zwłaszcza w rurociągach ciśnieniowych podczas transportu cieczy. Uderzeniami towarzyszy gwałtowny i krótkotrwały przyrost lub spadek ciśnienia w rurociągach względnie w kanałach otwartych spiętrzenia lub depresja. Uderzenia wynikają z szybkiej zmiany prędkości przepływu cieczy przez rurociąg lub kanał. Wywołane są one szybkimi zmianami lub otwieraniem zaworu zasuw klap zwrotnych, oraz zatrzymywaniem lub kruchomieniem pomp lub turbin wodnych. Klasyfikacja pomp uderzenia dodatnie - gdy następuje wzrost ciśnienia w wyniku zmniejszenia prędkości przepływu, następuje zamiana Ek na Ep(ciśnienie)

uderzenia ujemne - towarzyszy im spadek ciśnień i wzrost prędkości przepływu , są to zjawiska szybkozmiennew rurociągu dodatnie uderzenia hydrauliczne mogą powodować wzrost ciśnienia nawet kilkakrotnie większej od ciśnienia redsanego. W efekcie może nastąpić deformacja lub rozerwanie rurociągu.W korytach i kanałach efektem tego jest podwyższenie stanu wody przy zasuwach pomp i turbinach wodnych.W praktyce hydrotechnicznej zmusza to do stosowania wyższych obwałowań i przelewów bocznych.Ujemne uderzenia hydrauliczne powodowane są gwałtownym otwieraniem zasuw, włączaniem do pracy pomp i turbin. Spadek ciśnienia jest gwałtowny i w rurociągach może powodować podciśnienie , które deformuje rurociąg , ytrudnia przepływ. W korytach otwartych tego rodzaju uderzenie niszczy umocnienia skapr , gdyż powstaje tzw. ciśnienie spływowe powodujące osuwiska na skarpach . Uderzenia hydrauliczne dodatnie i ujemne są wynikiem bezwładności masy cieczy która przepływa w rurociągu lub kanale. Prekursorem badań nad uderzeniami był żuliowski w 1898 r kontynuatorem był włoch Lorenzo Allievi (1903) , który rozpracował je tak dokładnie, że jego następcom pozostało doświadczonalne sprawdzenie wyników lub dopracowanie wybranych zagadnień specjalnych (tutaj rysunek) W rozważaniach nie uwzględnia się spadku ciśnień pod wpływem hydraulicznych strat miejscowych na wlocie cieczy ze zbiornika do rurociągu(A) , jak również straty hydrauliczne na długości (L). Zakładając, że nastąpi gwałtowne zamknięcie zasuwy w ptk. B takie , że czas zamknięcia zasuwy t₂ =0 a ciecz jest nieściśliwa. Ponad to przyjmuje się , że rurociąg nie jest sprężysty
(nieodkształcalny) to masa płynącej cieczy powoduje wzrost ciśnienia do nieskończoności. W przyrodzie i technice mamy do czynienia z cieczą rzeczywistą i odkształcalną. Efektem tego jest redukcja bezwładności cieczy. Najpierw zatrzymują się warstwy przy zaworze B wzrost ciśnienia o AP w wyniku zamiany Ek w Ep następuje to wzdłuż przewodu, od pkt. B do A, wywołuje ona rozszerzenie się ścian rurociągu . tego rodzaju zjawiska przebiegają z dużą prędkością, którą nazywa się prędkością rozprzestrzeniania się fali uderzeniowej.Fala ta po przebyciu odcinka od zaworu B do A przebiega z powrotem od A do B w postaci fali powrotnej i znów nastąpi jej