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
Федеральное бюджетное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Новгородский Государственный Университет имени Ярослава Мудрого»
Политехнический институт
_______________________________________________________________________________________________________
Кафедра строительного производства
Основы гидравлики и теплотехники
Методические указания и задание к практическим занятиям для студентов по направлению 270800.62 – «Строительство»
Великий Новгород
2012
Печатается по решению
РИС НовГУ
УДК 696.11 + 696,.12 (076)
Механика: гидравлика: Метод. Указ. / Сост. Л.Н. Романовская; НовГУ, Новгород, 2011. - 23 с.
Методические указания предназначены для студентов специальностей: 270102.65 “Промышленное и гражданское строительство” и 270105.65 “Городское строительство и хозяйство” и содержат задания на контрольные работы, ссылки на справочные данные и краткие пояснения, необходимые для их выполнения.
Рецензент: В.П. Кудряшов, канд. техн. наук, доцент.
Новгородский государственный
университет, 2011 г.
Романовская Л.Н.., составление, 2011г.
ВВЕДЕНИЕ.
Гидравлика – наука, изучающая основные законы равновесия и движения жидкости (как капельных, так и газообразных) и их силовое взаимодействие с твердыми телами. Гидравлика является инженерной (прикладной) дисциплиной, так как ее выводы направлены на решение технических задач. Это – одна из наук, составляющих фундамент инженерных знаний.
Гидравлика исходит из основных принципов физики и классической механики, причем полученные выводы она согласует с экспериментальными исследованиями, которые в то же время дополняют и подтверждают эти выводы.
Знание гидравлики необходимо для решения многих технических вопросов в области санитарной техники, в частности водоснабжения и канализации, отопления и вентиляции, теплоснабжения и газоснабжения. Расчет разнообразных трубопроводов – воздуховодов, газопроводов, паропроводов, проектирование и расчет котлов, теплообменников, печных и сушильных установок, воздухо – и газоочистных аппаратов и т.д. требует четкого понимания законов гидравлики.
Изучение курса «Гидравлика» включает в себя самостоятельную работу с книгой по усвоению теоретического материала, а также решение задач по основным разделам курса.
1.Основные понятия и законы гидростатики
1.1. Давление в покоящейся жидкости
Давлением в покоящейся жидкости называется напряжение сжатия (рис.1-1)
, (І-1)
где - давление в точке А; - элементарная площадка, содержащая точку А; - сжимающая сила, действующая на площадку .
Давление направлено по нормали к площадке, его величина не зависит от ориентировки площадки в пространстве и является функцией координат точек жидкости:
, (І-2)
В международной системе единиц физических величин единицей измерения давления является 1H/м2 - паскаль (Па). Более удобными для практического использования являются кратные единицы - килопаскаль (кПа) и мегапаскаль (МПа):
1 кПа = 103 Па; 1 МПа = 106 Па.
Давление, представляющее полное напряжение сжатия от действия всех внешних сил (поверхностных и массовых), приложенных к жидкости, называется абсолютным давлением.
В технике удобно отсчитывать давление от условного нуля, за который принимается давление атмосферного воздуха на поверхности земли, равное примерно 100кПа. Если величина давления показывает избыток абсолютного давления p над атмосферным pа, то называется манометрическим (избыточным) давлением p:
ри = р - pат. (І-3)
Избыточное давление отрицательно, если абсолютное давление меньше атмосферного. Недостаток давления до атмосферного называется вакуумом pв;
рв= pат - p. (І-4)
или
pв = - p. (І-5)
Рис. І - 1 Рис. І - 2
В однородной несжимаемой жидкости, покоящейся под действием силы тяжести (рис. І - 2), давление нарастает с глубиной по закону
p2 = p1 +, (І-6)
Где p1 - давление в произвольной точке 1 жидкости; p2 - давление в точке 2 на глубине h, отсчитанной от уровня точки 1; - плотность жидкости; g - ускорение свободного падения.
Эта зависимость представляет основной закон равновесия жидкости в однородном поле тяжести.
Поверхностями уровня (поверхностями равного давления) в рассматриваемом случае равновесия жидкости являются горизонтальные плоскости.
При определении давления в точках жидкости, заполняющей открытый в атмосферу сосуд, удобно в качестве исходной точки 1 брать точку на свободной поверхности, где известно действующее на жидкость внешнее давление, равное атмосферному,. При этом абсолютное давление в произвольной точке жидкости
, (І-7)
где H - глубина расположения точки под уровнем жидкости.
Избыточное давление, создаваемое в данном случае только весом жидкости,
. (І-8)
Так, для воды (= 1000 кг|м3) избыточное давление на глубине H = 10м равно (при g = 9,81 м/с2) pи = 98,1 кПа.
