Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Тюменский государственный нефтегазовый университет»
Сургутский институт нефти и газа (филиал)
Кафедра общетехнических дисциплин
ГИДРАВЛИКА И НЕФТЕГАЗОВАЯ ГИДРОМЕХАНИКА (ЧАСТЬ 1)
Методические указания
к домашней контрольной работе по дисциплине «Гидравлика и нефтегазовая гидромеханике, часть 1»
для студентов всех специальностей
Тюмень
ТюмГНГУ
2012
Утверждено учебно-методической комиссией
Федерального государственного бюджетного образовательного
учреждения высшего профессионального образования
Тюменского государственного нефтегазового университета
Сургутского института нефти и газа (филиала)
Составитель: доцент кафедры ОТД СИНГ, к.т.н.
Е.И. Иванов.
© «Тюменский государственный нефтегазовый университет», 2012
ТРЕБОВАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ
По дисциплине гидравлика предусмотрено выполнение 7 задач в соответствии со своим вариантом.
В задачах в исходных данных:
i – соответствует последней цифре номера варианта,
k – соответствует предпоследней цифре номера варианта.
Например: номер вашего вариант 30, тогда i= 0, k= 3; вариант 05, тогда i= 5, k= 0.
|
Вариант |
Задачи |
Вариант |
Задачи |
|
01 |
1, 14, 25, 24, 35, 37, 41 |
16 |
2 ,15, 25, 42, 43, 36, 41 |
|
02 |
2,15,25,23,35,37,41 |
17 |
4,14,25,44,36,43,41 |
|
03 |
3,16,25,26,35,37,41 |
18 |
6,16,25,45,36,43,41 |
|
04 |
4,14,25,28,35,37,41 |
19 |
5,18,25,46,36,43,41 |
|
05 |
5,17,25,48,35,37,41 |
20 |
7,17,25,47,36,43,41 |
|
06 |
6,14,25,26а,35,37,41 |
21 |
8,15,25,49,36,43,41 |
|
07 |
7,16,25,29,35,37,41 |
22 |
9,17,25,50,36,43,41 |
|
08 |
8,21,25,30,35,37,41 |
23 |
11,19,25,31,36,43,41 |
|
09 |
9,15,25,31,35,37,41 |
24 |
10,17,25,30,36,43,41 |
|
10 |
10,16,25,32,35,37,41 |
25 |
12,20,25,26а,36,43,41 |
|
11 |
11,18,25,33,35,41,43 |
26 |
13,18,25,33,36,44,41 |
|
12 |
12,19,25,34,35,37,41 |
27 |
5,16,25,31,36,43,41 |
|
13 |
35,37,41,25,13,22,38 |
28 |
7,15,25,31,36,43,41 |
|
14 |
35,37,41,1,16,39,25 |
29 |
9,20,25,34,36,43,41 |
|
15 |
35,37,41,3,22,25,40 |
30 |
10,18,25,34,36,35,41 |
ЗАДАЧИ ДЛЯ ДОМАШНЕЙ КОНТРОЛЬНОЙ
РАБОТЫ
Задача 1. Определить плотности воды и нефти при 4 ºС, если известно, что (10 + k) л воды при 4 ºС имеют массу (10 + k) кг, а масса того же объема нефти равна (8,2 + i) кг. Сравнить плотность нефти с плотностью воды.
Задача 2. Цистерна заполнена нефтью плотностью ρ = 850 кг/м3. Диаметр цистерны d = (3 +0,1 i) м, длина l = 6 м. Определить массу жидкости в цистерне.
Задача 3. Плотность нефти при температуре 15 0C равна 828 кг/м3. Условная вязкость ее при температуре (22+ k)0 C равна 6,4 0Е; коэффициент температурного расширения 0,00072 К-1. Определить абсолютную вязкость нефти при заданной температуре.
Задача 4. При испытании прочности баллона он был заполнен водой при давлении (60 + k) кгс/см2. Через некоторое время в результате утечки части воды через неплотности давление в баллоне снизилось вдвое. Диаметр баллона 350 мм, высота (1200 + 8k) мм. Определить объем воды, вытекшей при испытании.
Задача 5. Условная вязкость битумной эмульсии при температуре (20 + 0,2 i) 0С равна (14+ 0,5 i) 0Е; плотность - 1230 кг/м3. Определить динамическую вязкость битумной эмульсии при той же температуре.
