видавничий відділ Луцького національного технічного університету Луцьк 2008 УДК 330

Работа добавлена на сайт samzan.net:

Міністерство освіти  і науки України

Луцький національний технічний університет

Технічна механіка рідини і газу

Методичні вказівки до виконання самостійної  роботи для студентів, що навчаються за напрямом 6.060101 “Будівництво”

денної та заочної  форм навчання

Редакційно-видавничий відділ

Луцького національного  технічного університету

Луцьк 2008

УДК 330.007(07)

 ББК 65.050

Ш25

Технічна механіка рідини і газу

Методичні вказівки до виконання самостійної роботи для студентів, що навчаються за напрямом 6.060101 “Будівництво” денної та заочної  форми навчання / Клімук О. В.- Луцьк: РВВ ЛНТУ, 2008. - 40с.

Укладач:                                                              Клімук О.В.

                                                                   Смаль М.В

Рецензент:                                                          Синій С.В.

                                                                            

Відповідальний за випуск:                                  Шостак А.В.

Затверджено науково-методичною радою ЛНТУ, протокол № __ від __________2008 року.

Рекомендовано до друку методичною радою ІРБ, протокол № __ від  _________  2008 року.

Розглянуто методичною радою кафедри МБГ, протокол № __ від  _________ 2008 року

                                                                           © Клімук О.В.

ЗМІСТ

1. Загальні вказівки до методики самостійної роботи	4
1.1. Робота з літературою за тематикою курсу	4
1.2. Планування самостійної роботи студентів	6
1.3. Питання для самостійної роботи	8
2. Виконання самостійних завдань	11
2.1. Завдання для самостійної роботи	12
2.2. Умови до задач	15
Література	33

1. Загальні вказівки до методики самостійної

роботи

Програмою курсу "Теоретична механіка рідини і газу" передбачається такий контроль якості самостійного засвоєння студентом теоретичних положень як вміння розв'язування самостійних завдань. У такому випадку практичними завданнями для закріплення теорії є задачі.

До розв'язування задач слід приступати лише після засвоєння теоретичного матеріалу за результатами аудиторних занять (лекцій та практичних занять), а також такою важливою формою самостійної роботи, як опрацювання питань для самостійної роботи (пункт 1.2 змісту).

Таким чином, маючи знання з усього курсу, рівень яких можна оцінити питаннями для самоперевірки (пункт 1.2 змісту), слід приступати до самостійного розв'язування задач контрольної роботи (пункт 2 змісту).

1.  Робота з літературою за тематикою курсу

Програмою курсу "Технічна механіка рідини і газу" передбачено розгляд таких основних тем:

1.  Основні властивості рідин та газів.
2.  Статика рідин.
3.  Основи кінематики і динаміки рідин.
4.  Основи технічної термодинаміки та теплообміну.

Для їх самостійного вивчення запропоновано використовувати літературні джерела, що наведені у списку рекомендованої літератури.

Узагальнений короткий огляд важливих питань за цими темами здійснюється студентами під час аудиторних занять, зокрема, на лекціях розглядаються такі питання, наведені нижче.

Тема 1: Статика рідин

Основні властивості рідин та газів. Гідростатичний тиск. Властивості тиску. Основне рівняння гідростатики. Закон Паскаля. Епюри тиску.

Тема 2: Основи кінематики і динаміки рідин. Гідравлічні опори

Види руху рідини. Рівняння нерозривності потоку. Рівняння Бернулі, геометричне та енергетичне трактування. Гідравлічний, п’єзометричний, геометричний похили. Принцип Вентурі, основне рівняння рівномірного руху. Втрати напору за довжиною в трубах. Режими руху рідини. Число Рейнольда. Місцеві втрати напору. Основні явища при обтіканні тіл потоком. Обтічне тіло та лобовий опір, переріз Міделя. Падіння тіла в рідині, швидкість витікання.

Тема 3: Розрахунок трубопроводів. Витікання рідини з отворів

Класифікація трубопроводів. Розрахунок напірних трубопроводів. Розрахунок безнапірних трубопроводів і каналів. Формула Шезі. Розрахунок трубопроводів із шляховою витратою рідини. Гідроудар. Формула Жуковського. Заходи запобігання гідроудару. Гідротаран. Класифікація отворів, стінок, насадок. Витікання рідини при постійному та змінному напорах. Коефіцієнти стиску, швидкості, витрати отвору. Витікання через водозлив.

Тема 4: Основи технічної термодинаміки та теплообміну

Розчинність газів у рідинах. Кипіння. I-d діаграма вологого повітря. Кавітація. Визначення тепловологісного режиму огороджувальних конструкцій будівель. Водяна пара і вологе повітря. Елементи теорії теплообміну. Теплотехнічний розрахунок огороджувальних конструкцій будинку. Теплообмінні апарати.

1.2 Планування самостійної роботи студентів

Планування самостійної (позааудиторної) роботи студентів за цими темами включає детальніше вивчення питань, що лише побіжно розглянуті, наприклад, у лекційному курсі (пункт 1.2 змісту), але потрібні для отримання достатнього рівня знань та вмінь, які вимагаються програмою курсу " Технічна механіка рідини і газу ". Робота над цими питаннями дозволить краще засвоїти опрацьований матеріал, закріпити такі навики самонавчання як робота з літературними джерелами та самоорганізація, що, у свою чергу, позитивно впливає на формування майбутнього фахівця-будівельника.