odbicie oraz powtarzanie zjawiska dopóty, dopóki nie nastąpi zanik tej fali, ustabilizuje się ciśnienie do wartości Pa + ρ*g*h. Ciśnienie przejścia fali uderzeniowej nazywa się okresem fali, który jest od zaworu B do zb. A i z powrotem od A do B. T=2L/c gdzie c - prędkość rozchodzenia się fali w m/s , l - doległość od zaworu B do A. Klasyfikacja uderzeń hudraulicznych 1. dodatnie uderzenia a) proste b)nieproste Czas przebiegu okresla się zewz.T=2l\c.Oznaczając czas całkowitego zamknięcia zaworu przez t_z,wówczas zachodzą dwa przypadki 1)t_z<T-uderzenia proste 2)t_z>T Wg ad.1 L>ct₂/2 co ozn.,ze uderzenia proste następuje w długich rurociągach lub przy szybkim zamykaniu zaworu. Natychmiastowe(momentalne)tj. w zaworze kulowym, całkowite zamknięcie zawaru powoduje zawsze dodatnie,proste uderzenia niezależne od dł.przewodu.Wg ad.2 dodarnie nieproste uderzenia powstają gdy czas zamykania zasuwy t_z>T(czasu uderzenia)Fala odbitadobiega do wylotowego konca przewodu wczesniej niż będzie zamykany zawór.Ponieważ ujemna fala zmniejsza cisnienie w przewodzie to nieprostych uderzeniach nastapi wzrost cisnienia w przekroju wylotowym i będzie mniejszy w stosunku do prostego uderzenia hydraulicznego L<ct_z/2 ozn.to ,ze ze zjawisko uderzenia nieprostego następuje w krótkich przewodach lub przy powolnym zamykaniu zaworu.Jest to jednak złożone zjawisko, które utrudnia okreslenie przyrostu ćisnienia . w praktyce posługuje się przyblizonym wzorem Zukowskiego Δp/Δpmax=T/t2 gdzie ∆p-przyrost cisn.przy uderz.nieprostych, gdy t_z>T, ∆p max-przyrost maxcisn przy uderz. prostych tj.gdy t₂<T. zazwyczaj korzystniejszy jest wz.Morowa Δp/γ=(2H*H)/(2-H) gdzie H-bezwymiarowy wspołczynnik charakteryzujący długosc przewodu ,okresla się go ze wz. H=(l*V)/(g*h*t2) gdzie v_o-predk.przed uderzeniem,H-wzniesienie zwierciadła w zbiorniku nad osia przewodu. Jest dokladnie gdy H<0,5

2) Ujemne uderzenia hydrauliczne -podobnie jak dodatnie mogą być osiagniete gdy:a)t₂<T proste b)t_z<T nieproste.ad1) największy spadek cisn.oblicza się ze wz. Δp/γ=cV/g ad2)należy wyzn.wg.Czertousowa Δp'/γ=(2H*H)/(1+H); H=L*V₀/hgt₂

Wykł.6 Sposoby zapobiegania i wykorzystania uderzen hydraulicznych. Podczas uderzen hydr.wyst.zmiany cisnienia ,wzrost lub spadek cisn., które w przypadku uderzenia prostego mogą osiagac znaczne wartosci .Istnieją nastepujace sposoby zapobiegania lub ograniczania skutków uderz.hydr.a)zmniejszenie dł.rurociagu b)zwiekszenie czasu zamykania lub otwierania zasuw c)instalowanie zbiorników powietrznych lub wież wyrównawczych d)stos.zaworów bezpieczenstwa. Ad a. uderzenia hydraul. W rurociagu będą tym mniejsze im krotszy będzie rurociag, sugeruje to stosowanie przewodów do transportu cieczy o mozliwie krótkiej długosci. Jeżeli L<ct₂/2 wystepuje wówczas zjawisko nieprostego uderzenia hydraul.,któremu towarzyszy znacznie mniejszy wzrost cis.niż przy uderzeniach prostych.