Задача 6. Баллон, вместимость которого равна (36 + 2k) дм3, заполнен нефтью и плотно закрыт при давлении 1,00 ат. Какое количество нефти необходимо закачать в баллон дополнительно, чтобы давление в нем повысилось в 25 раз?
Задача 7. 23,5 тонн бензина при температуре 30 С занимают объем (33,25+ 0,1k) м3. Какой объем будет занимать это же количество бензина при температуре 170 С, если давление не изменится? Коэффициент температурного расширения бензина 0,00065 К-1.
Задача 8. При испытании прочности резервуара он был заполнен водой при давлении (50 – 0,2i) ат. Через некоторое время в результате утечки части воды через неплотности давление понизилось до (11,5 + 0,2i) ат. Определить объем воды, вытекшей за время испытания. Вместимость резервуара равна 20 м3.
Задача 9. Бензин весом (43,5 – 0,2i) тонны при температуре 15 оС занимает объем 33,5 м3. Какой объем будет занимать это же количество бензина при температуре 6 оС? Коэффициент температурного расширения бензина 0,00065 град-1.
Задача 10. В резервуар закачено (15 – 0,2i) м3 нефти удельного веса 800 кгс/м3 и (16 – 0,2i) м3 нефти неизвестного удельного веса. Удельный вес смеси стал равным 824 кгс/м3. Определить удельный вес долитой нефти.
Задача 11. Для испытания резервуара на прочность он заполнен водой под давлением 50 ат. Вследствие утечки воды давление в резервуаре понизилось до (42 - 0,1k) ат. Сколько воды вытекло из резервуара, если он имеет форму цилиндра с диаметром 500 см и высотой 800 см?
Задача 12. Определить, насколько поднимется уровень нефти в цилиндрическом резервуаре при увеличении температуры от 15 до 40 ºС. Плотность нефти при 15 ºС ρ15 = 900 кг/м3. Диаметр резервуара d = 10 м; нефть заполняет резервуар при 15 ºС до высоты H = (12 - 0,1k) м. Коэффициент теплового объемного расширения нефти βТ = 6,4∙10-4 1/градус. Расширение резервуара не учитывается.
Задача 13. Вода поступает в насос по всасывающей трубе, работающей под вакуумом. Минимальное абсолютное давление перед входом в насос p = 4 кПа. Температура перекачиваемой воды поднялась до 30 ºС. Будет ли наблюдаться в этом случае кипение и кавитация?
Задача 14. В закрытом резервуаре с нефтью плотностью ρ = 880 кг/м3 вакуумметр, установленный на его крышке, показывает pв = (1,18 + 0,2k)∙104 Па. Определить показание манометра pм, присоединенного к резервуару на глубине H = 6,00 м от поверхности жидкости, и положение пьезометрической плоскости относительно свободной поверхности жидкости.
Задача 15. Найти избыточное давление в сосуде А с водой по показаниям многоступенчатого двухжидкостного ртутного манометра (рис. 21): h1 = (82 - 0,1k) см; h2 = (39– 0,2i) см; h3 = 54 см; h4 = (41 + 0,2k) см; h5 = 100 см; ρ = 103 кг/м3; ρр = 1,36∙104 кг/м3.
Задача 16. Найти силу давления воды на дно сосуда диаметром D = (1 + 0,2k) м, если глубина H = (0,7 + 0,2k) м, вес поршня G = 300 H, d = 0,5 м.
Задача 17. Вертикальный щит А, перекрывающий водослив плотины, может перемещаться в пазах B вверх и вниз. Глубина жидкости H = (1,4 + 0,2i) м, ширина щита b = (2,6 + 0,2k) м. Какую силу нужно приложить, чтобы поднять щит, если вес его G = (32 + 0,1i) кН, а коэффициент трения между щитом и поверхностью пазов f = 0,3.
Задача 18. Наклонный прямоугольный щит плотины шарнирно закреплен на оси О. При каком уровне воды H щит опрокинется, если угол наклона щита α = (60 + 0,9i)º, а расстояние от его нижней кромки до оси шарнира а = (1,3 + 0,2i) м. Вес щита не учитывать.
