Расчетно-практическая работа по гидравлике - файл n1.docx

приобрести
Расчетно-практическая работа по гидравлике
скачать (268.3 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.docx269kb.07.07.2012 22:37скачать

n1.docx

Федеральное агентство по образованию. Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Самарский государственный архитектурно-строительный университет»

Открытый институт (филиал) государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Самарский государственный архитектурно-строительный университет» в г. Похвистнево

Кафедра водоснабжения и водоотведения

Дисциплина: Гидравлика


Расчетно-практическая работа по гидравлике

Выполнил:

Студент IV курса

Специальность: ГСХ

Группа:

Шифр:
Проверил:

Оценка


Похвистнево 2010г.

Гидростатика
1) Каков физический смысл коэффициентов объемного сжатия и температурного расширения?
Сжатие капельных жидкостей характеризуется коэффициентом объемного сжатия :

, ,

Т. о. характеризует относительное изменение объема жидкости вследствие сжатия, приходящегося на единицу давления.

Температурное расширение жидкости при ее нагревании характеризуется коэффициентом температурного расширения

, ,

который показывает относительное увеличение объема в жидкости при изменении температуры на 1єС.
2) Как изменится коэффициент кинематической вязкости капельных жидкостей и газов с изменением температуры?
Отношение вязкости жидкости к ее плотности называется коэффициентом кинематической вязкости.

, ,

Пример: Кинематическая вязкость воды при t=20єС.



слабо зависит от давления, но сильно от температуры



– коэффициент пропорциональности или динамический коэффициент вязкости.

Зимой и жидкости сильно возрастают с понижением температуры. При увеличении температуры вязкость жидкости уменьшается, а у газов увеличивается.
3) (21) Какие основные свойства капельных жидкостей и газов имеют существенное значение в гидростатике?
Со свойствами поверхностного натяжения связана способность жидкостей, образовывать капли. Поэтому обычно жидкости называются капельными. На границе между жидкостью и твердым телом возникают силы взаимодействия между молекулами этих двух сред. Это и определяет характер происходящих явлений, если на твердую поверхность поместить каплю жидкости, то возможны следующие случаи смачивания поверхности вязкой жидкости:

а) случай полного растяжения жидкости по твердой поверхности тонким слоем (полное смачивание), где (краевой угол смачиваемого тела)
б) случай частичного смачивания, когда
в) случай частичного не смачивания, когда
г) случай полного не смачивания, когда


4) (31) Что такое кавитация?
Кавитация – образование в движущейся жидкости полостей, заполненных паром или воздухом (газом). Кавитация возникает в тех случаях, когда давление в каких-либо местах потока снижается настолько, что становится меньше давления насыщения, то есть давления, соответствующего испарению жидкости при данной температуре.
5) (61) Сформулируйте закон Архимеда. К какой точке приложена Архимедова сила?

P=-?w

Результирующая сила и направление против оси z, дает понятие закона Архимеда. На любое тело, погруженное в жидкость, действует сила гидростатического давления, направленная вертикально вверх, приложенная к центральной точке водоизмещения и равной весу жидкости в вытесненном объеме (Архимедова сила).

6) В чем заключается геометрический смысл основного уравнения гидростатики?



– одно из видов основного уравнения гидростатики, для любой точки покоящейся жидкости.

Рассмотрим геометрическую интерполяцию этого уравнения:
Распишем основное уравнение для точек А и В.

;

или

Учитывая, что точки А и В были взяты произвольно и что давление на свободной поверхности может равняться , то для любой точки покоящейся жидкости будет справедливо выражение:



Гидростатическое давление любой точки покоящейся жидкости равно сумме давления на свободной поверхности и избыточного давления , которое равно весу жидкости в объеме столба с высотой равной глубине погружения рассматриваемой точки под уровень свободной поверхности и площадью основания равной 1.
7) Что такое плотность жидкости? Чем плотность отличается от удельного веса, как они связаны?
Плотность однородной жидкости – это отношение ее массы к ее объему (масса в единицах объема).