Формула (1- 8) даёт возможность выражать избыточное давление в любой точке жидкости пьезометрической высотой, т.е. величиной H заглубления данной точки под пьезометрической плоскостью атмосферного давления, проходящей через уровень в пьезометре, присоединённом к сосуду (рис. 1-3).
Рис. 1 - 3
Если сосуд закрыт и на поверхность жидкости действует избыточное давление (действующее на жидкость внешнее давление pо больше окружающего атмосферного давления pат), то пьезометрическая плоскость располагается над свободной поверхностью жидкости на высоте
(І- 9)
где pои - избыточное давление на поверхности жидкости.
Если на поверхность жидкости действует вакуум (pо< pат), то пьезометрическая плоскость находится под поверхностью жидкости на высоте
(І-10)
где pов - вакуум на поверхности жидкости .
Помещенные в данной главе задачи на определение давления в несжимаемой жидкости могут быть решены с помощью уравнений, выражающих:
2) условие равновесия твердого тела, на которое действует сила давления со стороны жидкости.
Задачи:
№ 1.1
|
Определить давление p в котле и пьезометрическую высоту , если высота поднятия ртути в ртутном манометре . |
||||||||||
|
Исходные данные |
Номер варианта |
|||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
, м |
100 |
120 |
80 |
110 |
90 |
75 |
60 |
130 |
140 |
105 |
№ 1.2
|
Определить давление p в сосуде по показаниям жидкостного манометра, если слева над ртутью налито масло, а справа – вода. |
||||||||||
|
Исходные данные |
Номер варианта |
|||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
, м , м , м |
1,5 0,8 0,15 |
1,0 0,3 0,10 |
1,8 0,4 0,2 |
2,0 0,6 0,12 |
1,3 0,2 0,13 |
1.7 0.5 0.18 |
1.4 0.3 0.14 |
1.9 0.7 0.16 |
1.2 0.4 0.17 |
1.1 0.2 0.11 |
№ 1.3
|
Определить избыточное давление воды в трубе В, если показание манометра . Соединительная трубка заполнена водой и воздухом, как показано на схеме, причем известны . |
Как изменится показание манометра, если при том же давлении в трубе всю соединительную трубку заполнить водой (воздух выпустить через кран К)? Высота известна.
|
Исходные данные |
Номер варианта |
|||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
, м , м , м , МПа |
0,5 3,0 5,0 0,025 |
1,0 4,0 6.0 0,04 |
0,6 3,2 5,3 0,03 |
0,9 3,8 5,9 0,035 |
1.1 4,2 6,3 0,045 |
0.7 3,4 5,5 0,032 |
0,4 2,8 4,5 0,023 |
0,8 3,6 5.7 0,03 |
0,3 2.5 4,0 0,020 |
1,2 4,3 6,4 0,04 |
№ 1.4
|
В U-образную трубку налиты вода и бензин. Определить плотность бензина, если известны ,мм и ,мм. Капиллярный эффект не учитывать. |
|
|
Исходные данные |
Номер варианта |
|||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
, мм , мм |
500 350 |
285 200 |
143 100 |
214 150 |
250 175 |
536 375 |
428 300 |
357 250 |
321 225 |
393 275 |
№ 1.5
|
В цилиндрический бак диаметром D, м до уровня H, м налиты вода и бензин. Уровень воды в пьезометре ниже уровня бензина на h,мм. Определить вес находящегося в баке бензина, если . |
|
Исходные данные |
Номер варианта |
|||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
D, м H, м h, мм |
2,0 1,5 300 |
1,5 1,6 100 |
1,0 1,7 200 |
0,5 2.0 400 |
2,5 1,4 150 |
1,2 1,8 250 |
1,8 1,9 350 |
3,0 2,1 500 |
2,2 1,5 450 |
2,6 1.6 150 |
№ 1.6
|
Определить абсолютное давление воздуха в сосуде, если показание ртутного прибора h, мм, высота Н, м. Плотность ртути . Атмосферное давление,мм рт.ст. |
|
Исходные данные |
Номер варианта |
|||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
Рат, мм рт. ст. H, м h, мм |
736 1 368 |
760 1,4 385 |
750 1,36 395 |
740 1,3 400 |
775 1,55 410 |
735 0,95 370 |
745 1.35 365 |
756 1.45 380 |
770 1.6 390 |
764 1.65 390 |
№ 1.7
|