Задача 19. Определить силу давления жидкости на торцевую плоскую стенку горизонтальной цилиндрической цистерны диаметром d = (2,4 + 0,2k) м, заполненной бензином плотностью ρ = 760 кг/м3, если уровень бензина в горловине находится на расстоянии H = (2,7+ 0,2k) м от дна. Цистерна герметично закрыта и избыточное давление на поверхности жидкости составляет (40 + 0,2i) кПа. Найти также положение центра давления относительно центра тяжести стенки.
Задача 20. Закрытый резервуар высотой Н = (10 - 0,1i) м разделен на два отсека вертикальной прямоугольной перегородкой шириной b = 4 м. В левом отсеке уровень нефти Н1 = (8 - 0,1k) м (ρн = 850 кг/м3), в правом уровень воды Н1 = (5 - 0,1k) м (ρв = 1000 кг/м3). Избыточное давление паров над нефтью pи 1 = 19,6 кПа. Определить равнодействующую сил давления на перегородку и точку ее приложения. Указание. В левом отсеке, кроме силы давления нефти и паров, на смоченную часть перегородки, следует учесть силу давления паров на не смоченную часть стенки.
Задача 21. Шаровой резервуар диаметром d = (1 + 0,2k) м целиком заполнен жидкостью плотностью ρ = 103 кг/м3. В верхней точке жидкости в резервуаре давление атмосферное. Определить величины и направления сил, действующих на верхнюю и боковую полусферы.
Задача 22. Горизонтальная цилиндрическая цистерна с полусферическими днищами целиком заполнена топливом (ρ = 800 кг/м3). Давление в верхней части цистерны, измеряемое манометром, pм = (14,7 + 0,2k) кПа, длина цистерны l = 5 м, ее диаметр d = 3 м (рис. 1.31). Определить величины сил давления, растягивающих цистерну в сечениях А – А и В – В, и положение линий их действия.
Задача 23. Из напорного бака вода течет по трубе диаметром d1 = (20 + 0,2k) мм и затем вытекает в атмосферу через насадок (брандспойт) с диаметром выходного отверстия d2 = 10 мм. Избыточное давление в баке Ро= (0,18+ 0,1k) МПа. Пренебрегая потерями, определить скорость течения воды в трубе ϑ1 и на выходе из насадка ϑ2. Высота жидкости над осью трубы Н = 1,6 м.
Задача 24. Определить силу, действующую на деревянный брус длиной L = (0,5 + 0,3k) м и площадью поперечного сечения F= (0,02 + 0,2k) м2, полностью погруженный в воду. Плотность бруса принять ρб = 600 кг/м3.
Задача 25. Построить эпюру гидростатического давления для плоской стенки, графически определить силу давления жидкости на стенку и место ее приложения, если высота смоченной поверхности А, давление на свободную поверхность жидкости ро, ширина стенки в, плотность жидкости ρж.
|
Вариант |
1, 13 |
2, 14 |
3, 15 |
4, 16 |
5, 17, 25, 35 |
6, 18, 26, 34 |
7, 19, 27, 33 |
8, 20, 28 |
9, 21, 29 |
10, 22, 30 |
11, 23, 31 |
12, 24, 32 |
|
h, м |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
10 |
9 |
10 |
10 |
|
ро, ·105 Па |
0,2 |
0,1 |
0,4 |
0,15 |
0,18 |
0,11 |
0,13 |
0,1 |
0,08 |
0,07 |
0,09 |
0,06 |
|
в, м |
15 |
10 |
12 |
13 |
6 |
5 |
13 |
10 |
11 |
14 |
12 |
10 |
|
ρж, кг/м3 |
985 |
764 |
820 |
880 |
1100 |
1000 |
1200 |
925 |
764 |
870 |
850 |
890 |
Задача 26. Открытая емкость в виде усеченного конуса стоит на меньшем основании и полностью заполнена жидкостью с плотностью ρ = 1100 кг/м3. Определить результирующую силу давления жидкости на дно емкости и силу давления емкости на горизонтальную опору. Высота емкости h = (2 + 0,2k)м, диаметр нижнего сечения d1 = (2 + 0,2k)м, диаметр верхнего сечения d2 = 3 м.