Если жидкость неоднородна, то для определения ее плотности следует весь ее объем разделить на ряд объемов , так, чтобы в пределах каждого объема плотность во всех точках была постоянна и равна . Тогда средняя плотность жидкости объемом W может быть определена по формуле:

, (1)

М – масса однородной жидкости

W объем однородной жидкости

Если жидкость неоднородна, то выражение характеризует лишь ее среднюю скорость. Заменяя в формуле (1) массу М через , найдем:

, (2)

Размеренность плотности составляет в системе МГКСС – кг∙секІ/м4, в системе СИ – Н∙секІ/м4 или кг/м, в системе СГС – г/см3.

Плотность среды может изменяться от точки к точке и в данной точке со временем, т. е. является функцией координат x,y,z временем t.



Однако эта функциональная связь не является непосредственной т. к. плотность жидкости и газов определяется фактическим значением давления и температуры tє, которые при давлении среды зависят от x,y,z и tє.

Удельный вес – вес жидкости, который приходится на единицу объема

, (3) Н/м3

Таким образом, ? и g представляют собой отношение силы тяжести Fтяж и массы М к одному и тому же объему Wтела:

, (4)

g – ускорение свободного падения.
8) Что такое вакуумметрическая высота и как она определяется?
Если полное гидростатическое давление, в какой либо точке жидкости меньше атмосферного давления (P<Pa), то манометрическое давление будет отрицательным, например, если м водяной столб, то получаем м

водяной столб = ?0,4 атм.

Отрицательное манометрическое давление, точнее недостаток полного давления до атмосферного называют вакуумом.

Высоту столба жидкости, измеряющую вакуум называют вакуумметрической и обозначают



Приборы для измерения вакуума называют вакуумметрами или обратными пьезометрами.
9) Какими приборами измеряется гидростатическое давление и какова его размерность?
Гидростатическое давление измеряется пьезометрами, манометрами, барометрами, индукционными датчиками давления, пьезометрическими датчиками и др.

P = [Н/мІ] = [Па]

В технической системе

P = [атм.] = [кг/смІ]
10) Что такое остойчивость плавающих тел?
Плавающее тело при качке может наклониться в ту или иную сторону или, как обычно говорят, давать крен. Способность судна возвращаться из крена в первоначальное положение называют остойчивостью судна ?.

Если ? >? – плавающее средство не остойчиво. Момент от ?арх. усугубляет крен и стремится перевернуть судно.
11) Что такое центр давления?
Тоска приложения силы гидростатического давления называется центром давления. Координаты этой точки находятся исходя из следующих замечаний, силу гидростатического давления можно представить в виде сумм двух величин: силы внешнего давления (или силу давления на поверхность жидкости) и силу избыточного давления. Очевидно, центром давления станет точка приложения равнодействующая этих сил, определяемая как центр действия параллельных сил.


12) В чем заключается энергетический смысл основного уравнения гидростатики?



Из него видно, что для любой точки покоящейся жидкости величина пьезометрического напора Н? всегда сохраняется постоянной, хотя при переходе от точки к точке величина высоты давления и геометрическая высота z изменится, а сумма нет. Умножим все величины на 1Н:

[1Н∙м] = 1 Дж

Тогда все слагаемые уравнения будут выражены в единицах работы. Жидкость находится в равновесии. В состоянии покоя она обладает только потенциальной энергией. Следовательно, каждое слагаемое уравнение представляет собой соответствующий вид потенциальной энергии.

z [Дж] – потенциальная энергия положения. Данная масса жидкости расположена на высоте z над уравненной поверхностью 0 – 0 и значит, обладает потенциальной энергией

– полный запас потенциальной энергии, равный сумме потенциальной энергии положения и давления. Она отнесена к той массе, вес которой = 1 Дж.


13) Что такое идеальная жидкость? Чем она отличается от реальной жидкости?
Идеальной жидкостью называется жидкость, в которой отсутствует внутреннее трение, т.е. плотность которой не зависит от давления. Реальная жидкость сжимается и в ней обязательно присутствует внутреннее сопротивление – трение согласно закону Ньютона.
14) Какова размерность удельного веса в системе СИ?
Размерность удельного веса ? принимается по формуле:

,

где G – вес однородной жидкости в кг∙с или Н, W – объем этой жидкости в м3. Следовательно а системе СИ размерность ?Н/ м3 или кг/м2∙сек2.