Определить избыточное давление воздуха в напорном баке по показанию манометра, составленного из двух U-образных трубок с ртутью. Соединительные трубки заполнены водой. Отметки уровней даны в метрах. Какой высоты должен быть пьезометр для измерения того же давления ? Плотность ртути . |
№ 1.8
|
Определить силу давления жидкости (воды) на крышку люка диаметром в следующих двух случаях, если известны: 1) показания манометра , МПа и ,м; 2) показания ртутного вакуумметра при h, мм и а,м, |
|
Исходные данные |
Номер варианта |
|||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
, МПа , м h, мм а, м |
0,08 1,5 73.5 1.0 |
0,1 1.0 90 1.2 |
0,15 1.2 85 0,9 |
0.07 2.0 70 0.8 |
0,17 0,9 78 1,5 |
0.2 1.4 83,5 1.3 |
0.06 1.9 87.5 1.4 |
0.04 1.1 68.5 0,7 |
0.12 1.3 72.5 1.1 |
0.19 0.5 75 1.0 |
№ 1.9
|
Найти разность гидростатического давления в точках А и В, расположенных на оси цилиндров. Цилиндры заполнены минеральным маслом (); разность уровней в ртутном манометре ; разность осей цилиндров . |
|
Исходные данные |
Номер варианта |
|||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
h, мм z,м |
200 2 |
220 2,5 |
250 3.5 |
180 1.5 |
160 2.2 |
190 2,8 |
230 3.0 |
270 3.6 |
150 2.1 |
210 2.4 |
№ 1.10
|
В закрытом резервуаре на поверхности жидкости поддерживается постоянное давление . Показания пьезометра, присоединенного к резервуару - . |
Определить абсолютное и избыточное давление на поверхности жидкости, а также показания дифференциального ртутного манометра , если уровень ртути в открытой трубке манометра расположен ниже уровня жидкости в резервуаре на величину . Барометрическое давление наружного воздуха - . Данные для решения взять из табл.:
|
Последняя цифра шифра |
Жидкость |
, см |
,см |
, мм рт.ст. |
|
1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 |
Вода Керосин Нефть легкая Спирт Глицерин Масло касторовое Бензин Масло трансформ. Дизтопливо Нефть тяжелая |
80 90 70 85 75 95 100 90 85 75 |
160 170 150 180 165 175 155 160 180 170 |
720 740 760 750 730 725 735 745 755 765 |
1.2 Силы давления покоящейся жидкости на плоские стенки
Если плоская стенка подвергается одностороннему давлению жидкости (на не смоченной стороне стенки – атмосферное давление), то результирующая P сил давления, воспринимаемая стенкой и нормальная к ней (рис. І-4),
(1 – 11)
Рис. І – 4
где - избыточное давление в центре тяжести площади F; F - смоченная площадь стенки; - расстояние по вертикали от центра тяжести площади F до пьезометрической плоскости 0 – 0;
при избыточном давлении p0и на свободной поверхности эта плоскость проходит над свободной поверхностью жидкости на расстоянии h0и = p0и/(, при вакууме p0в – под свободной поверхностью на расстоянии h0в= p0в/(g), при вакууме p0в – под свободной поверхностью на расстоянии h0в = p0в/ (g ).
Если p0и – 0, то пьезометрическая плоскость совпадает со свободной поверхностью, и нагрузка на стенку создаётся только давлением жидкости.
Центр давления – точка пересечения линии действия силы P c плоскостью стенки. Положение центра давления (точка D на рис. І – 4) в плоскости стенки определяется формулами
; (І –12)
, (І –13)
где yD и yC – расстояние от центра давления D и центра тяжести С площадки стенки до линии пересечения плоскости стенки с пьезометрической плоскостью (ось х на рис. І – 4); смещение центра давления относительно центра тяжести вдоль оси y; JC – момент инерции площади стенки относительно горизонтальной оси x1, проходящей через центр тяжести площади стенки.
Задачи:
№ 2.1
|
Заглушка А прижата к торцу горизонтального цилиндрического резервуара диаметром D при помощи домкрата B, установленного в ее центре. Резервуар наполовину заполнен жидкостью. |
Определить:
1) Определить наименьшую силу Р нажатия домкрата. необходимую для удержания заглушки.