Ad b)gdy zawór zamykany jest powodem iż t₂>2l/c wówczas uderzenie jest nieproste , a przyrost (wzrost lub spadek) cisn. Bedziemniejszy niż przy uderzeniu prostym. Przy mozliwosci zapewnienia w przewodzie przyrostu cis. niewiekszego od zadanego wówczas czasu zamykania zaworu okresla wz. t₂ > [(γ*V*l)/(gΔp)]+l/c Ad c)osłabienie uderz.hydraul.następuje w zbiorniku powietrznym, które polega na tym, ze przyrost cisn.w przewodzie amortyzowany jest przez poduszke powietrzna w zbiorniku, która uniemozliwia rozprzestrzenienie się w góre uderz.hydraulicznych. w tym celu zb.powinnien mieć dostateczna pojemnosc. Ad d) Oprócz zbiornikow i wiez stosuje się zawory bezpieczenstwa, ich konstrukcja i zasada działania jest rózna np. w wodociagach stosuje się zawory bezpieczenstwa Kozłowskiego.Przykładem wykorz.uderz. hydraul moze być taran hydrauliczny.Słuzy on do podnoszenia wody bez zast. Silników.(jest rys) Zbudowany jest z: r_cirurociag cisnieniowy ok. 10-20 m, KR komora robocza, A -zawór uderzeniowy, B-zawor cisnieniowy, K-kołpak,r_t-rirociag tłoczny.

Parcie cieczy na pow płaskie: -na pow poziome: zb. wypełniamy cieczą do wys (h) o ciężarze objęt. (γ). Jeżeli na zw. cieczy oraz zewn. pow. ścian i dno zb. działa ciśn. p_o=p_a, wzór: P=γh; parcie na dno zb.: P=γhF, gdzie F-pole pow. dna. Kier. działania parcia jest skierowany pionowo w dół. Powyższe zał. i wz. To twierdz. Stevina z niego wynika, że parcie na dno zb. nie zależy od kształtu pobocznicy i obj cieczy-paradoks hydrostat. Parcie hydrostat.-siła powierzchniowa (wektor) z jaką ciecz w stanie wzgl. spoczynku oddziałuje na ściany naczyń i ciał w niej zanurzonych lub inne ciecze, na płaszczyzny myślowo poprowadzone w danej cieczy. Parcie (P) to iloczyn ciśn. hydrostat. (p) i pow. (F) na kturą działa prostopadle.Ustalony wypływ cieczy z małego otworu niezatopionego: wypływ cieczy z otworu w dnie lub ścianie zb. jest ustalony, gdy V, a tym samym wydatek nie zmieniają się w czasie. Otwór w ścianie zb. jest mały gdy istnieją niewielkie różnice V i ciśn. między najniższym a najwyższym pkt otworu. Jeżeli wypływ z otworu odbywa się do amosf. lub do zb. w którym zw. cieczy wznosi się poniżej dolnego pktu otworu, to taki otwór jest nizatop. R-nie. Bern. Z₁+p₁/γ+(αV₁²)/2g= z₂+p₂/γ+(αV₂²)/2g+h_s; r-nie. ciągłości V₁F₁=V₂F₂; h_s=ξV₂²/2g; V₁=V₂(F₂/F₁); V₂=√{2g[H+(p₁-p₂)/γ]/[1+ζ-(F₂/F₁)²]}; V₂=√[2gH/(1+ζ)]=√[1/(1+ζ)]√2gH; V₂=φ√2gH; Q=FV₂=F₂∙kappa·φ√2gH;Q=μF₂√2gHPrzeznaczenie pomp: służą do podnoszenia cieczy z poziomu niższego na wyższy lub do przetłaczania cieczy z obszaru o mniejszym ciśn. do obszaru o większym ciśn. Powoduje to wytworzenie się różnicy(gradientu) ciśn. między stroną ssącą i tłoczną ruchomego elementu. P. są maszynami hydraul. biernymi bowiem podczas pracy pobierają en. z zewnątrz. Pompoturbiny są maszynami wodnymi odwracalnymi-biernymi, gdy okresowo pracują jako turbiny, lub maszynami czynnymi, gdy pracują jako silniki wodne. Kryteria klasyfikacji oraz podział p. i ukł. pompowych. 1.Wg sposobu podnoszenia cieczy z przestrzeni ssawnej do tłoczenia. a) p. wyporowe-ich działanie polega na wyparciu lub pobraniu porcji cieczy z obszaru ssawnego lub dopływowego po wykonaniu odpow. r specjalnego organu roboczego do obszaru tłocznego. Charakteryst. cechą jest szczelne oddzielenie obszaru ssawnego od tłocznego. b) p. wirowe-ich działanie polega na r obrotowym organu roboczego zwiększającego kręt lub krążenie cieczy przepływającej przez jego wnętrze. Charakteryst. cechą tego rodzaju p. jest to, że nie ma szczelnego oddzielenia obszaru ssącego od tłocznego. 