Гидродинамика
15) Дайте определение понятиям «живое сечение потока», «средняя скорость потока», «расход жидкости»?
а) Живое сечение потока – это площадь сечения потока, проведенная нормалью по направлению к линии тока, т. е. нормалью к направлению скоростей элементарных струек. Живое сечение элементарной струйки всегда живое сечение потока. Живое сечение является плоским только в случае параллельно-струйного движения.

б) Расход жидкости – это количество жидкости протекающей через поперечное сечение потока в единицу времени.

, [л/c]

в) Средняя скорость потока – это частное определение объемного расхода на площадь живого сечения ? потока:


16) (21) Как определить потери напора на трение при ламинарном режиме движения жидкости?
Для этого выделим в трубе элементарное сечение в виде кольца внутренним радиусом J, толщиной dy и следовательно площадью сечения dFy=2?ydy. Т. к. толщина кольца взята бесконечно малой, примем, что во всех его точках скорость частиц жидкости одинакова и может быть определена по уравнению:



Элементарный расход жидкости, проходящей через это кольцевое сечение, будет:

dQy=VydFy

подставив сюда вместо Vy и dFy их значения, получим:



Полный же расход жидкости через все поперечное сечение трубы определяется как сумма таких элементарных расходов, или, что-то же самое, как интеграл, взятый по всему сечению, т. е. в пределах от y=0 до y=?.
Таким образом:



В результате интегрирования получим формулу для определения расхода при ламинарном режиме:



При этом средняя скорость для всего сечения трубы:



Из данной формулы найдем потерю напора:


17) (51) Укажите основные виды местных сопротивлений:
К местным сопротивлениям относятся:


18) (41) Как располагаются по отношению друг к другу центры тяжести и давления смоченной поверхности, помещенной под углом к горизонту?
Центр давления силы будет совпадать с центром тяжести фигуры т. к. поверхностное давление передавалось через жидкость равномерно распространиться по не смачиваемой площади.

19) (11) Что такое пьезометрическая высота и как она определяется?
Высота поднятия жидкости в пьезометрической трубке, так называемая пьезометрическая высота, характеризует избыточное давление в сосуде и может служить мерой для ее определения:

.

20) (61) Какие основные причины могут привести к возникновению гидравлического удара?
Гидравлическим ударом называется повышение или понижение гидравлического давления в напорном трубопроводе, вызванное изменением во времени (в каком-либо сечении трубопровода) средней тяжести движения жидкости. Явление гидравлического удара обуславливается инерцией той массы жидкости заключенной в трубопроводе, скорость которой изменяется во времени.

На характер явления гидравлического удара оказывает большое влияние сжимаемость жидкости и деформируемость стенок трубопровода, т. е. способность стенок трубопровода соответствующим образом деформироваться с изменением гидравлического давления в трубе.
21) (71) Что такое гидродинамическое подобие?
Гидродинамическими подобными системами будут такие, для которых векторные поля сил, действующих на жидкость, образованы одномоментными силами, причем эти поля являются геометрически подобными и одинаково ориентированными относительно границ систем. Гидродинамическое подобие может иметь место только при наличие симметрического а, следовательно, и геометрического подобия.
22) (91) Что такое свободная струя и чем она отличается от затопленной?
Свободная струя жидкости – называется поток (струя) вовсе не ограниченный твердыми стенками. Примером может служить так называемая пожарная струя, выходящая из брансбойда. Различают затопленные и незатопленные свободные струйки.

Свободной затопленной струйкой называется струя, окруженная жидкостью. Примером может служить водяная струя, выпущенная в воду, например для улучшения отклонившихся насосов и т. п.
23) (111) В каких границах проявляется ламинарная и турбулентная фильтрация? Укажите границы ламинарной фильтрации.
Водопроницаемый грунт состоит из отдельных частиц (песчинок) между которыми имеются поры. Суммарный объем пор составляет часто 35-40% от объема всего грунта. Явление движения воды в этих грунтах называется фильтрацией.