2) При каком вакууме V над водой в резервуаре заглушка могла бы удержаться без домкрата.
|
Исходные данные |
Номер варианта |
|||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
Жидкость D, м |
вода 1,2 |
керосин 1,4 |
нефть легкая 1.5 |
спирт 1,7 |
масло касторовое 2,0 |
бензин 2,2 |
дизтопливо 1,9 |
нефть тяжелая 2,4 |
масло трансформ. 1,6 |
№ 2.2
|
Аппарат, плавающий на поверхности воды (), имеет люк, закрытый изнутри плоской крышкой диаметром d. Определить силу давления F на крышку, если внутри аппарата вакуум Рв . |
Найти расстояние линии действия этой силы до оси люка.
|
Исходные данные |
Номер варианта |
|||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
d, м , КПа |
0,8 3,0 |
0,5 2,0 |
1,0 4.0 |
1,2 2,5 |
0,6 3,5 |
0,9 4,5 |
1,5 1,5 |
0,7 1.0 |
1,1 0,5 |
1,4 1.8 |
№ 2.3
|
Определить минимально необходимое натяжение T каната и реакцию R0 на оси поворота О щита, закрывающего треугольное отверстие в плоской стенке, если заданы линейные размеры: и углы |
|
Исходные данные |
Номер варианта |
|||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
Н,м h,м b,м с,м ,° ,° |
3.2 2.0 1.6 1.8 60 60 |
3.5 2.5 1.8 2.3 60 30 |
4.3 3.6 1.9 3.4 60 60 |
4.0 3.0 2.0 2.8 45 45 |
4,8 2.8 2.5 2.6 60 30 |
5.5 3.2 2.5 2.5 60 60 |
5.2 3.2 2.6 3.0 60 30 |
6.0 4.0 2.8 3.8 45 45 |
2.8 1.9 1.5 1.7 60 60 |
4.5 3.5 2,2 3,0 60 30 |
№ 2.4
|
Клапанный затвор, имеющий плоскую поверхность размером L x B м, создает подпор воды H. Определить: 1) Суммарную силу натяжения тросов Т, удерживающих затвор в заданном положении (без учета Mтр в опоре). |
2) Силу R, воспринимаемую цапфами опоры.
|
Исходные данные |
Номер варианта |
|||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
Н,м L,м B,м |
2.3 2,5 10 |
2,7 3.0 15 |
3.0 3.5 12 |
3,4 3.9 20 |
3,8 4,6 22 |
4.3 5.0 12 |
4.6 5.5 14 |
4.9 5.8 18 |
5,2 6.0 16 |
5.5 6.1 11 |
№ 2.5
|
Замкнутый резервуар с нефтью () разделен на две части плоской перегородкой, имеющей квадратное отверстие со стороной . Давление над нефтью в левой части резервуара определяется показанием манометра M, а в правой – показанием вакуумметра V. |
Уровни нефти указаны на рисунке. Найти значение и плечо x результирующей силы F давления на крышку, закрывающее отверстие в перегородке.
|
Исходные данные |
Номер варианта |
|||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
, КПа , КПа |
15 10 |
20 13 |
22 15 |
28 20 |
33 25 |
36 29 |
25 19 |
27 21 |
30 24 |
40 29 |
№ 2.6
|
Отверстие в перегородке замкнутого сосуда закрыто круглой крышкой D. Левая секция заполнена ртутью до центра крышки, над ртутью находится газ под абсолютным давлением P1. В правой секции находится газ под абсолютным давлением P2. |
Определить:
1) Силу давления F на крышку при P2 =0;
2) При каком P2 сила F будет равна нулю.
|
Исходные данные |
Номер варианта |
|||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
, КПа D, м |
10 0,4 |
20 0,5 |
60 0.8 |
100 1,2 |
30 0,6 |
90 1,0 |
40 0.7 |
70 0.9 |
50 0.6 |
80 1.1 |
№ 2.7
|
Прямоугольный поворотный щит размером L x B закрывает выпускное отверстие плотины. Справа от щита уровень воды H1, слева H2 . Определить: 1) Начальную силу T натяжения тросов, необходимую для открытия щита, если пренебречь трением в цапфах. |
2) С какой силой FА щит прижимается к порогу А в закрытом положении, если принять, что по боковым сторонам щита опоры отсутствуют.