2.Wg rodzaju źródła en. napędzającej ruchomy organ roboczy. a) p. z napędem ręcznym. b) p. z napędem mechan. 3.Wg ukształtowania wirnika i przestrzeni tłocznej nadających cieczy charakteryst. kier. ruchu. Działanie tych p. polega na obrocie wirnika, którego odpowiednio ukształtowane łopatki wymuszają przepływ cieczy od strony ssawnej do strony tłocznej. P. krętne o różnie ukształtowanych wirnikach i ich obudowie powodują różne pola prądu, dając podstawy do wyłonienia kolejnego kryterium podziału: a) p. odśrodkowe w których ciecz dopływa do wirnika równolegle do osi wału na którym jest on osadzony natomiast odpływa z wirnika do tej osi pod wpływem siły odśrodkowej działającej na cząstki przepływającej cieczy. b) p. helikoidalne o ukosnym przepływie cieczy przez wirnik posiadają bezłopatkową kierownicę i spiralny lub cylindryczny kanał zbiorczy. c) p. diagonalne w których ciecz dopływa do wirnika równolegle do osi wału, zaś odpływa z wirnika pod pewnym kątem. d) p. śmigłowe o osiowym przepływie cieczy przez wirnik którego łopatki kształtem zbliżone są do śmigła wieloramiennego. e) p. odwracalne mogą być pompoturbinami, gdy dominuje czas pracy jako p. lub turbinopompami, gdy ponad 50% czasu pracy ta maszyna wodna działa jak turbina.4. Wg liczby wirników umieszczonych szeregowo w p. odśrodkowych: a) p. jednostopniowe /jedonowirnikowe/ . b) p. wielostopn. /wielowirnikowe/ przez które przepływa ciecz. 5. Wg wielk. wytwarzanego cisn.: a) p. niskiego ciśn. /<20 m słupa wody/. b) p. średniego ciśn. /20-60 m słupa wody/. c) p. wysok. ciśn. /> 60 m słupa wody/. 6. Wg sposobu doprowadzenia cieczy do wirnika: a) p. z wirnikiem o jednostronnym wlocie. b) p. z wirnikiem o dwustronnym wlocie. 7. Wg położenia wału p.: a) z wałem poziomym. b) z wałem pion. 8 Wg sposobu podparcia wału: a) z wirnikiem umieszczonym na końcu wału. b) z wirnikiem w środkowej części osi podpartej dwustronnie. 9. Wg sposobu podziału kadłuba: a) z kadłubem dzielonym w płaszczyźnie przechodzącej przez oś wału. b) z kadłubem dzielonym w płaszczyźnie prostop. do osi wału. 10. Wg połączenia napędu z p.: a) bezpośr. sprzężone. b) pędniowe /transmisyjne/. 11.Wg rodzaju pompowanej cieczy: a) p. do cieczy zimnych, b) do cieczy gorących, c) do cieczy agresywnych chemicznie, d) do innych cieczy. 12. Wg warunków pracy ukł. pompowych: a) ssąco-tłoczący gdy ps<pa Hga>0 Hgt>0 Hgu=Hgs+Hgt b) u. tłoczący ps>pa Hgs<0 Hgt>0 Hgu=Hgt-Hgs. c) u. ssący ps<pa Hgs>0 Hgt<0 Hgu=Hgs-Hgt Wysok. ssania, tłoczenia i podnoszenia cieczy. Użyteczna wys. podnoszenia (Hu) lub całkowite ciśn., które p. wytwarza składa się z następujących wielk.: -geometr. wysok. ssania (Hgs) stanowiącej różn. rzędnych osi p. i dolnego zw. wody, -strat hydraul. na ssaniu (hss), - geometr. wys. tłoczenia (Hgt) stanowiącej różn. rzędnych górnego zw. wody, -strat hydraul. na tłoczeniu (hst). Gwarantowaną wakuometryczną wys. Hvsk, która odnosi się w zb. dolnym oraz uwzględnia tzw. zapas kawitacyjny. Gwarantowana wakuometryczna wys. ssania Hvsk=10-ps/γ-delta hcav umozliwia