Задача 27. Вертикальный цилиндрический резервуар емкостью V = (1000+ 20k) m3, высотой Н = 13м заполнен нефтью с плотностью ρн = 880 кг/м3. Определить силы давления нефти на боковую стенку и дно резервуара.
Задача 28. Какой объем бензина (ρ = 740 кг/м3) можно залить в железнодорожную цистерну внутренним объемом (50 + 0,2k)м3 и массой (23 + 0,2i) т, чтобы она еще сохраняла плавучесть в пресной воде?
Задача 26. По трубопроводу диаметром d = (0,15 + 0,25k) м перекачивается нефть плотностью ρ = 950 кг/м3 в количестве (1500 + 28k)т/сут. Определить объемный расход Q и среднюю скорость течения ϖ.
Задача 29. Из открытого резервуара с постоянным уровнем идеальная жидкость по горизонтальной трубе вытекает в атмосферу, Н = (1,6 + 0,1k) м; d1 = 0,15 м; d2 = 0,075 м. Определить уровень жидкости в пьезометре h.
Задача 30. Поток воды у входа в турбину в сечении 1 -1 имеет скорость ϖ1= (3 + 0,2i) м/с и давление p1 = 2 МПа. На выходе из турбины сечение 2 – 2 ϖ2= (1,2 + 0,1k) м/с, p2 = 0,05 МПа. Расход воды через турбину Q = (9 + 0,2k)·103 м3/ч. Расстояние между сечениями h = 0,5 м. Определить мощность N на валу турбины, если к.п.д. турбины η = 0,85.
Задача 31. По трубопроводу перекачивается нефть плотностью ρ = 910 кг/м3 в количестве Q = (0,04 + 0,1k) м3/с. Сечение 2 – 2 расположено выше сечения 1 -1 на 10 м. Диаметры трубы d1 = (0,3 + 0,1k) м; d2 = 0,2 м; давления p1 = 1,5 МПа, p2 = 1 МПа. Определить потерю напора h1-2.
Задача 32. По горизонтальной трубе течет жидкость плотностью ρ = 103 кг/м3, расход Q = 2,5·10-3 м3/с, диаметр D=0,05 м. Определить, пренебрегая потерями напора, диаметр d, если разность давлений р1 – р2 =15 кПа.
Задача 33. По трубе d = (0,1 + 0,1k)м течет вода. Определить максимальные скорость течения ϖ и расход Q, при которых режим течения будет оставаться ламинарным. Вязкость воды η = 10-3 кг/м·с.
Задача 34. При течении нефти в трубопроводе диаметром d = (0,2 + 0,1k) м массовый расход QМ = (35 + 11k) т/ч. Нефть заполняет сечение трубопровода до высоты h = d/2. Вязкость нефти η = 0,12 кг/(м · с). Определить режим течения.
Задача 35. Известен перепад давления на сборном коллекторе ∆p =3 МПа, расход нефти Q = (400 + 5k) т/сут, разность высот отметок конца и начала коллектора ∆z = 20 м, длина его (4 + 0,1k) км, плотность нефти ρ = 0,8 т/м3, вязкость ν = 20 мм2/с. Необходимо определить диаметр коллектора.
Задача 36. В начало сборного коллектора длиной L = 10 км, диаметром (0,2 + 0,1k) м подают товарную нефть в количестве Q = Qт + Qп = 180 т/ч, вязкостью μ = 20 мПа·с и ρ = 800 кг/м3. Из сборного коллектора нефть отбирают в трех точках соответственно с q1 = 20 т/ч, q2 = 50 т/ч, q3 = 100 т/ч. Расстояние от начала коллектора и до точек отбора нефти следующие: L1 = 4 км, L2 = 200 м, L3 = 3 км. Определить общий перепад давления, если начальное давление равно (1,6 + 0,15k) МПа. Сборный коллектор проложен горизонтально и местных сопротивлений не имеет.
Задача 37. Определить относительное изменение потерь напора на участке А-В = (5 + 0,1k) км трубопровода с d1 = 200 мм, если к нему подключить лупинг той же длины (d2 = 260 мм). Трубы сварные новые, местными сопротивлениями пренебречь.