При справедлив линейный закон фильтрации (для ламинарного режима).
24) (81) Что такое пульсация скорости?
Пульсация скорости – измерение местных скоростей турбулентного потока, показали, что поле скоростей такого потока изменяются беспорядочно, частично, однако изменение местных скоростей имеет ярко выраженный пульсационный характер, значение соответствующих скоростей «пульсируют» около некоторых осредненных значений.
25) (64) Что такое элементарная струйка? Чем отличается живое сечение элементарной струйки от живого сечения потока?
Массу жидкости внутри трубки тока называют элементарной струйкой жидкости. Площадь поперечного сечения струйки жидкости перпендикулярно ее внутренним линиям тока, обозначаемая через d?, называется площадью живого сечения струйки. Так как площадь сечения жидкости в поперечнике бесконечно мала, можно считать, что все частицы жидкости в поперечном сечении имеют одинаковую скорость U.
Если через какую либо точку потока перпендикулярно линиям тока провести поверхность N, то получим сечение nn, заключенное в пределах потока. Это сечение называется живым сечением потока. Живое сечение потока может быть ограничено со всех или нескольких сторон твердыми стенками, воздушной средой. Поток можно рассматривать как сумму отдельных элементарных струек.
26) Что такое гидравлический уклон? Когда он совпадает с пьезометрическим уклоном?
Отношение разности полных удельных энергий в двух сечениях потока или полных гидродинамических напоров к расстоянию между ними называется гидродинамическим уклоном.



l – расстояние между сечениями 1 – 1 и 2 – 2.

Разность удельных механических энергий в сечениях 1 – 1 и 2 – 2 есть потеря напора на трение.



Тогда:



i = J; – пьезометрический напор.
27) Во сколько раз изменится и в какую сторону число Рейнольдса жидкости, текущей по круглой трубе переменного сечения при постоянном расходе, если диаметр трубы увеличивается вдвое?
Число Рейнольдса находится по формуле:



Первоначальный диаметр:

;

.

Новый диаметр:

;

;

;

.

Число Рейнольдса уменьшится в два раза.
28) Что такое коэффициент Кориолиса?
Коэффициент Кориолиса ? – коэффициент неравномерного распределения местной скорости и по живому сечению. Он определяется отклонением действительной энергии потока, вычисленной по шестой скорости U, к энергии потока, вычисленной по средней скорости.

;

? = 1,05ч1,1.
29) Пояснить понятие «гидравлически гладкая» и «гидравлически шероховатая труба».
∆ – средняя высота гребешков неровностей или шероховатостей. ? – толщина ламинарной пленки.

В случае, когда ∆> ?ПП трубы называют шероховатыми вершины выступов, шероховатости будут оказывать влияние на гидравлическое сопротивление.

Если ∆< ?ПП, то поток жидкости будет скользить по ламинарной пленке, не чувствуя гребешков шероховатостей. труба гидравлически гладкая.
30) Какие режимы движения жидкости существуют? Чем определяется существование того или иного режима?
При изучении движения вязкой жидкости различают два различных по характеру и физической природе, режима течения: ламинарный и турбулентный.

Ламинарный – режим, при котором струйки жидкости в потоке движутся по прямолинейным или плавно изменяющимся траекториям, слои не перемешиваются.

Турбулентный – режим, при котором нарушается слоистость движения, частицы жидкости перемешиваются, и траектории движущихся частиц представляют сложные, пересекающиеся между собой линии.

Наличие ламинарного и турбулентного режимов зависят от скорости движения ?, кинематического коэффициента вязкости ?, и от геометрических размеров осевого сечения потока.
31) Что такое гидравлический удар?
При быстром закрытии кранов в трубопроводе, а т. ж. при остановке или пуске насосов, подающих воду в водопроводную сеть, останавливается масса жидкости, деформируется под действием сил инерции всей движущиеся массы. Это явление называется гидравлическим ударом. Гидравлический удар является исключительным случаем в гидравлике, когда приходится учитывать сжимаемость жидкости, т. к. под влиянием больших инерций она несколько сжимается, а стенки трубопроводов растягиваются.

Гидравлический удар вызывает значительное повышение напряжений в материале труб, связанное с повышением давления в несколько десятков и даже сотен раз по сравнению со статическим. Это может повлечь за собой разрыв трубопровода и его деформацию с нарушением стыковых соединений.
32) Что такое простой трубопровод?


