ТЕМА 1. Физические свойства жидкостей и газов
СОДЕРЖАНИЕ
РАЗДЕЛ 1. ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ..
ПО ИЗУЧЕНИЮ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ.. 4
Литература. 6
РАЗДЕЛ 2. СОДЕРЖАНИЕ ТЕМ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ И..
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИХ ИЗУЧЕНИЮ. 9
Введение. 9
ТЕМА 1. Физические свойства жидкостей и газов. 9
ТЕМА 2. Основы гидростатики. 12
ТЕМА 3. Основы кинематики жидкости. 14
ТЕМА 4. Режимы движения жидкости. 16
ТЕМА 5. Уравнения движения и уравнения энергии. 17
ТЕМА 6. Одномерные потоки жидкостей и газов. 21
ТЕМА 7. Гидравлические машины.. 23
ТЕМА 8. Гидропередачи и гидропневмоприводы в сельскохозяйственной технике 27
ТЕМА 9. Гидро- и пневмотранспорт в сельском хозяйстве. 29
ТЕМА 10. Основы сельскохозяйственного водоснабжения и гидромелиорации 30
Контрольные задания. 32
Физические свойства жидкости. 32
Гидростатика. 34
Одномерное течение жидкости. 43
Гидравлический удар в трубопроводах. 50
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. 54
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. 61
РАЗДЕЛ 1. ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО ИЗУЧЕНИЮ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Настоящие методические указания подготовлены для студентов- заочников, обучающихся специальностям 110301, 110304, 280101, 270102, 270114 и 190603 согласно рабочим учебным планом, утвержденным учебным советом академии. Содержание курса определено государственным стандартом высшего профессионального образования (2000г.), утвержденным Госкомвузом России.
Чтобы освоить высокопроизводительные машины, обеспечивающие внедрение прогрессивных технологических процессов, индустриальных технологий, современный специалист должен знать: основные законы гидравлики, основы теории гидромашин, их конструкций, принципы работы и методы рациональной эксплуатации, основные принципы построения, элементы конструкции систем гидропривода, сельскохозяйственного водоснабжения, гидромелиоративных систем, то есть владеть фундаментальными инженерными знаниями в области гидравлики.
Современная гидравлика – это наука, изучающая физические законы и закономерности равновесия и движения жидкостей, их взаимодействие с твердыми телами (поверхностями тел), а также разрабатывающая методы решения инженерных задач.
Цель изучения учебной дисциплины – получить знания, необходимые для решения инженерных задач, связанных с использованием и применением жидкостей в различных областях техники и сельского хозяйства.
Основной формой занятий по изучению дисциплины является самостоятельная работа студента над книгой в течении всего межсессионного периода. Лекции, практические и лабораторные занятия и сдача экзамена (по специальности 190603 – зачета) проводится в период экзаменационных сессий. Сроки проведения занятий определяются планами экзаменационных сессий по академии.
Объем и содержание учебной дисциплины по специальностям различны, что отображено в таблице 1.
Таблица 1 – Распределение часов на изучение дисциплины
| № темы | Наименование тем | Специальности | ||
| Введение Физические свойства жидкостей и газов Основы гидростатики Основы кинематики жидкости Режимы движения жидкости Уравнения движения и уравнения энергии Одномерные потоки жидкостей и газов Гидравлические машины Гидропередачи и гидропневмоприводы в сельскохозяйственной технике Гидро- и пневмотранспорт в сельском хозяйстве Основы сельскохозяйственного водоснабжения и гидромелиорации | + + + + + + + + + + + | + + + + + + + + + - - | + + + + + + + + - - - | |
| Общее количество часов |
Литература
1. Гидравлика и гидравлические машины // Ловкис З.В. и др. – М.: Колос, 1995.
2. Исаев А.П., Сергеев Б.И., Дидур В.А. Гидравлика и гидромеханизация сельскохозяйственных процессов. - М.: Агропромиздат, 1998.