Задача 38. После очистки всасывающей линии (l = 10 м, d = 200 мм) насосной установки (к.п.д. ηнас = (0,65 + 0,01k)) коэффициент местного сопротивления фильтра ζф уменьшился с 40 до 10, а эквивалентная шероховатость труб с 1 до 0,1 мм. Подача насоса Q = (0,07 + 0,1k) м3/с. Определить годовую экономию электроэнергии от этой операции. Температура воды 20°С.
Задача 39. Насос, оборудованный воздушным колпаком, перекачивает бензин по трубопроводу длиной l = (5 + 0,1k) км, диаметром d = (75 + 0,1i) мм, δ = 5 мм в количестве Q = 9·10-3 м3/с. Плотность бензина ρ = 740 кг/м3, модуль упругости бензина К = 1,1·109 Па, Е = 2·1011 Па. Определить, за какое время необходимо перекрыть задвижку, чтобы ударное повышение давления не превосходило 1 МПа.
Задача 40. По трубопроводу длиной lпр = (20 + 0,1i) м, диаметром d = (0,5 + 0,1k) м, δ = 3,5 мм, соединенному с баком, под напором Н = 2,5 м течет вода (К = 2·109 Па). В некоторый момент времени происходит мгновенное перекрытие потока в конце трубопровода. Найти скорость распространения волны гидравлического удара и величину ударного повышения давления, если труба стальная (Е = 2·1011 Па). Коэффициент гидравлического сопротивления принять равным 0,03. Как изменится ударное повышение давления, если стальную трубу заменить чугунной тех же размеров (Е = 0,98·1011Па)?
Задача 41. Вода (t = 20°С) перетекает из резервуара А в резервуар В, давления на поверхности жидкости в которых одинаковы. Соединительный трубопровод состоит из двух последовательно соединенных участков новых стальных бесшовных труб (l1 = (200 + 5k) м, d1 = 100 мм и l2 = (150 + 3k)м, d2 = 80 мм), для обеих труб lэкв = 0,05l, h = 3 м. Определить расход воды.
Задача 42. По приведенному на рис. сифонному сливу (l = 50 м, d = (100 + 10k) мм, ∆ = 0,06 мм) подается топливо (ρ = 840 кг/м3, v = 5,5·10-6 м2/с) при разности отметок уровней в резервуарах Н1 = 1,38 м. На сливе имеются фильтр для светлых нефтепродуктов, два колена и вентиль; Н2 = (3 + 0,1k) м, Н3 = 2 м, давление насыщенных паров при температуре перекачки рп = 2 кПа, ра = 105 Па. Определить расход жидкости и проверить условие нормальной работы сифона.
Задача 43. Минеральное масло (ρ = 840 кг/м3, v = 10-4 м2/с) по горизонтальному трубопроводу (см. рис. 35) подается к раздаточным пунктам С, Е и F. Расходы масла в этих пунктах: QС = (10,6 + 0,1k) дм3/с; QЕ = (6,8 + 0,1i) дм3/с; QF = 14 дм3/с; концевые свободные напоры: НС = 67 м, НЕ = 0, НF = 7 м; длины участков трубопровода lАВ = 3 м, lВС = (1 + k) км, lBD = 2 км; lDE = (1,5 + i) км, lDF = 1,5 км. Насос при заданных расходам в пунктах раздачи может создать напор НА = 100 м, в наличии имеются новые сварные трубы диаметрами 80, 100, 125, 200, 250 мм. Подобрать диаметры всех участков трубопровода, считая потери напора в местных сопротивлениях пренебрежимо малыми. Допустимое расхождение между реальными напорами НА и расчетным – не более 5%.
Задача 44. Определить время опорожнения вертикального цилиндрического резервуара D = (8 + 0,5k)м, заполненного нефтью до уровня Н= (10 + k) м. Истечение осуществляется через цилиндрический внешний насадок (do = 5 см и длина ℓ = 20 см). Кинематическая вязкость нефти v = 120 мм2/с, плотность ρ = 880 кг/м3.
Задача 45. В горизонтальном трубопроводе (l =(10 + i) км, d = 250 мм) находится нефть, которая имеет свойства вязко-пластичной жидкости с начальным напряжением сдвига τо = (8 + 0,1k) Па. Определить разность давлений на концах трубопровода ∆ро, при которой начнется движение нефти.
Задача 46. Определить дебит нефтяной скважины (rс = 0,1 м), расположенной в центре пласта (RK = 500 м, h = 15 м), если пластовое давление рк =( 17 + k) МПа; давление в скважине рс = (14 + i) МПа; динамическая вязкость μ =0,1 Па·с; плотность нефти ρ = 850 кг/м3; коэффициент проницаемости K = 1,0 мкм2; коэффициент пористости m = 0,2. Нефть считать ньютоновской жидкостью.
Задача 47. По трубопроводу диаметром = (30 + k) мм и длиной = (5 + 0,1k) м движется вода. Чему равен напор = (3 + 0,2k) м, при котором происходит смена ламинарного режима турбулентным? Местные потери напора не учитывать. Температура жидкости .
Задача 48. Цилиндрический сосуд, заполненный жидкостью, плотность которой ρ = 900 кг/м3, движется с ускорением а = 4g. Определить силы, действующие на крышки А и Б, если l = 1 м и d = (0,5 + 0,1k) м. Давление в точке 1 равно атмосферному.
Задача 49. Из цилиндрического вертикального резервуара - отстойника (D = (3,5 + 0,1k) м), предназначенного для разделения нефти и пластовой воды, через донную вертикальную трубу (L = (0,5 + 0,1i) м, d = 0,125 м) сливается вода (рв = 1100 кг/м3, v = 1 мм2/с). Начальный уровень воды в резервуаре he = 4 м, нефти hн = 1 м. Необходимо определить время слива воды, считая, что имеется четкая граница раздела воды и нефти (ρ= 880 кг/м3).
Задача 50. Решить задачу 46 при условии, что нефть является вязко-пластичной жидкостью с начальным напряжением сдвига τо = 5 Па.
ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ
Пример 1. В вертикальном цилиндрическом резервуаре диаметром d = 4 м хранится 100 т нефти, плотность которой при 0 ºС ρ0 = 850 кг/м3. Определить изменение уровня в резервуаре при изменении температуры нефти от 0 до 30 ºС. Расширение резервуара не учитывать. Коэффициент теплового расширения нефти принять равным βТ = 0,00072 1/градус.
Решение:
1) Объем, занимаемый нефтью при температуре 0 ºС:
2) В соответствии с формулой изменение объема при изменении температуры на 30 ºС:
3) Изменение уровня нефти в резервуаре:
Пример 2. Удельный вес бензина γ = 7063 Н/м3. Определить его плотность.
Решение:
кг/м3
Пример 3. Определить абсолютное и избыточное гидростатическое давление
в точке А (рис.), расположенной в воде на глубине , и пьезометрическую высоту для точки А, если абсолютное гидростатическое давление на поверхности .
Решение:
Согласно основного уравнения гидростатики абсолютное гидростатическое давление в точке А определится:
.
Избыточное давление в точке А равно:
Пьезометрическая высота для точки А равна:
Можно отметить, что пьезометром удобно измерять только относительно малые давления, в противном случае требуется большая высота пьезометра, что неудобно в эксплуатации. Определить эти же величины U – образным манометром, заполненным ртутью. По поверхности раздела ртути и воды давления со стороны резервуара и открытого конца манометра будут одинаковы:
Следовательно, избыточное давление в точке А уравновешивается весом столба ртути высотой над поверхностью раздела :
Находим высоту ртутного столба :
,
где – плотность ртути.
Пример 4. После очистки всасывающей линии (l = 10 м, d = 200 мм) насосной установки (к.п.д. ηнас = 0,65) коэффициент местного сопротивления фильтра ζф уменьшился с 40 до 10, а эквивалентная шероховатость труб с 1 до 0,1 мм. Подача насоса Q = 0,07 м3/с. Определить годовую экономию электроэнергии от этой операции. Температура воды 20°С.
Решение.
1). Определим среднюю скорость воды во всасывающей трубе:
2). Определим уменьшение потерь напора в фильтре:
Здесь и далее индексы 1 и 2 относятся к моментам до и после очистки линии соответственно.
3). Определим уменьшение потерь напора в трубе, используя уравнение Дарси-Вейсбаха:
< Re,
Отсюда, как до, так и после очистки трубы зона сопротивления квадратичная: (∆1 > ∆2) и, следовательно, < ).
По формуле Шифринсона: Тогда
4). Найдем общее уменьшение потерь напора во всасывающей линии:
5). Вычислим годовую экономию электроэнергии. Уменьшение затрат мощности:
Годовая экономия электроэнергии А = ∆N Т = 8,17·103·8,64·103·365 = 2,58·1011 Вт·с = 71,6 МВт·ч.
Пояснение: в сутках Т= 86,4·103 с.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ
Методические указания к решению задач №1 - 13
При решении задач используются основные свойства жидкости: плотность сжимаемость, коэффициенты температурного расширения и объемного сжатия, коэффициенты кинематической и динамической вязкости, условная вязкость через градус Энглера.
Методические указания к решению задач №14 – 22, 25 – 27,48
В этих задачах необходимо руководствоваться тем условием, что жидкость находится в равновесии. Затем найдите нужную поверхность равных давлений – самую нижнюю границу раздела жидкостей, на которой давление во всех точках равны, как давления в точках одного и того же объема жидкости, расположенные на одной горизонтали. Затем составьте уравнение равновесия:
В задачах на определение силы гидростатического давления на боковые стенки необходимо учитывать вид стенки: плоские и криволинейные поверхности.
На боковые плоские стенки сила давления равна:
где - давление в центре тяжести смоченной боковой поверхности;
hс – глубина погружения центра тяжести под уровнем жидкости.
Сила F прикладывается в центре давления, положение которого определяют по формуле:
где hС - глубина погружения центра тяжести под уровнем жидкости;
JС – момент инерции. Наиболее часто в практике встречаются следующие фигуры: круг и прямоугольник ; b – ширина; Н – высота прямоугольника);
S – площадь смоченной поверхности.
В задаче 20 равнодействующую сил давления определяют как:
,
где F1 – сила гидростатического давления слева;
F2 – сила гидростатического давления справа.
Для определения значения подъемной силы нужно использовать формулу:
Т = G + F ∙f
где G – вес щита;
F – сила гидростатического давления, н;
f – коэффициент трения.
В задаче 22 необходимо определить горизонтальную (как сила гидростатического давления на плоскую боковую стенку это круг) и вертикальную составляющие (определяется весом жидкости в объеме тела давления путем построения, при этом нужно определить положение пьезометрической поверхности ) силы гидростатического давления на криволинейную поверхность.
Методические указания к задаче №24,28
Используйте закон Архимеда и определите выталкивающую силу, определив объем погруженной части тела.
Методические указания к задаче №23, 29-34,47
Данные задачи основаны на применении уравнения Бернулли для реальной жидкости, а также при решении некоторых задач необходимо учитывать гидравлические сопротивления и режимы движения жидкости. Для составления этого уравнения необходимо выбрать 2 сечения. Начальное сечение выбирается в начале потока, второе – в конце. Обычно сечения выбираются по свободным поверхностям в емкостях или водоемах, на входе и выходе из насоса.
Затем проводится плоскость сравнения, положение которой в пространстве известно. Обычно эта плоскость проводится через центр тяжести нижнего сечения.
Потребный напор сложится из геометрического z2, из пьезометрического и скоростного напоров во втором сечении, а также из суммарных потерь напора на преодоление сопротивлений в трубопроводе.
Z2 и в задачах заданы.
Для определения потерь напора по Q, d и v находится число Рейнольдса и определяется режим движения жидкости.
В задаче 29 дважды составляется уравнение Бернулли для потока идеальной жидкости. Вначале для сечений, проведенных по свободной поверхности в резервуаре и на выходе из трубы с диаметром d2. Затем для сечений, проведенных через сечение в трубе с диаметром d1, в месте подсоединения пьезометра и на выходе из трубопровода с диаметром d2.
В задаче 30 решение заключается в определении:
а) общего уменьшения потерь напора во всасывающей линии
,
где - уменьшение потерь напора на трение, для определения которых используется формула Дарси-Вейсбаха;
- уменьшение местных потерь напора, для определения которых используется формула Вейсбаха.
б) уменьшения затрат мощности
где Q – расход жидкости, м3/с.
Методические указания к задаче 35 - 37
В задаче 37 определим потери напора на участке А-В до подключения к нему лупинга. Найдем соотношение между Q1 и Q2 после подключения лупинга и определим их величины. Определим потери напора во всем разветвлении через потери напора в лупинге и вычислим относительное изменение потерь напора.