|
Исходные данные |
Номер варианта |
|||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
, м , м L, м В, м |
5.0 2.0 3.0 4.0 |
5.5 2.5 3.5 5.5 |
6.0 3.0 4.0 5.0 |
8.0 5.0 6.0 7.5 |
7.0 4.0 5.0 10 |
6.5 3.5 4.5 12,5 |
10 6.0 7.5 15 |
9.5 5.5 7.0 5.0 |
7.5 4.5 5.5 7.5 |
9.0 6.5 8.0 10 |
№ 2.8
|
Сила давления воды через обшивку прямоугольного щита высотой H и шириной В передается на четыре горизонтальные балки. На каких расстояниях x от свободной поверхности следует располагать, чтобы они были нагружены одинаково? Найти силу давления F на весь щит. |
|
Исходные данные |
Номер варианта |
|||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
Н, м В, м |
4.0 6.0 |
6.0 7.5 |
8.0 10.0 |
10 12 |
5.0 7.0 |
7.0 10.5 |
9.0 12.5 |
3.0 5.0 |
7.5 10.0 |
4.5 6.5 |
№ 2.9
|
Плоский затвор, закрывающий выпускное отверстие в плотине, может перемещаться по ее стене, наклоненной к горизонту под углом , глубина воды H. Размеры затвора: h, b, m – масса затвора. Определить силу Т, необходимую для начального смещения закрытого затвора вверх, если коэффициент трения скольжения затвора в направляющих f=0.3. |
|
Исходные данные |
Номер варианта |
|||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
,° h, м Н, м b, м m, т |
80 1,8 6.0 2.4 2.0 |
75 2.0 5.8 2.5 2.3 |
70 2.2 5.6 3.0 2.5 |
65 2.4 5.4 3.2 2.7 |
60 2.6 5.2 3.5 3.0 |
55 1.9 5.0 3.0 2.1 |
50 1.7 4.8 2.3 1.9 |
45 1.6 4.6 2.2 1.8 |
60 2.1 5.9 2.7 2.4 |
70 2.3 5.7 2.9 2.6 |
№ 2.10
|
Закрытый резервуар с жидкостью (плотность ) имеет выпускную трубу диаметром D, перекрытую дисковым затвором. Избыточное давление в резервуаре р, глубина над центром дискового затвора Н. Найти силу давления F на клапан затвора и момент М этой силы относительно оси поворота затвора. |
Каковы будут сила давления F / и момент М /, если P=Pат .
|
Исходные данные |
Номер варианта |
|||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
р, КПа Н, м D, м |
6.0 0.5 0.5 |
7.0 0.6 0.6 |
8.0 0.65 0.7 |
9.0 0.7 0.8 |
10.0 0.75 0.9 |
11.0 0.8 1.0 |
12.0 0.85 0.6 |
13,0 0.9 0.7 |
14.0 0.95 0.8 |
15.0 1.0 0.9 |
2. Основные законы гидродинамики
2.1Уравнение Д. Бернулли с учетом потерь энергии
При установившемся, плавноизменяющемся движении потока реальной жидкости уравнение Бернулли для двух сечений будет иметь следующий вид:
(ІІ – 1)
где V1 и V2 – средние скорости движения в сечениях;
коэффициент кинетической энергии, принимаемой при турбулентном режиме движения равным 1,0 – 1,1, а при ламинарном (в круглой трубе);
- потери удельной энергии на преодоление сил сопротивления движению потока на участке между сечениями. Различают два вида потерь энергии: по длине и на преодоление местных сопротивлений. В общем случае
(ІІ – 2)
где hl- потери энергии по длине;
сумма потерь энергии на преодоление местных сопротивлений.
Оба вида потерь энергии определяется по такой зависимости:
, (ІІ – 3)
где - коэффициент потерь
При учете потерь энергии по длине в трубопроводах, коэффициент потерь определяется так:
, (ІІ- 4)
где - гидравлический коэффициент трения (коэффициент Дарси);
l – длина участка трубопровода, на котором определяются потери энергии;
d – диаметр трубопровода.
При ламинарном режиме коэффициент трения зависит только от числа Рейнольдса и для труб круглого сечения определяется по формуле
(ІІ- 5)
При турбулентном режиме могут быть выделены три области гидравлических сопротивлений.
Область гладких русел для труб при числах Рейнольдса 2320 < Re < 10
Где d – диаметр трубопровода;
- эквивалентная шероховатость.
В этой области гидравлических сопротивлений коэффициент трения зависит только Рейнольдса и может быть определен по формуле Блазиуса:
. (ІІ- 6)
Переходная область наблюдается при числах Рейнольса
.
В этом случае для определения коэффициента трения может быть рекомендована формула А.Д. Альтшуля
(ІІ- 7)
Как видно из зависимости (ІІ – 7), в переходной области гидравлических сопротивлений коэффициент трения зависит и от числа Рейнольдса и от шероховатости трубы.
Квадратичная область гидравлических сопротивлений наступает при Re > 560.
В этой области коэффициент трения не зависит от числа Рейнольдса и может быть определён по формуле Шифринсона:
. (ІІ- 13)
В этой же области гидравлических сопротивлений для стальных и чугунных труб, бывших в употреблении, может быть рекомендована формула Ф. А. Шевелёва
(ІІ- 14)
Величина эквивалентной шероховатости зависит от материала, способа изготовления и соединения труб, от продолжительности эксплуатации.
Расход жидкости, протекающей по трубопроводу, вычисляется по формуле
Ωрасч.
При расчёте гидравлически длинных трубопроводов, работающих в квадратичной области сопротивления, расход можно определить по формуле
, (43)
где J – гидравлический уклон потока
; (44)
K – модуль расхода
K= Ω, (45)
R – гидравлический радиус (R = ).