3. Николадзе Г.И Водоснабжение. – М.: Стройиздат, 1999.
4. Палишкин Н.И. Гидравлика и сельскохозяйственное водоснабжение.– М.: Агропромиздат, 1990.
5. Гидравлический транспорт в животноводстве // Мельников С.В. и др. – М.: Колос С, 2006.
6. Сабашвили Р.Г. Гидравлика, гидравлические машины и водоснабжение сельского хозяйства.– М.: Колос, 1997.
7. Штеренлихт Д.В. Гидравлика.– М.: Энергоатомиздат, 2007 (1984, 1991, 2005, 2006).
8. Чугаев Р.Р. Гидравлика: Техническая механика жидкости.– Л.: Энергоиздат, 1982.
9. Гидравлика, гидромашины и гидропневмопривод / Под ред. Стесина С.П. – М.: Академия, 2006.
10. Сборник задач по машиностроительной гидравлике / Под ред. Куколевского И.И. и Подвидзе Л.Г. – М.: Машиностроение, 1990.
11. Андреевская Л.В., Кременецкий Н.Н., Панова М.В. Задачник по гидравлике.– М.: Энергия, 1970.
12. Справочник по гидравлике / Под ред. В.А. Большакова. – Киев: Вища школа, 1987.
13. Сборник задач по машиностроительной гидравлике / Батуев Д.А. и др. – М.: Машиностроение, 1981.
14. Кошман В.С. Методическое пособие к решению задач по гидравлике.– Пермь: ПГСХА, 2008.
15. Кошман В.С. Лабораторный практикум по гидравлике.– Пермь: ПГСХА, 2006.
Примечание: Библиографический перечень литературы печатается с порядковыми номерами, на которые в дальнейшем (вместо фамилии автора и наименования) делаются ссылки с указанием страниц, например: 2, с. 17-29.
Приступая к изучению учебной дисциплины, необходимо ознакомиться с содержанием тем и методическими рекомендациями по их изучению.
Изучение тем учебной дисциплины рекомендуется вести в той последовательности, в которой они представлены в таблице 1 и ниже в методических рекомендациях.
При проработке теоретического курса внимательно изучить выводы основных формул, обращая при этом особое внимание на применяемые при выводе этих формул законы физики. Особо важно помнить допущения, сделанные в ходе вывода формул, так как они ограничивают применимость полученных закономерностей. В конце каждой темы приведены контрольные вопросы для самопроверки, на которые необходимо ответить.
Работа над учебником обязательно должна сопровождаться решением задач по изучаемой теме, Задачи следует решать самостоятельно. В ходе решения задач лучше усваивается и закрепляется изучаемый теоретический материал, выясняется суть изучаемых гидравлических явлений.
Условие каждой задачи должно быть записано полностью с учетом заданного варианта, обозначенного буквой j. Например, при j = 2 вместо слова «расход Q = (3 + 0,5j) л/с» - поскольку Q = (3 + 0,5 х 2) = 4 л/с – следует понимать и писать «расход Q = 4 л/с». Решение задач необходимо сопровождать краткими пояснениями.
Вычисления выполнять в системе единиц СИ. Следует помнить, что не соблюдение единой системы единиц приводит к ошибкам при вычислениях.
Контрольная работа студента должна поступить в заочное отделение академии не позже чем за 10 дней до начала экзаменационной сессии. Работы, поступившие позже, проверяются после сессии.
Лабораторные занятия проводятся во время сессии, в специально отведенное для этого время. Выполненные работы студент должен оформить и защитить.
Наличие зачтенных лабораторных и контрольных работ является основанием для допуска студента к сдаче экзамена (зачета).
Порядок выполнения контрольной работы, ее содержание и объем определяются кафедрой ТОЖ, а сроки выполнения – факультетом заочного отделения академии. Во всех случаях студенты экзамен (зачет) сдают очно.
РАЗДЕЛ 2. СОДЕРЖАНИЕ ТЕМ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ И
МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИХ ИЗУЧЕНИЮ.
