1 Жидкость как второе агрегатное состояние вещества. Сходство и разница в свойствах жидкости с твердыми телами и газами.
2 Турбулентный режим движения. Структура потока. Местная скорость. Турбулентная вязкость потока.
3 Определение полного КПД насоса.
1 Жидкость как второе агрегатное состояние вещества. Сходство и разница в свойствах жидкости с твердыми телами и газами.
Можем дать следующее определение жидкости: жидкостью называется такое тело, в котором в состоянии равновесия всякое сопротивление деформации равно нулю.
Однако при быстрой деформации жидкость, подобно твердому телу, оказывает сопротивление деформации. Но как только движение жидкости прекращается, это сопротивление очень быстро исчезает. Свойство жидкостей оказывать сопротивление деформации называется вязкостью.
Кроме обычных, легко подвижных жидкостей, существуют очень вязкие жидкости, у которых сопротивление деформации весьма значительно, но в состоянии покоя оно по-прежнему равно нулю. По мере увеличения вязкости жидкость становится все более похожей на твердое тело, однако нельзя провести резкой границы между жидкостью с очень большой вязкостью и твердым телом: некоторые вещества при быстрой деформации ведут себя как твердые тела, а при медленной – как жидкости. К таким веществам принадлежит, например, асфальт.
Согласно кинетической теории материи, мельчайшие частицы всех тел (атомы и молекулы) находятся в непрестанном движении; кинетическая энергия этого движения проявляется в теплоте. С точки зрения этой теории, жидкости отличаются от твердых тел тем, что в них отдельные частицы более или менее часто меняются местами с соседними частицами, в то время как в твердых телах каждая частица занимает в пространстве вполне определенное положение, правда, совершая около него небольшие колебания.
Другим свойством жидкостей является их большое сопротивление изменению объема. Никаким способом невозможно сжать один литр воды так, чтобы он поместился в сосуде емкостью в пол-литра. Обратно, если налить литр воды в сосуд емкостью в два литра и выкачать из последнего воздух, то вода по-прежнему будет занимать только половину сосуда. Однако в некоторой мере вода при больших давлениях сжимается; при давлении около 1000 атм это сжатие достигает 5% первоначального объема. Аналогичным образом ведут себя и другие жидкости.
2 Турбулентный режим движения. Структура потока. Местная скорость. Турбулентная вязкость потока.
Существование двух принципиально различных режимов движения жидкости было экспериментально доказано и изучено О. Рейнольдсом во второй половине девятнадцатого века.
В ходе опытов было установлено, что при небольших скоростях основного потока жидкости краситель движется совместно с ним в виде горизонтальной струйки-нити. Это свидетельствует о том, что траектории движения частиц жидкости в потоке при этом прямолинейны и взаимно параллельны. Такое движение потока называют ламинарным. При какой-то «критической» скорости характер движения красителя изменяется. Он начинает размываться потоком, смешиваясь со всей массой жидкости и окрашивая ее. При дальнейшем увеличении скорости интенсивность смешивания возрастает. Это указывает, что частицы жидкости начинают двигаться хаотически, в том числе и в поперечном направлении. Такое движение потока назвали турбулентным. При турбулентном движении наряду с продольной составляющей мгновенной скорости появляется ее поперечная составляющая. При этом вся масса жидкости сохраняет общее продольное направление перемещения. Дальнейшие исследования показали, что величина критической скорости зависит от свойств жидкости (ее плотности и вязкости), а также от формы и размера поперечного сечения трубы.
3 Определение полного КПД насоса.
Вследствие потерь внутри машины только часть механической энергии, полученной им от двигателя, преобразуется в энергию потока жидкости. Степень использования энергии двигателя измеряется значением полного КПД насоса центробежного типа.
КПД насоса – коэффициент полезного действия – является одним из его основных качественных показателей и характеризует собой величину потерь энергии.
Формула кпд насоса выглядит так:
η = Nп / N
η = ηо * ηг * ηм
ηо - объемный КПД насоса – характеризует объемные потери
ηг - гидравлический КПД – характеризует гидравлические потери
ηм - механический КПД – характеризует механические потери
Расчет КПД насоса показывает возможные потери:
Потери в насосе = 1 – КПД
Анализируя причины возникновения потерь в насосе, можно найти пути к повышению его КПД.
Все виды потерь делятся на три категории: гидравлические, объемные и механические.
Гидравлические потери – часть энергии, получаемой потоком от колеса насоса, затрачивается на преодоление гидравлических сопротивлений при движении потока внутри насосного агрегата, ведут к снижению высоты напора.
Объемные потери – паразитные протечки (утечки) внутри насосной части - в уплотнениях лопастного колеса и в системе уравновешивания осевого давления ведут к уменьшению подачи.
Механические потери – часть энергии, получаемой насосом от двигателя, расходуется на преодоление механического трения внутри агрегата. В машине имеют место: трение колеса и других деталей ротора о жидкость, трение в сальниках и трение в подшипниках. Механические потери ведут к падению мощности всего устройства.