Из формул (43) и (44) потеря напора hl выражается зависимостью
. (46)
Задачи:
№ 3.1
|
На берегу реки предполагается устроить насосную станцию для подачи воды из реки расходом Q. Высота оси насоса над уровнем воды в реке hн. Длина всасывающей трубы l, |
допустимая скорость v, трубы чугунные новые. Температура воды , .
1. Определить диаметр всасывающей трубы.
2. Определить величину наибольшего вакуума.
|
Исходные данные |
Номер варианта |
|||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
, м , м l, м Q, /с v, м/с |
4,0 0,5 20 0,02 0,8 |
5,0 0,4 25 0,03 0,9 |
3,0 0,3 30 0,04 0,75 |
2,0 0,35 15 0.02 0,7 |
4.5 0.3 10 0,035 0,8 |
3,5 0,4 35 0.03 0,7 |
2,5 0,3 27 0,025 0,85 |
5,5 0,5 32 0,045 0,95 |
6,0 0,5 37 0,05 0,08 |
6,5 0,4 27 0,06 0,09 |
№ 3.2
|
Определить напор H, необходимый для пропуска расхода воды Q через систему труб. Диаметры труб . Длины участков .Трубы чугунные бывшие в эксплуатации. Температура воды . Манометрическое давление в закрытом резервуаре . |
|
Исходные данные |
Номер варианта |
|||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
Q, /с , мм , мм , мм , м , м , м |
0,05 40 32 50 50 40 30 |
0,1 80 50 100 70 80 90 |
0.15 125 90 175 75 45 80 |
0.06 50 40 75 80 60 100 |
0.12 90 75 125 100 90 60 |
0.08 75 40 80 125 100 70 |
0,14 100 75 125 70 80 100 |
0.09 75 50 90 40 70 50 |
0.07 50 25 75 90 80 40 |
0.04 32 25 40 100 50 60 |
№ 3. 3
|
Определит потери напора при подаче воды со скоростью v, при температуре по трубопроводу диаметром d, длиной l. Трубы стальные новые. |
|
Исходные данные |
Номер варианта |
|||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
v, м/с d, мм l, м |
0,13 200 1500 |
0,18 150 1000 |
0,10 100 1200 |
0,22 125 1700 |
0,15 80 900 |
0,2 100 2000 |
0,25 150 2400 |
0,3 200 1800 |
0,28 150 1400 |
0,26 125 1600 |
№ 3.4
|
Определить потери давления при движении воды в стальном трубопроводе диаметром d, длиной L, который состоит из секций длиной l=10м, сваренных электродуговой сваркой с толщиной выступа стыка над внутренней поверхностью трубопровода =3мм и = . |
|
Исходные данные |
Номер варианта |
|||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
d,мм L, м Q, t, |
100 200 0,05 20 |
150 250 0,1 15 |
125 180 0,08 30 |
175 300 0,15 40 |
90 160 0,06 60 |
80 150 0.04 80 |
100 220 0,07 10 |
75 130 0,11 20 |
50 100 0,09 50 |
125 180 0,14 60 |
№ 3.5
|
По трубопроводу постоянного поперечного сечения перекачивается жидкость плотностью 950кг/м3. Избыточное давление в начале трубопровода равно PM . Пренебрегая потерями напора при движении жидкости, определить максимальный угол наклона трубопровода к горизонту, чтобы давление в конце трубопровода было равно атмосферному, если длина трубопровода . |
|
Исходные данные |
Номер варианта |
|||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
, МПа ,км |
300 5 |
250 4,5 |
400 4 |
350 3 |
280 3.5 |
320 2,5 |
430 5.5 |
360 3,8 |
395 2,9 |
270 3,6 |
№ 3.6
|
Определить потери напора в водопроводе длиной l при подаче Q, если трубы чугунные, бывшие в эксплуатации с диаметром d. Температура воды |
|
Исходные данные |
Номер варианта |
|||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
l, м Q, d, мм |
500 0,1 250 |
700 0,04 200 |
550 0,08 175 |
450 0,12 150 |
600 0,15 125 |
400 0,14 200 |
650 0,06 100 |
750 0,16 250 |
800 0,2 225 |
600 0,18 200 |
№ 3.7
|
Определить расход воды Q в трубе диаметром d1, имеющей плавное сужение до диаметра d2, если показания пьезометров до сужения h1, в сужении h2. Температура воды . |
|
Исходные данные |
Номер варианта |
|||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
, мм , мм , см , см |
250 125 50 30 |
150 80 120 40 |
100 50 150 50 |
80 40 90 20 |
200 50 105 20 |
90 50 100 40 |
75 40 65 30 |
200 100 110 30 |
50 25 60 20 |
40 15 55 1 |
№ 3.8
|
Определить потерю напора в трубопроводе длиной l и диаметром D при перекачке нефти плотностью и вязкость . Расход нефти Q. |
|
Исходные данные |
Номер варианта |
|||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
l, м D, мм Q, л/с |
500 200 25 |
1000 150 20 |
750 125 15 |
930 250 30 |
600 90 14 |
800 300 40 |
640 150 25 |
870 175 30 |
900 200 50 |
550 250 60 |
№ 3.9
|
Определить какой расход можно перекачать сифоном из водоема А в водоем В, определить разность горизонтов в водоемах Н, если длина сифона l, диаметр сифона d, скорость воды в сифоне v. |
Температура воды . Трубы чугунные, нормальные ()
|
Исходные данные |
Номер варианта |
|||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
l, м d, мм v, м/с |
75 200 1,1 |
90 150 0,9 |
100 175 1.0 |
120 125 0,7 |
60 100 0,8 |
40 90 1.2 |
50 80 1,5 |
80 50 1,4 |
130 125 0.9 |
140 150 0.8 |
№ 3.10
Определить потери напора при подаче воды со скоростью v через трубку диаметром d и длиной l при температуре воды .