Задачу 35 решают графоаналитическим способом. Сначала задают несколько произвольных диаметров, после по известному расходу определяют скорость потока. Затем определяют режим движения и в зависимости от него – коэффициент гидравлического сопротивления по одной из формул. После этого, подставляя все известные величины в формулу Дарси – Вейсбаха, находят для каждого из принятых диаметров потери давления Рi.
В задаче 36 в начале определяют скорость нефти до первой перекачки, потом режим движения, потери давления, и т.д. на втором, третьем, четвертом участках. Общий перепад давлений получают при сложении перепадов на отдельных участках.
Методические указания к задачам №39, 40
В начале определить скорость движения бензина с использованием уравнения неразрывности потока
,
где Q – расход бензина, м3/с
v – скорость движения, м/с
S – площадь живого сечения, м2.
Затем необходимо определить скорость распространения волны гидравлического удара и повышение давления при прямом гидравлическом ударе.
Также нужно определить скорость течения воды в трубе до закрытия задвижки, исходя из уравнения Бернулли:
где Н – напор воды в баке, м
, d – размеры трубопровода, м
- коэффициент гидравлического сопротивления
g – ускорение свободного падения, м/с2.
Затем определяются скорости распространения волны гидравлического удара С, м/с и повышение давления ∆р, Па в стальной трубе и в чугунной трубе – С1, м/с и ∆Р1, Па и сравниваются ∆р и ∆р1.
Методические указания к задачам №44, 49
При решении задачи определяем начальный и конечный напоры, число Рейнольдса, коэффициент расхода, время истечения.
Методические указания к задачам № 50, 46
Необходимо воспользоваться формулами для определения движения вязко-пластичной жидкости, разности давлений и расхода нефти, потом проверить режим течения по обобщенной формуле.
ПРИЛОЖЕНИЕ
Табл. 1.
Плотности некоторых жидкостей
|
Жидкость |
t,°C |
ρ, кг/м3 |
|
Вода пресная |
20 |
998 |
|
Вода минерализованная |
18 |
1050÷1200 |
|
Этанол |
20 |
790 |
|
Глицерин |
20 |
1260 |
|
Керосин |
20 |
790÷860 |
|
Мазут |
80 |
880÷940 |
|
Нефть: |
||
|
легкая |
18 |
849÷879 |
|
тяжелая |
20 |
919÷940 |
|
Бензин: |
||
|
авиационный |
20 |
710÷780 |
|
автомобильный |
20 |
690÷760 |
|
Ртуть |
15 |
13560 |
|
Буровые растворы |
40 |
1050÷2400 |
Табл. 2.
Кинематическая вязкость некоторых жидкостей
|
Жидкость |
t,°С |
v·106 m2/c |
|
Вода пресная |
20 |
1,01 |
|
Вода минерализованная |
18 |
3,2 |
|
Этанол |
20 |
1,19 |
|
Глицерин |
20 |
1189 |
|
Керосин |
20 |
2,7 |
|
Мазут |
20 |
200 |
|
Нефть: |
||
|
легкая |
18 |
25÷80 |
|
тяжелая |
20 |
140÷200 |
|
Бензин |
20 |
0,73 |
|
Ртуть |
15 |
0,11 |
|
Буровые растворы |
40 |
4÷12 |
Табл. 3.
Табл. 4.
Табл. 5
Значения усредненных коэффициентов местных сопротивлений (квадратичная зона)
|
Тип препятствия, устройства, арматуры |
ζкв |
|
Вход в трубу:
|
0,5 1,0 |
|
Выход из трубы |
1,0 |
|
Колено плавное (900) при |
0,24 |
|
Всасывающая коробка насосов с обратным клапаном |
10÷5 |
|
Обратные клапаны |
6,5÷5,5 |
|
Вентиль обыкновенный полностью открытый |
4,0 |
|
Задвижка:
|
0,15 2,0 |
|
Фильтры для нефтепродуктов:
|
1,7 2,2 |
Табл. 6.
Табл. 7.
Средние Значения коэффициентов сопротивления колена от угла крутого поворота
|
α, град |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
|
ζ |
0,12 |
0,16 |
0,28 |
0,36 |
0,56 |
0,66 |
0,83 |
1,19 |
Литература