Выбрана линия трубопровода разветвляемой сети, АВСДЕ – называется простым трубопроводом. Он состоит из труб различного диаметра, последовательно соединенных в одну нитку (или линию) и имеет отводы gb, gc, gd.

Простейшим случаем такого трубопровода является трубопровод постоянного диаметра, пропускающий постоянный расход.
33) (59) Справедливо ли утверждение, что установившееся движение всегда равномерно?
Ответ: нет, не справедливо.
34) (60) Справедливо ли утверждение, что равномерное движение является установившимся?
Ответ: да справедливо.
35) (61) Чем отличается потенциальный поток от вихревого потока?
В потенциальном потоке движение не сохраняется
36) (62) Чем отличается напорное движение от безнапорного движения?
Напорное движение не имеет свободной поверхности.

Задачи

№1

Вертикальный цилиндрический резервуар заполнен нефтью при t1=7єC на высоту h=5м. Определить положение уровня нефти при повышении t2=32єC. Расширение стенок резервуара не учитывать. Коэффициент термического расширения ?t=0,000721/град. Определить высоту H.
Дано:

t1=7єC

t2=32єC

?t=0,000721/град

h=5м




Н – ?


№2

В отопительной системе (котел) небольшого дома содержится w=2м3 воды. Сколько воды дополнительно войдет в расширительный сосуд при нагревании от t1 до t2.
Дано:

t1=95єC

t2=20єC

?t=0,000721/град

w=2м3




w – ?


№3

Емкость заполненная нефтью находится под давлением P, кг/см2. После выпуска ∆w, м3 нефти давление емкости упало до P1, кг/см3. Определить объем емкости ∆w, если коэффициент объемного расширения нефти составляет ?t=7,4∙10-8 м2/кг.
Дано:

P=6 кг/см2

w=10л=10∙10-3 м3

P1=2 кг/см3

?w=7,4∙10-8 м2/кг




w – ?


№4

В отопительной котел поступает вода в количестве Q3/с), при температуре t – Н, t1єC. Насколько увеличится расход вытекающей из котла жидкости, если она прогревается в нем до t = t2 єC.
Дано:

Q=15 м3

t1=60єC

t2=100єC




Q?


№5

Избыточное давление на глубине моря h составляет Pизб , т/м3. Определить удельный вес морской воды.
Дано:

h =300 м

Pизб = 315 т/м2=

315∙103 кП/м2=

3,15∙9,81∙103 Н/м3




?м. в.?
№6

Определить тягу ∆P через дымовую трубу высотой h=4,5м, или ? дымовых газов 0,6 кг/см3, если температура наружного воздуха 12єC.


Дано:

?гор =0,6 кг/см3

H=45м

tхол= 12єC




? – ?

№7

Дано:

tє=95єC

?=961,92 кг/м3




? – ?

? – ?

№8

Нижняя часть рабочей камеры Кессона находится на глубине h от свободной поверхности воды. Определить избыточное давление воздуха необходимого рабочей камере Кессона, чтобы речная вода не могла проникнуть в камеру.
Дано:

h=95єC

?в=961,92 кг/м3




Pизб. возд. – ?

Па=0,98 атм.
№9

Определить полное гидростатическое давление на дно сосуда заполненного водой, давление на свободной поверхности атмосферное, глубина воды в сосуде Q, м.
Дано:

h=0,5 м

?=9790 Н/м3

Р=105 Па




Рполное – ?
№10

В У-образный сосуд налиты вода и ртуть. Линия раздела жидкостей расположена ниже свободной поверхности ртути на hртути, см. определение разности уровней h в обеих частях сосуда.
Дано:

hрт=2 см=0,002м

? =13550 Н/м3

? воды=998,2 Н/м3




h – ?

№11

Дано:

tє=55єC

? 55єН/мі=985,73

кг/м3




? – ?

? – ?
№12

Дано:

tє=90єC

? 90єН/мі=965,34

кг/м3




? – ?

? – ?

№13

Дано:

t1=31єC

h=2 м

?t=0,00072




Н – ?
№14

В отопительной котел поступает вода в количестве Q3/с), при температуре t1єC. Насколько увеличится расход вытекающей из котла жидкости, если она прогревается в нем до t2 єC.
Дано:

Q=20 м3

t1=65єC

t2=95єC




Q?

Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации