// //
Дом arrow Научная литература arrow Модуль 1инженерка arrow Раздел 2 водоснабжение населённых мест
Раздел 2 водоснабжение населённых мест

Раздел 2. Водоснабжение населённых мест

2.1. Общие сведения. Основные закономерности равновесия и движения жидкости.

 Водоснабжение – совокупность мероприятий, сооружений и сетей, предназначенных для обеспечения потребителей водой требуемого качества и в необходимом количестве. К потенциальным потребителям воды относятся: население, промышленные, коммунально-бытовые и сельскохозяйственные предприятия, транспорт.

В основе организации водоснабжения лежат процессы, связанные с  равновесием и движением воды, поэтому перед изучением инженерных решений по водоснабжению поселений необходимо рассмотреть основные закономерности, характеризующие статику и динамику жидкостей.

Основные закономерности гидростатики и гидродинамики.

В отличие от твердых тел жидкость характеризуется малым сцеплением между частицами, именно поэтому она обладает свойством текучести и принимает форму емкости, в которой находится.

Важнейшими характеристиками жидкости являются плотность, давление и скорость движения.

 Плотность, 2.1, кг/м3, численно равна массе единицы объема:

2.1 ,                                                                                                 (2.1.1)

где    m – масса жидкости, кг;

         V – ее объем, м3.

 

Плотность воды при нормальных условиях равна 1000 кг/м3.

Давление, Р, Па, - отношение силы, действующей на площадку в нормальном к ней направлении, F, к площади площадки, S:

 

2.1 .                                                                                                 (2.1.2)

Основные уравнения гидростатики.

Гидростатика изучает закономерности, характеризующие жидкость в состоянии покоя.

Практический интерес представляет задача гидростатики о распределении избыточных гидростатических давлений в объеме покоящейся жидкости, имеющей свободную поверхность, рис. 2.1.1.

2.1

 Рис. 2.1.1. Распределение гидростатических давлений в жидкости.

Гидростатическое давление, действующее на площадку, находящуюся в покоящейся жидкости, или на площадку, расположенную на глубине h, определяется формулой

2.1,                                                                                 (2.1.3)

где Рa – атмосферное давление, Па;

       g – ускорение силы тяжести, g = 9,8 м/с2;

       h – вертикальное расстояние от площадки до уровня жидкости, м.

Из предыдущей зависимости и рис. 2.1.1 следует, что максимальное значение гидростатического давления для рассматриваемого случая равно

2.1,                                                                            (2.1.4)

и соответствует давлению на дно и примыкающим к нему участкам стенок емкости.

Оценим зависимость величины гидростатического давления от высоты столба жидкости над площадкой.

Атмосферное давление равно примерно 1 атм или 0,1 МПа, значение слагаемого 2.1 зависит от высоты столба жидкости h  над площадкой. Приращение высоты столба на 10 м приводит к увеличению величин 2.1 и 2.1 на 0,1 МПа или на 1 атм.

Основные понятия гидродинамики.

Гидродинамика изучает законы движения жидкостей. Далее будут рассматриваться закономерности установившегося движения, при котором параметры движения жидкости с течением времени не изменяются.

К основным понятиям гидродинамики относятся:

- поток, представляющий собой непрерывную массу частиц, движущихся в каком-либо направлении;

- сечение потока,  равное поперечному сечению потока, перпендикулярному его направлению;

- расход потока, или объемный расход жидкости, равен объему жидкости, проходящей в единицу времени через живое сечение потока

2.1,                                                                                               (2.1.5)

где V – объемный расход жидкости, м3/с, или л/с;

      F – сечение потока, например, площадь поперечного сечения трубопровода, если данное сечение занято жидкостью полностью, м2;

W – средняя по сечению скорость движения жидкости, м/с.

- массовый расход потока, или массовый расход жидкости, G, кг/с, равен массе жидкости, проходящей в единицу времени через сечение потока

2.1.                                                                                                (2.1.6)

 

Основные уравнения движения жидкости.

Уравнение неразрывности потока связывает массовые расходы в различных сечениях потока, рис. 2.1.2.

2.1

                     Рис. 2.1.2. Схема движения потока в трубе

 

Так как стенки непроницаемы для жидкости, то

2.1                                                                              (2.1.7)

Данное уравнение называют также уравнением постоянства массового расхода, оно является следствием закона сохранения материи.

С учетом (2.5) и (2.6), последнее уравнение можно записать в виде

2.1,                                                                  (2.1.8)

Уравнение (2.1.8) называют уравнением неразрывности потока.

при условии постоянства плотности жидкости уравнение неразрывности потока имеет вид

2.1,                                                                           (2.1.9)

или

2.1                                                                                                (2.1.10)

Из последнего уравнения следует, что при установившемся движении жидкости средние скорости потока обратно пропорциональны площадям соответствующих сечений.

Уравнение Бернулли

Уравнение Бернулли устанавливает связь между параметрами потока в его различных сечениях, рис. 2.1.3, и является частным случаем закона сохранения энергии, применительно к механической энергии единицы объема движущейся жидкости.

 

2.1

Рис. 2.1.3. Иллюстрация закона Бернулли

 

Для сечений 1 и 2 уравнение Бернулли имеет следующий вид

2.1;                      (2.1.11)

Все слагаемые левой и правой частей уравнения (2.1.11) относятся к единице объема жидкости и характеризуют:

-   2.1 - потенциальную энергию положения

-   2.1- потенциальную энергию сжатия;

2.1 - кинетическую энергию.