ustalenie wys. położenia p. w umownych war. fabrycznych Hgs = Hvsk-Vs2/2g-hss Wydajność, moc i sprawność. Wydajnością rzeczyw. p. naz. natężenie przepł. (Q) w końcu tłocznym, przy określ. manometrycznej wys. podnoszenia (Hu). Moc użyteczną (Nu) p. oblicza się ze wz.: a) Nu = γQHu/75 KM , b) Nu = γQHu/102 kW, gdzie γ-ciężar właściwy pompowanej cieczy, Q-wydajność, Hu-wydajność podnoszenia. Max sprawność ηmax naz. optymalnym punktem pracy p., bowiem najbardziej ekonom. jest wtedy zużycie mocy. Krzywe stale opadające w miarę zwiększania się Q naz. statecznymi charakterystykami wydajności, natomiast niestateczn. charakteryst. są te gdy istnieje możliwość uzyskania dla jednej wart. podnoszenia Hoc<H<Hk dwu wartości wydajności. Pkt i przedział optymalnej pracy ukł. pompowego. W pkcie pracy zespołu pompowego (A) osiagana jest maks. wydajność o stałej prędk. obrotowej wirnika p. pracującej w ukł. przy całkowicie otwartej zasuwie na rurociągu tłocznym. Wyróżnik szybkobierznosci - geomtrycznie podobnych p. wirowych wyraża prędk. obrotową (w obrotach na min) wirników które przy ustalonej wys. podnoszenia (hs=1m) posiadaja określoną wydajność i zapotrzebowanie na moc. a) dynam. wyr. szybkobierzności (nsN) określa się przy zapotrzebowaniu na moc Ns=1KM oraz wys. podnoszenia Hs=1m i wydajniości Q=0.075 m³/s ze wzoru nsN=3.65·[(n·√Q)/H do ¾]; wydajności Q=m³/s i wys. podnoszenia Hs=1m ze wz: nsQ=[(n·√Q)/H do ¾]; gdzie n - predk. obrotowa wirnika Q - wydajność p., H - wys podnoszenia p. Równol. współpraca pomp odśrodkowych występuje wówczas gdy kilka p. będzie pompować ciecz do wspólnego rurociągu tłocznego. Stosuje się ją najczęściej przy braku odpowiednich pomp podczas projektowania pompowni oraz w warunkach eksploatacyjnych gdy wzrasta dopływ cieczy niezbędny do przepompopwania lub jest on nierównomierny w czasie i nie może być okresowo zmagazynowany w zb. wyrównawczych. Szeregowa współpraca pomp odśr. Całkowita wys. podnoszenia cieczy znacznie przeznacza wysokość podnoszenia jaką może osiągnąć jedna p. W takich warunkach najczęściej stosuje się szeregową współpracę kilku pomp która polega na połączeniu rury tłocznej pierwszej p. rurą ssącą następnej p. P. te mogą znajdować się w jednym bud. przepompowni lub budynkach odzielnych znacznie od siebie oddalonych. Przykł. zastosowań p. w inż. sanit. wodn. i lond.- p. w zespole pompowym i przepompownie stos. są powszechnie w wielu dziedzinach w tym w inż. sanit. wodn. londo. Służą one do podnoszenia cieczy o różnych właściw. na wyższy poziom lub do obszaru o wyższym ciśn. mogą być wykorzystywane same p. stanowiące jeden z elementów złożonych urządzeń i systemów zainstalowanych na stałe lub okresowo. Stosowane są również samodzielne budowle chydrotechn. w postaci przepompowni stacjonarnych lub ruchomych. Podnoszona ciecz może być jednorodna zimna ciepła i bardzo gorąca a także agresywna chem. i radioaktywna lub zawierająca części stałe. Zespoły pompowe powszechnie stosowane są na ujęciach wód podziemnych powierzch. i infiltrac., występują w dużych ilościach na stacjach uzdatniania wody i w oczyszcz. wody. Zespoły pompowe wykorzystywane są w chdromechanizacji przy transporcie mieszanki betonowej żużla i popiołów paleniskowych, namułów dennych, zb. z koryt, kanałów oraz piasku do budowy wałów i zapór ziemnych.

R-nie Bernouliego dla strugi cieczy dosk. Rozpatrujemy ustalony r. strugi cieczy idealnej w polu grawit. ziemskiej. Wzniesienie osi tej strugi nad poziomem porówn. wynosi z₁,z₂ odpow. dla przekrojów I,II mających pow. dF_1,dF_2, ciśn. p_1,p₂, prędk. V_1,V₂. Siły zewn. działające wzdłuż osi strugi =: p₁dF₁ i p₂dF₂. Praca tych sił na drodze dl₁ i dl₂ wyn. L_p=p₁dF₁dl₁-p₂dF₂dl₂=p₁dF₁V₁dt-p₂dF₂V₂dt; L_p=dFdl(p₁-p₂)=dFV(p₁-p₂)dt; E_c=E_p+E_k; ΔE_p=ρdFdlg(z₂-z₁); ΔE_k=ρdFdl[(V₂²-V₁²)/2]. Porównując pracę sił zewn. z sumą przyrostów en. potencj. i kinet.: dFdl(p₁-p₂)=ρdFdlg(z₂+z₁)+ρdFdl(V₂²-V₁²)/2; dzielimy przez elementarną obj. dFdl i mamy p₁-p₂= ρ·g(z₂-z₁)+g[(V₂²-V₁²)/2]; p₁-p₂=γ(z₂-z₁)+γ/g·(V₂²-V₁²)/2; z₁+p₁/γ+V₁²/2g=z₂+p₂/γ+V₂²/2g -r-nie Bernoul. dowodzi że w każdym przekroju cieczy dosk. będącej w r ustalonym pod wyłącznym działaniem siły cieżk. suma wys. położenia(z) wys. ciśn.(p/γ) i wys. predk. (v²/2g) =const. z+p/γ+V²/2g=const.; V²/2g -E_k dla rozp. przekroju przypadająca na jedn. ciężaru cieczy.R-nie Bernulliego dla strumienia cieczy dosk. Powszechnie mamy do czynienia ze strumieniem cieczy a nie strugą, dlatego zamiast E_k należy wstawić Vśr., ponieważ w przekroju strumienia istnieje zróżnicowany rozkł. prędk., dlatego wprowadzając tam Vśr należy ja pomnożyć przez α wsp. Saint-Venanta, który jest stos. sumy E_k strugi do strumienia z uwzgl. Vśr. R-nie Bern. dla strum. cieczy dosk.: z₁+p₁/γ+αVsr.₁²/2g=z₂+p₂/γ+αVśr.₂²/2g; Dla odcinka przewodu o zmiennych średnicach: Vsr₁·F₁=Vsr₂·F₂; ponieważ z₁=z₂; α=1; Q₁=Q₂ z r-nia ciągłości wyznaczamy Vśr₂=Vśr₁(F₁/F₂) i wstawiamy do r-nia Bern.: p₁/γ+Vsr₁²/2g=p₂/γ+Vsr₁²/2g·(F₁/F₂)²; (p₁-p₂)/γ= Vsr₁²/2g(F₁/F₂)²-Vsr₁²/2g; h=V₁²/2g[(F₁/F₂)²-1]; Vsr₁=√[2gh/((F₁/F₂)²-1)]; Q=F₁Vsr₁=F₁√[2gh/((F₁/F₂)²-1)]; jedn. otrzymujemy niemianowaną wielkość spadku i wprowadzamy ją do różnego rodzaju obl

- 1 -

---