Введение
Предмет и задачи учебной дисциплины, ее место в подготовке специалистов. Краткие исторические сведения о развитии гидравлики как науки. Вклад отечественных ученых в развитие гидравлики.
[1, с. 3 - 4], [2, с. 3 - 8], [7, с. 5 -10]
Уяснить предмет и задачи учебной дисциплины. Познакомиться с историей развития гидравлики, вкладом отечественных ученых в ее становление и развитие.
ТЕМА 2. Основы гидростатики
Абсолютный и относительный покой (равновесие) жидкости. Свойства давления в неподвижной жидкости. Основное уравнение гидростатики. Поверхности равного давления. Закон Паскаля. Приборы для измерения давления. Силы давления жидкости на плоские и криволинейные стенки. Закон Архимеда. Условие плавание тел.
[1, с. 23 - 44], [2, с. 13 - 34], [7, с. 27 - 51], [9, с. 14 - 43]
Два свойства гидростатического давления обусловлены тем, что покоящаяся жидкость не воспринимает касательных и растягивающих усилий. Знание этих свойств позволяет понять физический смысл формул статического силового воздействия жидкости на твердые тела.
При абсолютном покое жидкости на нее из массовых сил действует только сила тяжести. В случае относительного покоя к силе тяжести присоединяются силы инерции.
Студенту необходимо знать основное уравнение гидростатики:
p2= p1+ γ h (2)
где p2 и p1 – давления в точках 2 и 1; h – глубина погружения точки 2 относительно точки 1; γ – удельный вес жидкости; γh – весовое давление столба жидкости глубиной h.
В зависимости от способа отсчета различают абсолютное, избыточное (манометрическое) и вакуумметрическое давление. Следует знать взаимосвязь этих величин.
В уравнении (2) точка 1 может лежать на свободной поверхности жидкости. При этом весовое давление γh будет избыточным давлением только в том случае, когда давление на свободную поверхность равно атмосферному давлению.
Весьма важными понятиями в гидравлике являются пьезометрическая высота и гидростатический напор. Пьезометрическая высота выражает в метрах столба жидкости избыточное (реже абсолютное) давление в рассматриваемой точки жидкости . Гидростатический напор равен сумме геометрической z и пьезометрической p/γ высот. Для всех точек данного объема покоящейся жидкости гидростатический напор относительно выбранной плоскости сравнения есть постоянная величина.
Воздействие жидкости на плоские и криволинейные поверхности наглядно отражается эпюрами давления. Площадь (объем) эпюры дает величину силы давления, а центр тяжести этой площади (объема) – точку приложения силы давления. Аналитическое рассмотрение задачи позволяет получить весьма простые расчетные формулы. В случае плоской поверхности любой формы величина силы гидростатического давления равна смоченной площади этой поверхности, умноженной на гидростатическое давление в центре тяжести площади. Точка приложения силы гидростатического давления (центр давления) лежит всегда ниже центра тяжести ( за исключением давления на горизонтальную плоскость, когда они совпадают). Следует указать, что формула для определения координаты центра давления дает точку приложения силы гидростатического давления без учета давления на свободную поверхность (см. вывод формулы в любом учебнике гидравлики).
Для криволинейных цилиндрических поверхностей обычно определяют горизонтальную и вертикальную составляющие полной силы гидростатического давления. Определение вертикальной составляющей связано с понятием «тела давления», которое представляет собой действительный или воображаемый объем жидкости, расположенный над криволинейной поверхностью. Линия действия горизонтальной составляющей проходит через центр давления вертикальной проекции криволинейной поверхности, а линия действия вертикальной составляющей – через центр тяжести тела давления.
При изучении этого раздела студенту полезно рассмотреть несколько конкретных примеров построения тел давления для цилиндрических поверхностей, определить самостоятельно вертикальную и горизонтальную составляющие силы давления, точки их приложения и результирующую силу.
Необходимо рассмотреть давление жидкости на стенки труб и резервуаров и расчетные формулы для определения толщины их стенок.
Вопросы для самопроверки
1. Каковы свойства гидростатического давления? 2. Запишите и проанализируйте основное уравнение гидростатики. В каких случаях оно справедливо? 3. Что такое поверхность равного давления, и какова ее форма при абсолютном покое жидкости? 4. Как формулируется закон Паскаля и какова его связь с основным уравнением гидростатики? 5. Приведите примеры гидравлических установок, действие которых основано на законе Паскаля. 6. Каковы соотношения между абсолютным давлением, избыточным и вакуумметрическим давлением? Что больше: абсолютное давление, равное 0,12 МПа, или избыточное, равное 0,06 МПа? 7. Чему равна пьезометрическая высота (в метрах водяного столба) для атмосферного давления? 8. Почему центр давления всегда находится ниже центра тяжести смоченной поверхности наклонной плоской стенки? 9. Сформулируйте закон Архимеда.
Одномерное течение жидкости
44. Определить потери напора при подаче воды со средней скоростью с = (10+5j) см/с. Температура воды 10 оС. Внутренний диаметр трубопровода d = 200 см, его длина l = (1450+50j) м. Трубы стальные сварные новые. Потерями напора на местных сопротивлениях пренебречь.
45. Определить потери напора в водоводе длиной l = (450+50j) м при подаче 80 л/с. Трубы стальные сварные бывшие в эксплуатации с внутренним диаметром d = 200 мм. Температура воды t = 12 оС.
46. Определить абсолютное давление жидкости перед входом в насос (рис. 27). Всасывающий трубопровод насоса имеет длину l = (5+0,2j) м, внутренний диаметр d = 32 мм. Высота всасывания насоса h = 0,8 м, а его подача (45+0,5j) л/мин; h1 = 0,2 м. Учесть наличие местных
сопротивлений: приемный клапан с сеткой (ξкл = 8), плавный поворот и вентиль. Трубопровод новый стальной.
47. Насос подает воду на высоту Н = (9+j) м по трубопроводу длиной L = (18+2j) м с внутренним диаметром 32 мм. Объемный расход воды Q = (4+2j) л/с при температуре 10 оС. Определить избыточное давление рм на выходе из насоса, если давление в конце трубопровода рм1 = 1,5 бар. Имеются местные сопротивления: вентиль В и два резких поворота на углы β1 = 30о и β2 = 60о. Трубопровод новый стальной (рис. 28).
48. На ферму из водонапорной башни (рис. 29) поступает вода. Определить абсолютное давление р в точке А, если расход воды Q = (90+3j) л/мин, внутренний диаметр чугунного трубопровода d = 0,1 м, а его длина L = (300+10j) м. Разность геодезических уровней h = (11+0,5j) м, а h1 = 0,2 м.
49. Определить напор Нн, который должен развивать насос, подающий воду в водонапорную башню (рис.30). Глубина погружения насоса h = (40+5j) м, объемный расход Q = (6+0,5j) л/с. Длина стального нового трубопровода L = (800+50j) м, внутренний диаметр d = 100 мм, h1 = 14 м. Потери напора на местных сопротивлениях принять равным 10% от потерь по длине.
50. Определить какой расход Q может обеспечить сифон при перекачке жидкости из водоема А в водоем В при разности горизонтов Н = (1,2+0,2j) м (рис. 31). Длина сифона L = (50+5j) м, а внутренний диаметр d = 20 см. Трубы чугунные новые. Коэффициент потерь сетки с обратным клапаном С принять равным 10.
Рисунки к задачам 46…53
51. На берегу реки предполагается установить станцию (рис. 32) дли подачи воды с расходом Q = (15+0,2j) л/с. Высота оси насоса над уровнем воды в реке hн = 4 м. Длина всасывающей трубы L = (18+0,1j) м. Трубы стальные новые. Определить диаметр всасывающей трубы, исходя из допустимой скорости воды ν = 0,8…1,2 м/с. При расчете скоростным напором в реке пренебречь, температуру воды принять равной 12 оС, а коэффициент сопротивления фильтра – 10.
52. Вода подается в открытый верхний бак по вертикальной трубе длиной L = (5+0,2j) м и диаметром d = 50 мм за счет давления воздуха р в нижнем замкнутом резервуаре (рис. 33). Определить давление воздуха р, при котором расход будет равен Q = (3+0,2j) л/с. Принять коэффициенты сопротивления: вентиля равным 8,0; входа в трубу – 0,5, выхода в бак – 1,0. Эквивалентная шероховатость стенок трубы равна 0,2 мм.
53. При истечении жидкости из резервуара в атмосферу по горизонтальной трубе с внутренним диаметром d = 40 мм и длиной 2L = (3,8+0,2j) м уровень в пьезометре П, установленном посередине длины трубы, равен h = (2,8+0,2j) м (рис. 34). Определить объемный расход воды Q и коэффициент гидравлического трения λ, если статический напор в баке постоянен и равен Н = (6,8+0,2j) м. Построить пьезометрическую и действительную напорную линии. Сопротивлением входа в трубу пренебречь.
54. Определить внутренний диаметр трубопровода, по которому подается вода с расходом Q = (0,29+0,02j) л/с, из условия получения в нем максимально возможной скорости при сохранении ламинарного режима. Температура жидкости равна 20 оС.
55. При ламинарном режиме движения по горизонтальному трубопроводу диаметром d = 30 см расход равнялся Q = (0,25+0,01j) м3/с, а падение пьезометрической высоты на участке длиной L = 450 см составило h = (65+0,01j) см. Определить кинематический и динамический коэффициенты вязкости воды.
56. Определить длину трубы L, при которой расход жидкости Q из бака будет в 2 раза меньше, чем через отверстие того же диаметра d = 30 мм. Напор над отверстием равен H = (5,8+0,2j) м (рис. 35). Коэффициент гидравлического трения в трубе принять равным λ = 0,025.
57. Определить диаметр d горизонтального стального трубопровода длиной L = (19+0,5j) м, необходимый для пропуска по нему воды в количестве Q = (2,4+0,1j) л/с, если располагаемый напор H = (3,4+0,15j) м. Эквивалентная шероховатость стенок трубы 0,15 мм.
Указание. Для ряда значений d и заданного Q определяется ряд значений потребного напора Hп. Затем строится график Hп = f(d) и по заданному H определяется d.
58. При внезапном расширении трубопровода (рис. 36) скорость жидкости в трубе большего диаметра равна ν = (2+0,5j) м/с. Отношение диаметров труб D/d = 2. Определить h – разность показаний пьезометров.
59. На поршень диаметром D = (200+10j) мм действует сила F = (4+0,05j) * 104 H (рис. 37). Определить скорость движения поршня, если в цилиндре находится вода, диаметр отверстия в поршне d = 10 мм, толщина поршня b = 25 мм. Силой трения поршня о цилиндр пренебречь, давление жидкости на верхнюю плоскость поршня не учитывать.
60. По трубопроводу внутренним диаметром d = 12 мм и длиной L = (650+10j) м движется жидкость (рис. 38). Какова разность уровней H, при которой происходит окончание ламинарного режима движения? Местные потери напора не учитывать. Температура воды равна 20 оС.
61. Для отвода воды необходимо под проезжей частью дороги проложить железобетонный дюкер (рис. 39). Внутренний диаметр дюкера d = 0,5 м, его длина L = (14,0+0,2j) м, разность уровней H = (0,1+0,02j) м. Определить объемный расход жидкости Q. Коэффициенты местных сопротивлений (поворотов) принять равными 0,2. Температура воды t = 15 оС. Высота шероховатости стенок дюкера ∆ = 1 мм.
Рисунки к задачам 56…65
62. В центре днища бака расположено отверстие диаметром d = 3 см. Глубина воды в баке h = (0,8+0,1j) м. Определить расход жидкости из отверстия, если давление на поверхности воды ро = 1 бар, а также, если давление ро = (1,0+0,2j) бар (рис. 40).
63. Через отверстие с острой кромкой, сделанное в центре торца патрубка диаметром D = 20 см, истекает жидкость с объемным расходом Q = (40+2j) л/с. Диаметр отверстия d = 0,1 м. Определить избыточное давление жидкости во внутренней полости патрубка.
64. Через цилиндрический насадок истекает вода в количестве Q = (5,5+0,1j) л/с. Диаметр насадка d = (3,0+0,1j) см, длина L = 5d. Определить глубину погружения H (рис. 41) центра насадка, среднюю скорость νс и давление рс в насадке (в сжатом сечении).
65. Через отверстие в тонкой стенке истекает вода в бак, имеющий объем внутренней полости W = (1,5+0,1j) м3. Площадь отверстия равна (15+0,1j) см2. Напор над центром отверстия H = (0,9+0,05j) м. Определить: а) время t наполнения бака; б) при каком напоре H2 бак наполнится в 2 раза быстрее (рис. 42).
66. В теле железобетонной плотины проектируется водоспуск в виде трубы длиной L = 5 м (рис. 43). Центр водоспуска погружен под уровень свободной поверхности на глубину H1 = (6,3+0,2j) м. Разность отметок уровней воды в верхнем и нижнем бьефах плотины H2 = (12,0+0,2j) м. Скорость подхода воды к плотине равна ν = 0,3 м/с. Определить диаметр d водоспуска, если расход Q = (11,8+0,1j) м3/с.
67. Вода истекает через отверстие в дне бака (рис. 44). Диаметр отверстия d = (25+0,05j) мм, расход Q = (4+0,5j) л/с.Определить величину постоянного напора истечения H. Как изменится расход, если к отверстию с внешней стороны приварить цилиндрический патрубок длиной 100 мм?
68. По трубе диаметром d = 50 мм протекает вода с температурой 30 оС. Шероховатость стенок трубы ∆ = (0,1+0,01j) мм, а объемный расход Q = (2+0,5j) л/с. Установить режим движения, область гидравлического сопротивления и определить величину коэффициента гидравлического трения λ.
69. Из резервуара А животноводческого помещения сточные воды перекачиваются центробежным насосом по трубопроводу в общий резервуар – накопитель В, где они проходят биологическую очистку (рис. 45). Перепад горизонтов в резервуарах А и В составляет ∆z = (1.4+0.1j) м. Всасывающий трубопровод имеет внутренний диаметр d1 = 150 мм и длину L1 = (8,0+0,5j) м, а нагнетающий соответственно d2 = 130 мм и L2 = (130+2j) м. Объемный расход равен Q = 25 л/с. Принять, что коэффициенты гидравлического трения всасывающего трубопровода равен λ1 = 0,04, а нагнетательного λ2 = 0,031; суммы коэффициентов местных сопротивлений соответственно равны 5,6 и 8,4. Выбрать типоразмер насосного агрегата и определить мощность на валу насоса и приводящего его в работу электродвигателя.
70. Для подъема воды из источника водоснабжения в напорный резервуар (рис. 46) требуется подобрать центробежный насос и определить мощность на валу насоса. Отметка уровня воды в источнике водоснабжения (30+0,5j) м, а отметка уровня воды в напорном резервуаре (80-0,5j) м. Расход воды равен Q = (25+j) м. Длина всасывающего трубопровода L1 = (8+0,2j) м, а его внутренний диаметр d1 = 125 мм, у напорного трубопровода L2 = (180+2j) м и d2 = 125 мм. Местные потери напора принять во всасывающем трубопроводе 100%, а в напорном – 5% от потерь по длине. Эквивалентную шероховатость труб принять равной 0,02 мм, а температуру воды t = 10 оС; Коэффициент полезного действия насоса η = 0,7.