|
Исходные данные |
Номер варианта |
|||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
V, м/с d, мм l, м |
0,12 20 20 |
0,15 15 30 |
0.2 25 50 |
0,25 32 60 |
0,3 40 55 |
0,4 50 70 |
0,35 60 35 |
0,45 80 75 |
0.5 90 80 |
0.7 100 90 |
№ 3.11
По трубопроводу, соединяющему два резервуара, движется вода расходом Q. Трубы стальные новые. Длина трубы l, ее диаметр D. На трубе имеются местные сопротивления: вход в трубу, два поворота, открытая задвижка и выход из трубы. Приняв, что уровни в резервуарах неизменны, определить разность горизонтов воды в резервуарах.
|
Исходные данные |
Номер варианта |
|||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
Q, л/с l, м D, мм |
2.5 150 50 |
3.0 200 75 |
4,0 250 80 |
3.5 100 60 |
2.0 120 40 |
2.7 90 32 |
3.2 180 60 |
4.3 140 50 |
3.8 130 200 |
2.4 110 40 |
№ 3.12
|
Определить манометрическое давление, которое должен создать насос, чтобы подать воду в количестве Q в водонапорный бак на высоту h по трубопроводу длиной l. Диаметр труб . |
При расчете . Температуру воды принять ,=0.29.
|
Исходные данные |
Номер варианта |
|||||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
Q, /с h, м l, м |
0,015 12 50 |
0,02 10 75 |
0.01 8 40 |
0.025 15 70 |
0.03 20 85 |
0.18 18 65 |
0.022 9 35 |
0,033 11 55 |
0.035 22 90 |
0,04 13 60 |
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Лапшев Н.Н. Гидравлика: Учеб. для вузов.-М.: Академия, 2007.- 268 с.
2. Чугаев Р.Р. Гидравлика . Учеб.для вузов.- М.: БАСТЕТ, 2008. - 671 с.
3.Гиргидов А.Д. Механика жидкости и газа. Учеб. для вузов.- СПб.: Издательство Политехн. ун-та, 2007. –544 с.
4.Бутаев Д.А. и др. Сборник задач по машиностроительной гидравлике/Под ред. И.И.Куколевского и Л.Г.Подвивза. Учебное пособие. - М.: Машиностроение, 1981. - 484 с.
5.Задачник по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам. Под ред. Б.Б.Некрасова. Учебное пособие. -М.:Высш. шк., 1989. -245 с.
1.Калицун В.И. Гидравлика, водоснабжение канализация: Учеб. пособие для вузов.- 4-е изд., перераб. и доп.- М.: Стройиздат, 2004. –396 с.
2.Ухин Б.В. Гидравлика: Учебн. Пособие для вузов.- М.: Форум-Инфра-М, 2009.- 462с.