Отже, обов'язковою умовою засвоєння теоретичного матеріалу є вміння працювати самостійно з літературними джерелами. Це дозволяє студентові не лише краще засвоїти лекційну начитку, але й глибше розібратись у питаннях, розглянутих на лекціях побіжно або тих, що передбачені для повністю самостійного доопрацювання студентом. Особливо важливо провести огляд літератури при вирішенні конкретних задач, щоб на прикладі задач-аналогів мати уяву про порядок розв'язування та про орієнтовні значення шуканих параметрів чи характеристик.

Теоретичний курс слід проробляти послідовно, уважно вивчати виведення формул. Особливу увагу слід звернути при цьому на закони технічної механіки рідин і газів, що використовуються при виведенні цих формул, та принципи їх практичного застосування в інженерних розрахунках, бо вони обмежують застосування отриманих закономірностей (у реальних задачах потрібно враховувати поправки на перехід від ідеалізованих умов до суто практичних, конкретно заданих чи існуючих, умов).

Робота над підручником обов'язково повинна супроводжуватись розв'язуванням задач з розділу курсу, що вивчається.

Приклади розв'язування задач достатньо детально наведено у рекомендованих підручниках. Ці приклади (зразки) проектних розрахунків студент повинен детально проаналізувати, оскільки розв'язування задач контрольної роботи виконується за аналогією до них.

Задачі слід розв'язувати самостійно. Під час розв'язування задач краще засвоюється та закріплюється теоретичний матеріал, з’ясовується суть явищ та процесів.

Теоретичний матеріал та практичні задачі слід засвоювати за списком рекомендованої літератури. Даний список за бажанням студента, звичайно, можна розширити іншими виданнями, що стосуються тематики курсу, якщо вони, на думку студента, доступніше та цікавіше, інформативніше подають основи чи окремі питання курсу. При отриманні заліку студент повинен знати основи теоретичного курсу.

Для оцінки рівня засвоєння матеріалу слід відповісти на наведені нижче (пункт 1.3 змісту) питання.

1.3. Питання для самостійної роботи

На самостійне опрацювання виносяться наведені нижче питання за темами курсу "Технічна механіка рідини і газу". При їх вивченні особливу увагу треба звернути на основні поняття та визначення, що відзначені для кожного питання. До переліку рекомендованої літератури віднесено джерела, що охоплюють основні поняття та визначення, однак бажано, щоб студент додатково ознайомився з технічними новинками, які відображаються у спеціалізованих періодичних виданнях.

Перелік теоретичних питань для виконання самостійної  роботи

1.  Основні властивості рідин і газів.
2.  Суть і властивості гідростатичного тиску. Рівняння Ейлера. Основне рівняння гідростатики.
3.  Прилади для вимірювання тиску. Особливості будови та принцип дії.
4.  Сила тиску рідина на плоску  та криволінійну поверхні. Відносна рівновага рідини.
5.  Основні поняття кінематики та динаміки рідини. Рух нескінченно малої частинки рідини.
6.  Закон Архімеда. Плавання тіл. Відносна рівновага рідини.
7.  Використання законів гідростатики в техніці. Наведіть приклади і поясніть.
8.  Рівняння Бернуллі. Напір. Види і особливості напору.
9.  Види, особливості та відмінності режимів руху рідини.
10.  Види та суть гідравлічних опорів.
11.  Класифікація трубопроводів. Особливості та методика розрахунку простого та складного трубопроводів.
12.  Рух рідини в трубопроводі. Суть та особливості гідравлічного удару.
13.  Особливості витікання рідини при сталому та змінному напорі.
14.  Зміст гідромеханічних процесів, їх подібність.
15.  Рівняння нерозривності в різних формах.
16.  Вихровий рух. Поняття про циркуляцію швидкості. Особливості вихорів.
17.  Потенціальний рух. Метод суперпозиції функції та фізичний зміст течії.
18.  Абсолютний та відносний спокій рідких середовищ.
19.  Теорія плавучості та остійності.
20.  Диференційне рівняння руху рідини.
21.  Турбулентність. Основні характеристики. Турбулентні напруження.
22.  π- теорема. Її суть та застосування.
23.  Одновимірні потоки.
24.  Турбулентний рух в трубах.
25.  Місцеві гідравлічні опори.
26.  Поняття про отвори, насадки, трубки. Витікання рідини через отвори і насадки.
27.  Відкриті русла та безнапірні трубопроводи, рух у них.
28.  Гідравлічний таран. Зміст, будова, принцип дії.
29.  Поняття та види гідравлічних мереж, особливості їх будови та принцип розрахунку.
30.  Гідравлічний удар. Способи боротьби з гідравлічним ударом.
31.  Водорозлив, його суть та класифікація. Витрати потоку на водорозливі.
32.  Гідравлічний стрибок.
33.  Що таке б’єф? Особливості спряження б’єфів.
34.  Рух ґрунтових вод.
35.  Основи гідравлічного моделювання.
36.  Класифікація та основні параметри гідромашин.
37.  Лопатеві насоси. Основи теорії та експлуатаційні розрахунки лопатевих насосів, їх подібність.
38.  Насосна установка, її характеристика, регулювання режиму роботи насосної установки.
39.  З’єднання насосів. Кавітація та висота всмоктування насоса.
40.  Гідродинамічні передачі. Загальні відомості.
41.  Гідротрансформатори. Властивості, робочий процес, основні характеристики.
42.  Гідромуфти. Будова та основні характеристики.
43.  Комплексні гідротрансформатори.
44.  Спільна робота двигунів з гідропередачами.
45.  Гідромеханічні передачі. Види, будова, принцип роботи, переваги та недоліки.
46.  Поршневі насоси. Принцип дії, види, подача всмоктування поршневих насосів.
47.  Роторні гідромашини. Класифікація, будова, принцип дії.
48.  Об’ємні гідродвигуни. Види, будова, принцип дії.
49.  Схеми гідроприводу.
50.  Допоміжні пристрої гідроприводів, їх призначення, будова, приклади використання.
51.  Робочі рідини гідроприводів. Дросельне та машинне регулювання.
52.  Зміст та методика розрахунку гідроприводів.
53.  Особливості, будова та принцип дії пнемвоприводу.
54.  Історія та етапи розвитку першого гідротрансформатора.
55.  Робочі органи гідродинамічних передач, їх будова, види та призначення.

