Гидроудар в частично заполненной вертикальной трубе - Гидравлический удар
Рассмотрим развитие гидроудара в вертикальной трубе, часть которой возле заглушки уже заполнена неподвижной жидкостью. Случай, когда жидкостью заполнена часть трубы возле входа, рассмотрен выше и описывается формулами (13) (для сверхтекучей жидкости) и (16)-(18) (с учетом гидравлического трения).
Когда поток сталкивается с неподвижной жидкостью возле заглушки, гидроудар возникает немедленно и распространяется в обе стороны -- к заглушке и ко входу в трубу. При этом его сила (скачок давления) в соответствии с формулой Жуковского определяется лишь скоростью перед остановкой. Но зато длительность, а, следовательно, и полная энергия, определяется геометрией, то есть расстояниями от места столкновения до заглушки и до входа в трубу.
Схема развития гидравлического удара при заполнении потоком уже частично заполненной жидкостью вертикальной трубы. Голубым цветом обозначена внешняя среда с исходным давлением, светло-голубым -- область пониженного давления, синим -- область повышенного давления (зона гидроудара). Синие стрелки показывают перемещение вещества среды (жидкости), красные -- перемещение границы зоны повышенного давления (без существенного перемещения вещества). Светло-синяя линия отмечает исходный уровень неподвижной жидкости на расстоянии l от входа в трубу. Цифрами обозначены этапы развития процесса.
Разберем этапы развития этого процесса более подробно (в скобках указаны соответствующие цифры на рисунке). Заполняющий трубу поток (этап 1) натыкается на неподвижную жидкость. Поскольку деваться ей некуда, она сразу оказывает жесткое сопротивление вновь прибывшей жидкости и останавливает ее. Поэтому в месте столкновения кинетическая энергия потока сразу начинает переходить в потенциальную энергию упругой деформации, что сопровождается повышением давления -- в месте столкновения возникает гидравлический удар (этап 2). Ударная волна от места удара начинает распространяться в обе стороны -- как по набегающему потоку, останавливая все новые его части, так и по неподвижной жидкости, сжимая ее (этап 3). Впрочем, благодаря малой сжимаемости жидкостей при таком сжатии вещество почти не перемещается, поэтому неподвижная жидкость фактически остается там же, где была до начала гидроудара. Через какое-то время фронты сжатия, движущиеся в разные стороны, достигнут заглушки и выхода из трубы. Когда фронт сжатия достигнет заглушки, не произойдет ничего, а вот когда фронт сжатия достигнет входа в трубу, ударная волна выйдет в среду и начнет рассеиваться (этап 4), также как и в фазе (4) "классического" гидроудара.
Затем граница области сжатия начнет откатываться внутрь трубы (этап 5 здесь и фаза (5) "классического" гидроудара). Однако пока передний фронт зоны сжатия еще не достиг заглушки, сильного обратного движения жидкости за задним фронтом сжатия нет. Это обусловлено тем, что импульс исходного потока продолжает распространяться к заглушке до тех пор, пока не достигнет ее. При этом на переднем фронте зоны сжатия жидкость как бы слегка "проминается", и все это выглядит как перетекание освобождающейся энергии деформации с заднего фронта зоны сжатия в сжимаемую жидкость на ее переднем фронте. Таким образом, картина несколько отличается от "классики" -- возле заглушки мы имеем еще невозмущенную несжатую неподвижную жидкость, к ней стремительно движется фронт сжатия, а от входа трубы с той же скоростью и в том же направлении уже движется фронт спада давления.
Когда передний фронт зоны сжатия достигает заглушки (этап 6), он как бы "упирается" в нее, поскольку впереди больше нет жидкости, которую можно было бы сжать. Теперь "разряжаемая" жидкость на заднем фронте области сжатия действительно начинает двигаться обратно ко входу в трубу, поскольку для освобождаемой энергии деформации остается только один вариант -- превратиться в кинетическую энергию жидкости. Однако при этом надо разогнать и всю жидкость на участке от заднего фронта зоны сжатия до входа в трубу, что занимает некоторое время. Поэтому задний фронт давления несколько "размывается", как показано на этапе 7. Впрочем, по мере разгона жидкости в обратном направлении эта "размытость" заднего фронта становится все менее выраженной и, в конце концов, картина приближается к "классической" фазе (6). Этот механизм преобразует относительно мощный, но короткий импульс первичного удара в более слабый, но имеющий "стандартную" (т. е. ту же, что при заполнении пустой трубы) длительность -- такую же, как и во всех последующих циклах.