Приложение 1
Контрольные задания
|
Шифр |
Номера контрольных задач |
||||||||||||||
|
первой |
второй |
третьей |
|||||||||||||
|
01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 |
26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 |
51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 |
76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 |
1.1.1 1.5.1 1.9.1 1.3.2 1.7.2 1.1.3 1.5.3 1.9.3 1.3.4 1.7.4 1.1.5 1.5.5 1.9.5 1.3.6 1.7.6 1.1.7 1.5.7 1.9.7 1.3.8 1.7.8 1.1.9 1.5.9 1.9.9 1.3.10 1.7.10 |
1.2.1 1.6.1 1.10.1 1.4.2 1.8.2 1.2.3 1.6.3 1.10.3 1.4.4 1.8.4 1.2.5 1.6.5 1.10.5 1.4.6 1.8.6 1.2.7 1.6.7 1.10.7 1.4.8 1.8.8 1.2.9 1.6.9 1.10.9 1.4.10 1.8.10 |
1.3.1 1.7.1 1.1.2 1.5.2 1.9.2 1.3.3 1.7.3 1.1.4 1.5.4 1.9.4 1.3.5 1.7.5 1.1.6 1.5.6 1.9.6 1.3.7 1.7.7 1.1.8 1.5.8 1.9.8 1.3.9 1.7.9 1.1.10 1.5.10 1.9.10 |
1.4.1 1.8.1 1.2.2 1.6.2 1.10.2 1.4.3 1.8.3 1.2.4 1.6.4 1.10.4 1.4.5 1.8.5 1.2.6 1.6.6 1.10.6 1.4.7 1.8.7 1.2.8 1.6.8 1.10.8 1.4.9 1.8.9 1.2.10 1.6.10 1.10.10 |
2.1.1 2.5.1 2.9.1 2.3.2 2.7.2 2.1.3 2.5.3 2.9.3 2.3.4 2.7.4 2.1.5 2.5.5 2.9.5 2.3.6 2.7.6 2.1.7 2.5.7 2.9.7 2.3.8 2.7.8 2.1.9 2.5.9 2.9.9 2.3.10 2.7.10 |
2.2.1 2.6.1 2.10.1 2.4.2 2.8.2 2.2.3 2.6.3 2.10.3 2.4.4 2.8.4 2.2.5 2.6.5 2.10.5 2.4.6 2.8.6 2.2.7 2.6.7 2.10.7 2.4.8 2.8.8 2.2.9 2.6.9 2.10.9 2.4.10 2.8.10 |
2.3.1 2.7.1 2.1.2 2.5.2 2.9.2 2.3.3 2.7.3 2.1.4 2.5.4 2.9.4 2.3.5 2.7.5 2.1.6 2.5.6 2.9.6 2.3.7 2.7.7 2.1.8 2.5.8 2.9.8 2.3.9 2.7.9 2.1.10 2.5.10 2.9.10 |
2.4.1 2.8.1 2.2.2 2.6.2 2.10.2 2.4.3 2.8.3 2.2.4 2.6.4 2.10.4 2.4.5 2.8.5 2.2.6 2.6.6 2.10.6 2.4.7 2.8.7 2.2.8 2.6.8 2.10.8 2.4.9 2.8.9 2.2.10 2.6.10 2.10.10 |
3.1.1 3.5.1 3.9.1 3.1.2 3.5.2 3.9.2 3.1.3 3.5.3 3.9.3 3.1.4 3.5.4 3.9.4 3.1.5 3.5.5 3.9.5 3.1.6 3.5.6 3.9.6 3.1.7 3.5.7 3.9.7 3.1.8 3.5.8 3.9.8 3.1.9 |
3.2.1 3.6.1 3.10.1 3.2.2 3.6.2 3.10.2 3.2.3 3.6.3 3.10.3 3.2.4 3.6.4 3.10.4 3.2.5 3.6.5 3.10.5 3.2.6 3.6.6 3.10.6 3.2.7 3.6.7 3.10.7 3.2.8 3.6.8 3.10.8 3.2.9 |
3.3.1 3.7.1 3.11.1 3.3.2 3.7.2 3.11.2 3.3.3 3.7.3 3.11.3 3.3.4 3.7.4 3.11.4 3.3.5 3.7.5 3.11.5 3.3.6 3.7.6 3.11.6 3.3.7 3.7.7 3.11.7 3.3.8 3.7.8 3.11.8 3.3.9 |
3.4.1.3.8.1 3.12.1 3.4.2 3.8.2 3.12.2 3.4.3 3.8.3 3.12.3 3.4.4 3.8.4 3.12.4 3.4.5 3.8.5 3.12.5 3.4.6 3.8.6 3.12.6 3.4.7 3.8.7 3.12.7 3.4.8 3.8.8 3.12.8 3.4.9 |
Номера контрольных задач выбираются согласно полученному у преподавателя шифра, представленного в виде двухзначного числа. Контрольное задание состоит из 3-х задач. Варианты шифров и задач (первой, второй и третьей) представлены в четырех колонках. Номера контрольных заданий подбираются из колонок для первой, второй и третьей задач, соответствующих колонке заданного шифра (например: при расположении шифра в первой колонке, номера задач также берутся из первой колонки для первой, второй и третьей задач и т.д.).