2. Виконання самостійних завдань

При отриманні заліку студент повинен захистити виконану роботу, тобто продемонструвати свої знання з теоретичних питань та вміння розв’язувати задачі. До розв'язування задач слід приступати лише після вивчення відповідного розділу курсу. Тільки свідоме, не „механічне", розв'язування задач є корисним та допомагає засвоєнню знань.

При виконанні контрольних задач потрібно дотримуватись таких умов:

а) записати умову задачі та вихідні дані;

б) розв'язування задачі супроводжувати:

- розрахунковою схемою (рисунком, графіком, кресленням);

- коротким пояснювальним текстом, в якому вказати яка величина та за якою формулою визначається, які величини підставляються у формулу та звідки вони взяті (з умови задачі, з довідкової літератури чи були визначені раніше тощо);

- таблицями зведених даних проектного розрахунку;

в) усі розрахунки виконуються в одиницях фізичних величин Міжнародної системи SI. Перевідна таблиця з інших систем наведена в додатку 3;

г) проставляти розмірності величин.

В умовах задач не завжди вказуються усі цифрові значення параметрів, потрібних для розв'язування (наприклад, може бути не вказана густина, коефіцієнт в'язкості чи інший параметр). Тоді невідомі параметри вибираються з таблиць додатків або з довідників, з нормативної літератури. У цьому випадку слід вказувати літературне джерело, з якого взято значення чи формулу для визначення параметра.

Після розв'язку задачі слід дати короткий аналіз отриманих даних та зробити висновки.

Завжди, якщо це можливо, слід контролювати хід розв'язку перевіркою та оцінювати достовірність отриманих числових даних.

2.2. Завдання для самостійної роботи

Номери та вихідні дані задач вибираються за шифром згідно з наведеними нижче вимогами.

Завдання. Вихідні дані, видаються викладачем. Решта показників, характеристик знаходяться за додатками, нормативною, довідковою та ін. літературою (див. список рекомендованої літератури). Шифр - останні дві цифри залікової книжки.

Задачі. Вибираються за таблицею 1 (див. нижче) згідно шифру.

Таблиця 1

Перед- остання цифра шифру	Остання цифра шифру
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
0	1 55 №1 №5 №9 №12 №15 №23	2 54 №2 №6 №13 №16 №21 №24	3 53 №3 №7 №10 №12 №17 №25	4 52 №4 №8 №11 №13 №18 №21	5 51 №1 №6 №10 №14 №19 №24	6 50 №2 №5 №9 №20 №22 №25	7 49 №1 №5 №14 №20 №22 №25	8 48 №2 №6 №11 №13 №18 №21	9 47 №3 №7 №10 №12 №17 №22	10 46 №4 №8 №9 №14 №15 №23
1	11 45 №1 №5 №10 №13 №17 №21	12 44 №2 №6 №10 №12 №15 №23	13 43 №3 №7 №9 №14 №21 №25	14 42 №4 №8 №11 №18 №22 №24	15 41 №1 №5 №9 №16 №22 №24	16 40 №2 №6 №11 №15 №23 №25	17 39 №3 №7 №10 №17 №21 №24	18 38 №4 №8 №9 №19 №23 №25	19 37 №1 №5 №9 №12 №20 №24	20 36 №2 №6 №10 №14 №17 №22
2	21 35 №3 №7 №9 №12 №15 №21	22 34 №4 №8 №10 №13 №16 №22	23 33 №1 №5 №11 №14 №17 №23 №23	24 32 №2 №6 №9 №12 №18 №24	25 31 №3 №7 №10 №13 №19 №25	26 30 №4 №8 №11 №14 №20 №21	27 29 №1 №5 №9 №12 №15 №22	28 28 №2 №6 №10 №13 №16 №23	29 27 №3 №7 №11 №14 №17 №24	30 26 №4 №8 №9 №12 №18 №25
3	31 25 №1 №5 №10 №13 №19 №21	32 24 №2 №6 №11 №14 №20 №22	33 23 №3 №7 №9 №12 №15 №23	34 22 №4 №8 №10 №13 №16 №24	35 21 №1 №5 №11 №14 №17 №25	36 20 №2 №6 №9 №12 №18 №21	37 19 №3 №7 №10 №13 №19 №22	38 18 №4 №8 №11 №14 №20 №23	39 17 №1 №5 №9 №12 №15 №24	40 16 №2 №6 №10 №13 №16 №25
4	41 15 №3 №7 №11 №14 №17 №21	42 14 №4 №8 №9 №12 №18 №22	43 13 №1 №5 №10 №13 №19 №23	44 12 №2 №6 №11 №14 №20 №24	45 11 №3 №7 №9 №12 №15 №25	46 10 №4 №8 №10 №13 №16 №21	47 9 №1 №5 №11 №14 №17 №22	48 8 №2 №6 №9 №12 №18 №23	49 7 №3 №7 №10 №13 №19 №24	50 6 №4 №8 №11 №14 №20 №25