Трехчлены

2.1;                                                                   (2.1.12)

2.1;                                                                 (2.1.13)

определяют величину полной механической энергии единицы объема жидкости в сечениях 1 и 2 соответственно.

Величина 2.1 определяет потери давления жидкости (уменьшение полной механической энергии единицы объема жидкости) на участке ее движения от сечения 1 до сечения 2. Применительно к условиям движения воды в системах водоснабжения потери давления жидкости являются функцией геометрии трубопровода и квадрата скорости жидкости.

В том случае, если между сечениями 1 и 2 к жидкости подводится механическая энергия, например на данном участке установлен насос, который перемещает жидкость и увеличивает при этом величину полного давления жидкости, уравнение Бернулли имеет следующий вид:

2.1;               (2.1.14)

где 2.1- приращение полного давления жидкости в насосе.

Или

2.1.                                                                 (2.1.15)

В практике водоснабжения, наряду с зависимостью (2.1.14), используется другая форма уравнения Бернулли:

2.1;                              (2.1.16)

или

2.1;                         (2.1.17)

Все слагаемые уравнения (2.1.17) называются напорами, имеют размерность длины и характеризуют соответствующие давления жидкости, выраженные в высоте столба жидкости.

Приведем несколько простейших примеров применения уравнения Бернулли при рассмотрении процессов движения жидкости.

Первый пример связан с самотечным движением жидкости из выше расположенной емкости в ниже расположенную, рис. 2.1.4.

 2.1

Рис. 2.1.4. Истечение жидкости из выше расположенной емкости в ниже расположенную.

 

Проведем плоскость сравнения 0 – 0, а также  сечение 1, совпадающее с уровнем жидкости в выше расположенной емкости и сечение 2, совпадающее с уровнем жидкости в ниже расположенной емкости.

 Составим уравнение Бернулли применительно к сечениям 1 и 2, учитывая, что скорости движения жидкости в сечениях 1 и 2 пренебрежимо малы по сравнению со скоростью жидкости в соединительной трубе, а на поверхности жидкости в сечениях 1 и 2 действует атмосферное давление Ра:

2.1;                                                 (2.1.18)

отсюда

       2.1.                                                                    (2.1.19)

или

2.1;                                                                         (2.1.20)

 

       При самотечном движении жидкости из выше расположенной емкости в ниже расположенную, потери напора равны разности высот расположения уровней жидкости в емкостях. 

Рассмотрим возможность перемещения жидкости из ниже расположенной емкости в вышерасположенную, рис. 2.1.5.

2.1

Рис. 2.1.5. Перемещение жидкости из ниже расположенной емкости в выше расположенную.

 

Из зависимости (2.1.19) следует, что перемещение жидкости из ниже расположенной емкости в выше расположенную возможно только при условии подвода к жидкости механической энергии, поэтому составим для сечений 2 и 1 уравнение Бернулли в виде (2.1.16), учитывая те же допущения, что и в предыдущем случае

2.1;                                            (2.1.21)

 

2.1;                                                             (2.1.22)

Требуемый напор, создаваемый насосом, складывается из разности высот расположения уровней жидкости в емкостях и потерь напора жидкости при ее движении из ниже расположенной жидкости в выше расположенную.

Рассмотрим движение воды по замкнутому контуру, рис. 2.1.6.

 

 2.1

Рис. 2.1.6. Перемещение жидкости насосом по замкнутому контуру.

 

Составим уравнение Бернулли для замкнутого контура движения воды применительно к произвольно выбранному сечению I – I.

  2.1;                        (2.1.23)

или

  2.1;                                                                             (2.1.24)

При движении воды по замкнутому контуру напор, создаваемый насосом, равен потерям напора воды при ее движении по трубопроводам и не зависит от размеров контура по вертикали.

Уравнение Бернулли устанавливает ряд важных качественных закономерностей движения жидкости, к которым можно отнести следующие положения:

- движение жидкости сопровождается потерями давления (потерями энергии потока);

- если на рассматриваемом участке нет подвода механической  энергии к потоку (отсутствует насос), движение жидкости происходит от сечения с большим значением Рп к сечению с меньшим значением данной величины, при этом разность полных давлений жидкости в сечениях, расходуется на преодоление сопротивлений ее движению;

- при необходимости перемещения жидкости от сечения с меньшим значением полного давления к сечению с его большим значением, необходимо между указанными сечениями установить насос, сообщающий жидкости дополнительную энергию (увеличивающий ее механическую энергию);

- при перемещении жидкости по замкнутому контуру трубопроводов напор, создаваемый насосом, не зависит от размеров контура по вертикали и равен потерям напора жидкости при ее движении в замкнутом контуре;

- при неизменности объемного расхода потока и уменьшении поперечного сечения трубы, увеличивается скорость движения жидкости и возрастают потери ее давления. Так, при уменьшении поперечного сечения трубы в 2 раза скорость жидкости увеличивается в 2 раза, а потери давления – в 4 раза. Это влечет дополнительные затраты энергии на перемещение жидкости.

 

Контакты

115419, г. Москва, ул. Шаболовка, д. 34, стр. 3.



Просьба заранее предупредить о приезде, т.к. специалисты распределены по объектам




info@masterbetonov.ru




ООО «Стройсервис» работает на рынке строительного производства c 1992 года.
Основной ценностью для нашей компании являются клиенты, поскольку единственный реальный актив компании — это люди, удовлетворенные нашей работой, которые еще раз захотят воспользоваться нашими услугами. Мы стремимся сделать своих клиентов своими партнерами.