Наконец, развитие процесса полностью переходит в "классические" рамки: зона сжатия сокращается (этап 7) и в последнюю очередь исчезает возле заглушки -- этап 8, "классическая" фаза (6). Затем наступает фаза разрежения, которая при достаточной силе гидроудара сопровождается отрывом жидкости от заглушки -- этап 9, "классическая" фаза (7). Однако за счет "размывания" заднего фронта и необходимости разгона при обратном ходе всей жидкости в трубе скорость при этом будет меньше исходной скорости потока, даже в идеальном случае -- когда нет необратимых потерь.
Остается выяснить вопрос, насколько изменится сила гидроудара по сравнению с пустой трубой? Здесь картина более сложная, чем в рассмотренной чуть выше горизонтальной трубе. Пока зона сжатия расширяется и ее передний фронт не достиг заглушки, за счет "проминания" невозмущенной жидкости, сжимаемость которой равна сжимаемости останавливаемой жидкости, скачок давления будет в корень из двух раз меньше, чем при гидроударе непосредственно в заглушку (кинетическая энергия преобразуется в деформацию, распространяющуюся в обе стороны от места начального столкновения). Однако если изначально неподвижной жидкости в трубе меньше, чем вновь прибывшей, то, когда передний фронт зоны сжатия достигает заглушки, сила гидроудара (скачок давления) там достигает тех же значений, что и в случае пустой трубы.
А вот длительность первого сжатия в любом случае будет меньше и на участке от места возникновения гидроудара до заглушки равна
TC1 = 2 - l / c (21),
Где TC1 -- длительность стадии сжатия первого цикла гидроудара; L -- расстояние от места возникновения гидроудара до входа в трубу; С -- скорость распространения ударной волны в трубе, рассчитываемая по формуле (5).
Длительность первого сжатия на участке от входа в трубу до места возникновения гидроудара будет такой же, как и при заполнении пустой трубы и должна рассчитываться по формуле (9).
Для всех последующих циклов гидроудара длительности стадий сжатия и расширения определяются уже полной длиной трубы от входа до заглушки и не отличаются от заполнения пустой трубы. Поэтому они должны рассчитываться по тем же формулам (6)--(10). Однако энергия гидроудара по сравнению с пустой трубой уменьшается в число раз, равное соотношению длительностей первой стадии сжатия
KE = tC1 / tCЗ = (2 - l / c) / (2 - L / c) = L / L (22),
Где KE -- отношение энергии гидроудара в частично заполненной трубе к той же энергии при заполнении пустой трубы; TC1 -- длительность стадии сжатия первого цикла гидроудара в частично заполненной трубе, рассчитываемая по формуле (21); TCЗ -- длительность стадии сжатия у заглушки при гидроударе в пустой трубе, рассчитываемая по формуле (6); L -- расстояние от места возникновения гидроудара до входа в трубу; L -- полная длина от заглушки до входа; С -- скорость распространения ударной волны в трубе.
Соответственно, скорости жидкости и скачок давления при всех последующих стадиях гидроудара в частично заполненной трубе будут отличаться от случая пустой трубы в vkE раз (квадратный корень из соотношения энергий). С учетом того, что кинетическая энергия здесь прямо пропорциональна массе жидкости, а в масса жидкости в трубе с неизменным сечением -- ее длине, это соотношение определяется квадратным корнем из отношения полной длины трубы к длине ее незаполненной части v(l / L).
Мы рассмотрели столкновение потока с неподвижной жидкостью. Однако жидкость, в которую ударяет поток, может и сама двигаться в ту или иную сторону. Но здесь мы уже имеем дело со столкновением потоков.
Похожие статьи
-
Расчет длительности стадий сжатия и расширения в произвольном месте трубы - Гидравлический удар
Картина изменения давления в произвольном месте трубы несколько сложнее, чем показанная на предыдущем рисунке возле заглушки. Изменение давления со...
-
Гидроудар в частично заполненной горизонтальной трубе - Гидравлический удар
Предположим, что горизонтальная труба равномерно по всей длине заполнена на некоторую высоту неподвижной жидкостью. Когда такая труба вдруг начинает...
-
ОСОБЫЕ СЛУЧАИ, Гидроудар в частично заполненной трубе - Гидравлический удар
Теперь рассмотрим особые случаи гидроудара, когда условия существенно отличаются от рассматриваемых до сих пор "идеально-лабораторных". Наиболее часто...
-
Фазы развития гидроудара - Гидравлический удар
Как же развивается явление гидроудара? Рассмотрим это на самом простом примере -- внезапном заполнении жидкостью пустой трубы постоянного сечения,...
-
Расчет скорости заполняющего трубу потока с учетом гидравлического трения - Гидравлический удар
В реальности для получения заметного гидроудара скорость потока перед его остановкой должна быть достаточно большой, так что при расчете скорости нельзя...
-
Расчет скорости заполняющего трубу потока для сверхтекучей жидкости - Гидравлический удар
Выяснив, что жидкость ускоряется вне трубы, а внутри нее скорость потока одинакова, можно переходить к расчетам скорости. Сначала рассмотрим внезапное...
-
Длительность стадии расширения - Гидравлический удар
При слабых гидравлических ударах, когда не выполняется условие (1) и отрыва жидкости от заглушки с образованием области вакуума не возникает,...
-
Повторные циклы - Гидравлический удар
Как уже было сказано выше, после фазы 7 (разрежения) снова следует фаза 1 -- пустая (или разреженная) часть трубы снова заполняется жидкостью под...
-
Размер имеет значение - Гидравлический удар
С увеличением размеров трубы сила гидроудара значительно возрастает, причем для одного и того же давления у входа в трубу этот рост обычно круче линейной...
-
Условия отрыва жидкости. Сильные и слабые гидроудары - Гидравлический удар
В фазе разрежения отрыв жидкости от заглушки происходит не всегда. Для этого скорость потока должна быть достаточно высокой, а стенки трубы -- достаточно...
-
ОСОБЕННОСТИ ЯВЛЕНИЯ ГИДРОУДАРА, Высокая скорость процесса - Гидравлический удар
Гидроудар в силу своей природы имеет несколько существенных особенностей, о которых нельзя забывать. Высокая скорость процесса Прежде всего, следует...
-
Где ускоряется жидкость? - Гидравлический удар
Прежде всего следует выяснить, где происходит ускорение жидкости -- в трубе или вне ее? Уравнение непрерывности дает однозначный ответ: внутри трубы...
-
Гашение ударной волны - Гидравлический удар
Поскольку жидкость разгоняется перед входом в трубу, то, когда в результате гидроудара жидкость в трубе остановилась, вынуждена остановиться и уже...
-
Наиболее интересны два параметра гидроудара -- во-первых, его мощность (либо степень повышения давления) и, во-вторых, длительность стадий сжатия (фазы...
-
Расчет длительности стадий сжатия и расширения будем проводить в предположении, что длина трубы, а следовательно, и время распространения гидроудара по...
-
Факторы, влияющие на силу гидроудара - Гидравлический удар
Эластичные стенки трубопровода значительно снижают силу гидроудара, достаточно легко увеличивая объем трубы или шланга в месте остановки жидкости. Если...
-
Расчет ускоряющегося потока - Гидравлический удар
Сила гидравлического удара прямо зависит от скорости, которую успел набрать останавливаемый поток. Достаточно определенно о скорости потока можно сказать...
-
ОПИСАНИЕ ЯВЛЕНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО УДАРА - Гидравлический удар
Более-менее заметно гидравлический удар проявляется только в жестких трубопроводах при большой скорости потока. Он происходит тогда, когда движущаяся с...
-
ПРОЕКТИРОВАНИЕ РЕЖИМА БУРЕНИЯ - Расчет гидравлической программы проводки скважин
Расчет промывки скважины Выбор расхода бурового раствора Расход рассчитываем по справочнику по промывке скважин. Непрерывная циркуляция бурового раствора...
-
Гидравлический расчет циркуляционной системы - Бурение нефтяных и газовых скважин
Целью гидравлических расчетов при промывке скважины в процессе бурения является нахождение оптимального расхода жидкости, обеспечивающего работу забойных...
-
ВВЕДЕНИЕ - Гидравлический удар
Общая протяженность подземных нефте-, газо - и водопроводов в Российской Федерации составляет около 17 млн км, при этом из-за постоянных интенсивных...
-
(2.35) Воспользовавшись графиком для определения в пункте 2.1.1, находим, что м М < >- спокойное состояние потока Выясняя условие сопряжения бьефов...
-
Оборудование, применяемое при ГРП на Повховском месторождении На Повховском месторождении ТПП "Когалымнефтегаз" гидравлический разрыв пласта производится...
-
Технология и моделирование процесса ГРП Гидравлический разрыв - процесс, при котором давление жидкости воздействует непосредственно на породу пласта...
-
Подбор скважин, подготовка данных и проектирование ГРП При выборе кандидатов для ГРП необходимо сделать следующие шаги: - сбор данных о характеристиках...
-
При ГРП расчет сводится к определению следующих данных: - основных технологических показателей процесса гидроразрыва пласта; - увеличения...
-
Транзитный расход воды, подходящей к верхнему сечению данного участка: Qтр = трV (2.11) Для круглой трубы: тр=рd2/4, м2(2.12) Определим скорость движения...
-
Вертикальный круг служит для измерения углов наклона и зенитных расстояний. В инженерной практике измеряют преимущественно углы наклона. Теодолит Т5...
-
Основные представления о механизме гидравлического разрыва пласта Гидравлический разрыв пласта представляет собой механический метод воздействия на...
-
1) Геологической службой управления составляется информация установленной формы для расчета ГРП. 2) Составляется программа проведения ГРП по результатам...
-
ВЫБОР СПОСОБА БУРЕНИЯ - Расчет гидравлической программы проводки скважин
Практика бурения показывает, что лучшие результаты обычно достигаются при применении комбинированных способов бурения, когда отдельные интервалы бурятся...
-
Бурильные трубы Бурильные трубы служат для спуска бурового снаряда в скважину, обеспечения промывки или продувки ее забоя, передачи вращения...
-
Расчет прочностных характеристик НКТ - Гидравлический разрыв пласта
Данный расчет несет непосредственную важность, по той причине, что превышение пределов прочности НКТ может привести к аварии, что повлечет за собой...
-
Расчеты, производимые перед ГРП, Расчет параметров ГРП - Гидравлический разрыв пласта
Расчет параметров ГРП Для каждой из вышеупомянутых скважин проводился первичный расчет темпов закачки и параметров закачиваемой смеси, а также расчет...
-
Критерии выбора скважин, Процесс ГРП - Гидравлический разрыв пласта
Критерии выбора скважин были определены исходя из особенностей строения Сугмутского месторождения и схемы его разработки. 1 Для проведения ГРП...
-
При изменении уклонов, на входном и выходном участках быстротока, на входной части перепада скорость потока в большинстве случаев превосходит допустимую...
-
Расчет водобойного колодца - Дорожные водопроводящие сооружения. Гидравлический расчет
Гашение энергии в водобойном колодце осуществляется затоплением гидравлического прыжка, образующимся в колодце при входе потока с быстротока. Расчет...
-
Быстротоком называют искусственное сооружение (русло) с уклоном больше критического (>). 1 - входная часть 2 - лоток быстротока (водоскат) 3 - выходной...
-
Определение гидравлических потерь в гидролинии - Объемный гидропривод
В этом расчете учитывают потери по длине и на местных сопротивлениях, используя принцип сложения потерь напора Где - коэффициент трения; L - длина...
-
Измерение вертикальных углов - Геодезическое испытание автомобильных дорог
Цель работы: Получение навыков работы с теодолитами. Освоить способы измерения вертикальных углов теодолитом Приборы и оборудование на одну бригаду...
Гидроудар в частично заполненной вертикальной трубе - Гидравлический удар