Продовження таблиці 1

Перед- остання цифра шифру	Остання цифра шифру
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
5	1 55 №1 №5 №9 №12 №15 №23	2 54 №2 №6 №13 №16 №21 №24	3 53 №3 №7 №10 №12 №17 №25	4 52 №4 №8 №11 №13 №18 №21	5 51 №1 №6 №10 №14 №19 №24	1 45 №2 №5 №9 №20 №22 №25	2 44 №1 №5 №14 №20 №22 №25	3 43 №2 №6 №11 №13 №18 №21	4 42 №3 №7 №10 №12 №17 №22	5 55 №4 №8 №9 №14 №15 №23
6	6 40 №1 №5 №10 №13 №17 №21	7 39 №2 №6 №10 №12 №15 №23	8 38 №3 №7 №9 №14 №21 №25	9 37 №4 №8 №11 №18 №22 №24	10 36 №1 №5 №9 №16 №22 №24	11 35 №2 №6 №11 №15 №23 №25	12 34 №3 №7 №10 №17 №21 №24	13 33 №4 №8 №9 №19 №23 №25	14 32 №1 №5 №9 №12 №20 №24	15 31 №2 №6 №10 №14 №17 №22
7	16 30 №3 №7 №9 №12 №15 №21	17 29 №4 №8 №10 №13 №16 №22	18 28 №1 №5 №11 №14 №17 №23	19 27 №2 №6 №9 №12 №18 №24	20 26 №3 №7 №10 №13 №19 №25	21 25 №4 №8 №11 №14 №20 №21	22 24 №1 №5 №9 №12 №15 №22	23 28 №2 №6 №10 №13 №16 №23	24 22 №3 №7 №11 №14 №17 №24	25 31 №4 №8 №9 №12 №18 №25
8	26 20 №1 №5 №10 №13 №19 №21	27 19 №2 №6 №11 №14 №20 №22	28 18 №3 №7 №9 №12 №15 №23	29 17 №4 №8 №10 №13 №16 №24	30 16 №1 №5 №11 №14 №17 №25	31 15 №2 №6 №9 №12 №18 №21	32 14 №3 №7 №10 №13 №19 №22	13 33 №4 №8 №11 №14 №20 №23	34 12 №1 №5 №9 №12 №15 №24	35 11 №2 №6 №10 №13 №16 №25
9	36 10 №3 №7 №11 №14 №17 №21	37 9 №4 №8 №9 №12 №18 №22	38 8 №1 №5 №10 №13 №19 №23	39 7 №2 №6 №11 №14 №20 №24	40 6 №3 №7 №9 №12 №15 №25	41 5 №4 №8 №10 №13 №16 №21	42 2 №1 №5 №11 №14 №17 №22	43 3 №2 №6 №9 №12 №18 №23	44 2 №3 №7 №10 №13 №19 №24	45 1 №4 №8 №11 №14 №20 №25

2.3. Умови до задач

ТЕМА 1: ОСНОВНІ ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ РІДИНИ ТА ГАЗІВ

Задача 1

Визначте об’ємний модуль пружності рідини, якщо під дією вантажу масою М поршень (рис. 1) опустився на Δh. Початкова висота положення поршня (без навантаження) H, діаметр поршня d та резервуара D. Висота резервуара h. Вагу поршня і пружність стінок резервуара до уваги не брати. Вихідні дані до задачі вибираються за таблицею 2.

Рис. 1

Задача 2

В’язкість рідини визначають на ротаційному віскозиметрі (рис.2) замірюванням моменту тертя на внутрішньому циліндрі діаметром D1. Діаметр зовнішнього циліндра D2, його довжина L. При частоті обертання внутрішнього циліндра n момент тертя в сальнику і підшипниках Мт. Визначте в’язкість залитої в кільцевий простір рідини, вважаючи, що швидкість змінюється за лінійним законом. Вихідні дані до задачі вибираються за таблицею 2.

Рис. 2

Задача 3

З метою перевірки герметичності підземного трубопроводу довжиною L і діаметром D ручним поршневим насосом накачують у нього воду до надлишкового тиску  pнад. Вважаючи трубопровід абсолютно жорстким, обчисліть надлишковий об’єм води, який потрібно подати в трубопровід. Вихідні дані до задачі вибираються за таблицею 2.

Задача 4

Визначте об’єм води, який треба додатково подати в трубопровід діаметром D і довжиною L, щоб підвищити тиск до p. Трубопровід підготовлений до гідравлічних випробувань і заповнений водою при атмосферному тиску. Деформацію трубопроводу до уваги не брати. Вихідні дані до задачі вибираються за таблицею 2.

Таблиця 2

№ зада-чі	Величи- на та її одиниця	Передостання цифра шифру
		1	2	3	4	5	6	7	8	9	0
1	М, кг	200	250	300	350	400	450	500	550	600	650
	H, м	1,8	2	2,2	2,3	2,4	2,5	2,6	2,7	2,8	2,9
	H, м	1,2	1,3	1,4	1,5	1,6	1,7	1,8	1,9	2	2,2
	d, мм	50	60	70	80	90	100	110	120	130	140
	D, мм	250	270	290	310	330	350	370	390	410	430
	Δh, мм	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15
2	D1, мм	80	90	100	110	120	130	140	150	160	170
	D2,мм	120	110	130	150	170	170	200	190	180	200
	L, мм	200	250	300	350	400	450	500	550	600	650
	Мт, Нм	0,055	0,06	0,065	0,07	0,075	0,08	0,085	0,09	0,095	1
	n, хв..-1	65	70	75	80	85	90	95	100	105	110
3	L, км	1,2	1,3	1,4	1,5	1,6	1,7	1,8	1,9	2	2,2
	D, мм	400	450	500	550	600	650	700	750	800	850
	pнад., МПа	1,5	2	2,5	3	3,5	4	4,5	5	5,5	6
4	L,к м	0,8	0,9	1	1,1	1,15	1,2	1,25	1,3	1,36	1,4
	D, мм	400	450	500	550	600	650	700	750	800	850
	P, МПа	1,5	1,6	1,7	1,8	1,9	2	2,1	2,2	2,3	2,4

ТЕМА 2: ОСНОВИ ГІДРОСТАТИКИ

Задача 5

Визначити вакуум у резервуарі (рис. 3) при атмосферному тиску pа, якщо задані h1, h2, h3. Вихідні дані до задачі вибираються за таблицею 3.

Рис. 3

Задача 6

У резервуарі (рис. 4) , що розділений на дві частини перегородкою з отвором у нижній частині, перебуває рідина з температурою t1 і t2. Визначити різницю рівнів Δh, за яких не відбуватиметься перетікання рідини поміж секціями, якщо відомі h та a. Вихідні дані до задачі вибираються за таблицею 3.

Рис. 4

Задача 7

В U - подібну трубку залито три рідини – воду, ртуть і бензин. Рівні ницих рідин показані на рисунку. Визначте положення меж розділу z1 та z2, а також положення вільних поверхонь z0 і z3  відносно певної площини порівняння.

Рис. 5

Задача 8

Обчисліть різницю тисків у резервуарах А і В, заповнених рідиною. Різниця рівнів ртуті і диференційному манометрі h.

Рис. 6

Таблиця 3

№ зада-чі	Величина та її одиниця	Передостання цифра шифру
		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
5	h1,мм	200	220	240	230	250	260	270	280	290	300
	h2,мм	250	260	270	250	290	280	300	310	320	340
	h3,мм	270	280	290	300	310	315	320	325	340	350
6	t,°C	15	14	20	25	22	23	30	28	18	21
	t,°C	65	54	70	75	68	76	75	68	63	76
	h,м	2	1,8	2,2	1,8	2	1,9	2,2	1,8	1,7	1,9
	а, м	0,4	0,3	0,4	0,4	0,3	0,4	0,5	0,2	0,25	0,3
7	Назва рідини 1	вода	ртуть	гас	ртуть	вода	гліце-рин	гліце-рин	ртуть	нас	вода
	Назва рідини 2	ртуть	нафта	вода	бен-зин	гас	вода	бензин	гас	вода	диз. пали-во
	Назва рідини 3	бен-зин	вода	ртуть	вода	гліце-рин	ртуть	вода	вода	ртуть	ртуть
	z0 - z1, м.	0,15	0,2	0,25	0,3	0,35	0,4	0,45	0,5	0,55	0,6
	z3 - z2, м.	0,6	0,2	0,55	0,45	0,4	0,15	0,25	0,3	0,35	0,5
	z1 + z2, м.	0,6	0,7	0,8	0,9	1	1,1	1,2	1,3	1,4	1,5
8	Назва рідини 1	вода	ртуть	гас	ртуть	вода	гліце-рин	гліце-рин	ртуть	нас	вода
	Назва рідини 2	ртуть	нафта	вода	бен-зин	гас	вода	бензин	гас	вода	диз. паливо
	h, мм	30	35	40	45	50	55	60	65	70	75

ТЕМА 3: ВИЗНАЧЕННЯ СИЛИ ТИСКУ НА ПЛОСКІ ТА

КРИВОЛІНІЙНІ ПОВЕРХНІ

Задача 9

Закритий резервуар (рис. 5)заповнений водою, температура якої 20˚С. У вертикальній стінці резервуара є прямокутний отвір (D×B), закритий напівциліндричною кришкою. Вона може повернутись навколо горизонтальної осі А. Мановакумметр МВ показує манометричний тиск pман або вакуум pвак. Глибина палива над кришкою становить H. Визначити зусилля F,яке необхідно прикласти до нижньої частини кришки, щоб вона не відкривалась. Силою ваги кришки знехтувати. На схемі показати вектори діючих сил. Вихідні дані до задачі вибираються за таблицею 4.

Рис. 7

Задача 10

Визначити величину та напрям сили тиску води F на затвор (рис. 6), ширина якого b, якщо радіус заокруглення затвору R і глибина до нього h1 та після нього h2. Вихідні дані до задачі вибираються за таблицею 4.

Рис. 8

Задача 11

Для регулювання рівня води в напірному резервуарі (рис. 7) встановлений затвор, що обертається, який має відкривати квадратний отвір у вертикальній стінці розмірами a×a при заданій глибині H. Визначити глибину занурення шарніра та силу тиску води на затвор, якщо манометричний тиск на вільній поверхні води в резервуарі pман. Вихідні дані до задачі вибираються за таблицею 4.

Рис. 9

Таблиця 4

№ зада-чі	Величи- на та її одиниця	Передостання цифра шифру
		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
9	Pм, кПа	11,4	0	-	4,68	-	7,66	-	0	13,2	-
	Pв, кПа	-	-	2,85	-	3,42	-	8,45	-	-	4,26
	D, м	0,94	1,4	0,86	0,90	1,10	0,68	0,82	1,20	1,00	0,96
	b, м	1,70	2,65	1,42	1,67	1,75	1,10	1,45	2,30	1,80	1,63
	H, м	0,96	1,65	0,76	0,52	6	1,15	1,50	0,85	0,65	0,93
10	R, м	2,2	2	2,5	3	2,5	2	3	2,8	2,4	2,2
	B,м	3	3	4	3,5	3	3,5	4	5	4,5	3,8
	h1, м	1,6	1,8	2	2,2	2,2	2	2	2	2,2	1,8
	h2, м	0,8	0,9	1,4	1,4	1,6	1,5	0,8	1	1,4	1,2
11	а, м	0,4	0,5	0,6	0,5	0,4	0,6	0,7	0,65	0,55	0,8
	H, м	1,5	1,4	1,6	1,8	1,6	1,8	1,7	1,8	2	2,2
	pман, кПа	12	14	13	12	14	16	14	12	14	15

ТЕМА 4: Основи кінематики та динаміки рідин

Задача 12

Горизонтальна труба (рис. 8) діаметром d1 звужується до діаметра d2 і далі розширюється до початкового діаметра. Визначити витрату води при показах п’єзометрів до звуження h1 і у звуженому місці h2. Вихідні дані до задачі вибираються за таблицею 5.

Рис.10

Задача 13

З відкритого бака (рис. 9) витікає вода по трубах діаметром d1 і d2  і через насадок діаметром d3 виходить в атмосферу. Висота рівня води над віссю труби H. Визначте швидкість витікання та витрату для випадку, якщо рухається нев’язка рідина. Як зміниться витрата, якщо сумарні втрати напору в системі Σh. Вихідні дані до задачі вибираються за таблицею 5.

Рис. 11

Таблиця 5

№ зада-чі	Величи- на та її одиниця	Передостання цифра шифру
		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
12	d1, мм	100	120	110	130	140	150	140	130	140	100
	d2, мм	40	50	60	65	70	60	65	70	65	50
	h1, м	1,6	1,85	1,54	1,66	1,5	1,85	1,9	1,85	1,9	1,8
	h2, м	0,8	0,3	0,4	0,42	0,35	0,45	0,54	0,56	0,35	0,5
13	d1, мм	100	70	65	120	110	130	100	80	90	120
	d2, мм	200	108	140	160	200	180	160	150	140	160
	d2, мм	55	42	50	50	50	40	40	50	32	50
	H,м Σh	2,4	1,9	1,6	1,8	2,3	2,6	2,75	1,85	1,8	1,95

Задача 14

З напірного бака (рис. 10) витікає рідина по трубі діаметром d1 і відтак виходить в атмосферу через насадок діаметром d2. Надлишковий тиск у баці p0, висота рівня води над віссю труби H, Не зважаючи на втрати енергії, обчисліть швидкість руху рідини в трубопроводі й на виході з насадка. Вихідні дані до задачі вибираються за таблицею 6.

Рис. 12

Таблиця 6

Остання цифра шифру	d1, мм	d2, мм	Рідина	Перед-остання цифра шифру	p0,кПа	H,м
0	24	12	вода	0	120	1,2
1	22	14	нафта	1	140	1,3
2	28	16	вода	2	160	1,35
3	30	15	бензин	3	145	1,5
4	22	12	дизельне паливо	4	160	1,45
5	20	10	вода	5	150	1,55
6	25	15	гас	6	145	1,4
7	21	11	вода	7	115	1,6
8	30	14	бензин	8	110	1,25
9	35	17	нафта	9	100	1,4

ТЕМА 5: Гідравлічні опори і втрати напору при русі рідини

Задача 15

По трубопроводу діаметром d і довжиною l пропускають воду в кількості Q при різниці тисків Δpl і температурі t,°C. Обчисліть еквівалентну шорсткість трубопроводу Δe. Вихідні дані до задачі вибираються за таблицею 7.

Таблиця 7

Остання цифра шифру	d, мм	l, м	Q, л/с	Передостання цифра шифру	Δpl, кПа	t,°C
0	110	200	8	0	120	5
1	120	250	7,5	1	140	10
2	95	300	8,2	2	160	15

Продовження таблиці 7

3	75	350	6,8	3	145	20
4	130	400	11	4	160	40
5	100	420	10,5	5	150	45
6	135	450	8,5	6	145	60
7	120	500	9	7	115	20
8	100	520	10	8	110	40
9	140	550	12	9	100	15

Задача 16

Рідина при температурі t,°C тече по трубі діаметром d при витраті Q. Визначити втрати напору і тиску на ділянці довжиною l. Вихідні дані до задачі вибираються за таблицею 8.

Таблиця 8

Величина та її одиниця	Передостання цифра шифру
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
d, мм	12	20	22	18	14	15	24	28	30	25
Q, л/с	0,5	0,6	0,35	0,9	0,42	0,55	0,45	0,54	0,8	0,65
Рідина	вода	нафта	вода	мазут	вода	вода	мазут	вода	вода	вода
t,°C	5	15	10	15	15	20	20	40	45	60

Задача 17

Розрахувати втрати напору по довжині труби квадратного перерізу (a×a) при середній швидкості руху води V. Довжина труби l. Вихідні дані до задачі вибираються за таблицею 9.

Таблиця 9

Величина та її одиниця	Передостання цифра шифру
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Vм/с	8	9	7,8	8,6	9,2	10,3	9,5	10,8	9,6	8,6
l, м	120	100	120	130	135	140	145	125	145	150
a×a,мм	150	145	165	175	135	125	115	135	125	175

Задача 18

У трубопроводі діаметром d і довжиною l тече вода зі швидкістю V. Температура води t,°C. На трубопроводі є два повороти під кутом  і пробковий кран. Обчисліть сумарні втрати тиску. Вихідні дані до задачі вибираються за таблицею 10.

Таблиця 10

Остан-ня цифра шифру	D, мм	L, м	,˚	Труби	Перед-остання цифра шифру	V, м/с	t,°C
0	24	50	30	сталеві зварні нові	0	0,5	5
1	22	80	45	залізобетонні	1	0,6	10
2	28	100	60	чавунні нові	2	0,7	15
3	30	75	90	оцинковані нові	3	0,56	20
4	22	120	30	чавунні нові	4	0,64	40
5	20	140	45	азбестоцементні	5	0,38	45
6	25	60	60	сталеві ненові	6	0,55	60
7	21	110	90	бетонні нові	7	0,64	10
8	30	95	30	азбестоцементні	8	0,8	20
9	35	130	90	мідні нові	9	0,58	40

Задача 19

Побудувати графік залежності втрат напору по довжині при протіканні рідини в трубі діаметром d, довжиною l, при зміні витрати в діапазоні  Q=0,2…30 л/с. Температура рідини t. Вихідні дані до задачі вибираються за таблицею 11.

Таблиця 11

Остан-ня цифра шифру	Рідина	t,˚C	Труби	Перед-остання цифра шифру	D, мм	L,м
0	вода	10	сталеві зварні нові	0	150	50
1	нафта	15	залізобетонні	1	100	80
2	вода	20	чавунні нові	2	125	100
3	бензин	20	оцинковані нові	3	150	75
4	диз.  паливо	20	чавунні нові	4	175	120
5	вода	45	сталеві зварні нові	5	200	140
6	масло ИС 30	15	сталеві ненові	6	175	60
7	вода	15	сталеві зварні ненові	7	150	110
8	масло ИС 20	10	сталеві ненові	8	125	95
9	вода	60	залізобетонні	9	175	130

Задача 20

Визначити витрату води Q, побудувати напірну та п’єзометричну лінії з урахуванням гідравлічних опорів для трубопроводу (рис. 11), що складається з трьох ділянок, які з’єднують два резервуари. Гідравлічні коефіцієнти тертя ,, довжини ділянок відповідно L1, L2, L3. Діаметри труб D1= D3, D2. у центрі другої ділянки встановлено засувку. Різниця рівнів води в резервуарах ΔН. Вихідні дані до задачі вибираються за таблицею 12.

Рис. 13

Таблиця 12

Остання цифра шифру	D1= D3, мм	D2, мм			Перед- остання цифра шифру	ΔН, м	L1,м	L2,м	L3,м
0	150	125	0,022	0,026	0	11	25	30	28
1	100	125	0,035	0,029	1	12	32	28	25
2	125	150	0,028	0,028	2	13	30	26	35
3	150	200	0,024	0,027	3	14	28	35	40
4	175	200	0,021	0,026	4	13,5	26	40	45
5	200	250	0,018	0,025	5	12,5	45	28	26
6	175	125	0,017	0,024	6	13	36	43	38
7	150	125	0,023	0,023	7	13,8	35	36	40
8	125	175	0,025	0,022	8	14	40	35	42
9	175	150	0,026	0,020	9	12,5	30	40	38

ТЕМА 6: ОСНОВИ РОЗРАХУНКУ ТРУБОПРОВОДІВ

Задача 21

Визначити пропускну здатність трубопроводу (рис. 12), що складається з трьох послідовних ділянок з довжинами L1, L2, L3, якщо геодезична відмітка на початку трубопроводу zп, у кінці трубопроводу zк, тиск – відповідно pп, pк, діаметри умовних проходів D1, D2, D3, труби азбестоцементні. Вихідні дані до задачі вибираються за таблицею 13.

Рис. 14

Таблиця 13

Остання цифра шифру	D1, мм	D2, мм	D3, мм	zп, м	zк, м	Перед- остання цифра шифру	pп, мПа	pк, мПа	L1,м	L2,м	L3,м
0	150	250	250	4	38	0	0,9	0,32	250	300	280
1	200	175	300	5	30	1	0,8	0,42	320	280	250
2	175	250	150	6	26	2	0,7	0,36	300	260	350
3	200	150	300	7	32	3	0,68	0,25	280	350	400
4	250	300	175	8	28	4	0,64	0,4	260	400	450
5	300	400	150	9	26	5	0,7	0,25	450	280	260
6	350	200	400	10	36	6	0,6	0,35	360	430	380
7	400	250	350	11	38	7	0,55	0,28	350	360	400
8	450	175	300	12	40	8	0,5	0,24	400	350	420
9	500	350	250	13	42	9	0,6	0,18	300	400	380

Задача 22

У трубопроводі з паралельними лініями (рис. 13), довжини яких L1, L2, L3, діаметри відповідно D1, D2, D3., витрата Q. Визначити витрати в окремих лініях та напір у точці А, якщо напір у точці В рівний Нв. Вихідні дані до задачі вибираються за таблицею 14.

Рис.15

Таблиця 14

Остання цифра шифру	D1, мм	D2, мм	D3, мм	Q ,л/с	Тип труби	Перед- остання цифра шифру	Нв,м	L1,м	L2,м	L3,м
0	150	125	150	23	сталеві	0	8	250	300	280
1	100	125	175	22	чавунні	1	9	320	280	250
2	125	150	175	24	сталеві	2	10	300	260	350
3	150	200	250	25	чавунні	3	11	280	350	400
4	175	200	300	26	сталеві	4	12,5	260	400	450
5	200	250	200	28	чавунні	5	13	450	280	260
6	175	125	250	27	сталеві	6	11,5	360	430	380
7	150	125	175	29	чавунні	7	13,5	350	360	400
8	125	175	150	30	сталеві	8	14	400	350	420
9	175	150	200	32	чавунні	9	10,5	300	400	380

Тема 7: Гідравлічний удар у трубах

Задача 23

Визначити підвищення тиску в трубопроводі довжиною L, що пропускає витрату Q при закритті засувки в його кінці за час tз, якщо діаметр трубопроводу D, товщина стінок труби δ. Вихідні дані до задачі вибираються за таблицею 15.

Таблиця 15

Остання цифра шифру	L,м	Q, л/с	tз, с	Перед- остання цифра шифру	Тип труби	D, мм	δ, мм
0	250	23	5	0	сталеві	175	12
1	320	15,5	8	1	чавунні	150	8
2	300	14,5	10	2	пластмасові	150	6
3	280	25	7	3	азбестоцементні	200	14
4	260	26	4	4	сталеві	175	12
5	450	28	8	5	азбестоцементні	250	16
6	360	27	4	6	пластмасові	200	9
7	350	17,5	6	7	чавунні	150	10
8	400	14	9	8	азбестоцементні	150	15
9	300	25	7	9	пластмасові	200	10

Тема 8: Витікання рідин через отвори і насадки 

Задача 24

Циліндричний резервуар діаметром d має в дні отвір і зовнішній циліндричний насадок однакового діаметра. Яким повинен бути цей діаметр щоб рівень води в резервуарі підтримувався на висоті H при витраті Q. Визначте час спорожнення резервуара через насадок у разі відсутності витікання крізь отвір. Вихідні дані до задачі вибираються за таблицею 16.

Задача 25

Із закритого бака з малого отвору в тонкій стінці витікає вода у відкритий резервуар, а з нього з циліндричного насадка – в атмосферу. Визначити рівень води у відкритому резервуарі при манометричному тиску на поверхні води в закритому резервуарі pм  і при глибині в ньому z1. Діаметр отвору d1, діаметр насадка  d2. Вихідні дані до задачі вибираються за таблицею  16.

Рис. 16

Таблиця 16

№ задачі	Величи- на та її одиниця	Передостання цифра шифру
		1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
24	d,м	0,25	0,3	0,3	0,4	0,45	0,5	0,36	0,48	0,5	0,42
	H, м	0,8	1	0,6	1,2	1,4	1,6	1,8	2	2,2	2,4
	Q, л/с	20	22	24	25	26	30	28	32	26	18
25	pм,,кПа	18	20	22	24	26	30	32	34	36	38
	z1,м	4	3	5	4,8	5,2	4,4	4,5	5	5,2	6
	d1,мм	20	22	24	26	30	28	32	26	24	34
	d2,мм	26	28	30	32	34	40	28	30	26	24

Література

1.  Большаков В. А., Попов В. Н. Гидравлика: Общий курс. — К.: Вища шк., 1989.
2.  Грабовський О. М., Цабієв О. М. Гідравліка і нагнітачі. — К.: НМК ВО, 1992.
3.  Емцев Б. Т. Техническая гидромеханика.—2-е изд.—М.:Высш.шк., 1987.
4.  Koнcmaнmuнoe Н. М., Петров Н. А., Высоцкий Л. И. Гидравлика, гид-рология и гидрометрия: В 2 ч. — М.: Высш. шк., 1987. — Ч. 1—2.
5.  Koнcmaнmuнoe Ю. М. Гидравлика. — 2-е изд. — К.: Вища шк., 1988.
6.  Константинов Ю. М., Гіжа О. О. Інженерна гідравліка.—К.:Ін-т системних досліджень освіти, 1995.
7.  Левицький Б. Ф., Лещій Н. П. Гідравліка. Загальний курс. — Л.: Світ, 1994.
8.  Мандрус В. І, Лещій Н. П., Звягін В. М. Машинобудівна гідравліка.— Л.: Світ, 1995.
9.  Науменко І. І. Технічна механіка рідини і газу.—Рівне: Вид-во Рівнен. держ. ун-ту, 2000.
10.  Сборник задач по гидравлике / В. А. Большаков, Ю. М. Константи-нов, В. Н. Попов и др. — 4-е изд. — К.: Вища шк. Головное изд-во, 1979.
11.  Справочник по гидравлике / В. А. Большаков, Ю. М. Константинов, В. Н. Попов и др. — 2-е изд. — К.: Вища шк. Головное изд-во, 1984.
12.  Смислов В. В. Гідравліка і аеродинаміка. — К.: Вища шк., 1971.
13.  Чугаев P. P. Гидравлика. — 4-е изд. — М.: Энергоиздат, 1982.
14.  Яхно О. М., Желяк В. І. Гідравліка неньютонівських рідин. —К.:Вища шк., 1995.

Для нотаток

НАВЧАЛЬНО-МЕТОДИЧНЕ ВИДАННЯ

 

Технічна механіка рідини і газу

Методичні вказівки до виконання самостійної роботи для студентів, що навчаються за напрямом 6.060101 “Будівництво” денної та заочної  форм навчання.

Комп’ютерний набір і верстка:           О. Клімук  

Редактор:                 О. Годіюк

Підп. до друку 2008 . 2,2 60х84/1 б. 1,8 офс.

Гарн. Таймс. Ум. друк. арк.2,25 Обл.–вид. арк.2 Тираж 50 прим.

Зам.4322

Редакційно – видавничий відділ

Луцького національного технічного університету

43018, м. Луцьк, вул. Львівська, 75

Друк – РВВ ЛНТУ

PAGE  6