Гидравлический удар в трубопроводах
71. Горизонтальная труба служит для отвода жидкости в количестве Q = (0,2+0,1j) л/с из большого открытого резервуара. Свободный конец трубы снабжен краном. Определить ударное повышение давления в трубе перед
Рисунки к задачам 66…70
краном, если наружный диаметр трубы d = 28 мм, длина L = (20+10j) м, толщина стенки δ = (2+0,05j) мм, материал стенки сталь. Время закрытия крана tзакр = (0,2+0,01j) с. Жидкость – вода.
72. Жидкость в количестве Q = (0,34+0,02j) м3/мин перекачивается по чугунной трубе диаметром d = 50 мм, длиной L = (1000+100j) м с толщиной стенки δ = (7,0+0,1j) мм. Свободный конец трубы снабжен затвором. Определить время закрытия затвора при условии, чтобы повышение давления в трубе вследствие гидравлического удара не превышало ∆р = 10 ат. Как повысится давление при мгновенном закрытии затвора? Жидкость – авиационный бензин.
73. Определить время закрытия задвижки, установленной на свободном конце стального трубопровода внутренним диаметром d = 150 мм, длиной L = (1500+50j) м с толщиной стенки δ = 8 мм, при условии, чтобы максимальное повышение давления было в три раза меньше, чем при мгновенном закрытии задвижки. Через сколько времени после мгновенного закрытия задвижки повышение давления распространится до сечения, находящегося на расстоянии 0,7 L от задвижки?
74. Жидкость поступает из бака в трубопровод, имеющий внутренний диаметр d = 100мм, толщину стенки δ = 4,5 мм, длину L =(800+20j) м и движется в нем равномерно. Расход равен Q = (18+2j) л/с, давление перед затвором, установленным на конце трубопровода, равно (0,15+0,5j) МПа. Определить ударное повышение давления и напряжение в стенке трубы перед затвором при закрытии последнего в течении заданного времени tзакр = 0,5 с. Жидкость - вода, материал трубы – легированная сталь.
75. По трубопроводу длиной L = (500+10j) м протекает вода со скоростью равной (1+0,5j) м/с. Труба полиэтиленовая с внутренним диаметром
305 мм и толщиной стенки 10 мм. Определить величину ударного повышения давления в трубопроводе, если он перекрыт за 0,2 с.
76. Стальной трубопровод внутренним диаметром 800 мм, толщиной стенки 10мм, длиной (800+50j) м пропускает расход воды Q = (1,5+0,1j) м3/с. Давление на стенки при нормальной эксплуатации трубопровода составляет (450+20j) кПа. Выяснить, достаточна ли прочность стенок трубопровода при его закрытии за время tзакр = (0,2+0,2j) с, если допускаемое напряжение 160 МПа.
77. Определить толщину стенок стального трубопровода, чтобы напряжение в них от дополнительного давления при мгновенном закрытии затвора не превышало 160 МПа. Внутренний диаметр трубопровода 305 мм, расход воды Q = (0,8+0,1j) м3/с.
78. Напорный чугунный трубопровод длиной L = (900+50j) м, диаметром 300 мм пропускает расход воды Q = (200+10j) м3/ч. При нормальной работе давление у затвора равно (130+5j) кПа. Определить время перекрытия трубопровода из условия, чтобы дополнительное давление ∆р у затвора не превышало первоначального.
79. Определить время перекрытия стального трубопровода длиной L = (420+40j) м, по которому протекает вода со скоростью равной (1,2+0,2j) м/с, чтобы повышение давления у задвижки не превышало (200+10j) кПа.
80. Определить скорость распространения ударной волны и ударное повышение давления при мгновенном закрытии задвижки, если внутренний диаметр чугунного трубопровода 250 мм, толщина стенки
11 мм, а скорость движения воды (1,0+0,1j) м/с.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Таблица П. 1 - Плотность некоторых жидкостей
| Жидкость | Температура, оС | Плотность ρ, кг/м3 |
| Пресная вода | 999,73 | |
| Морская вода | 1020 - 1030 | |
| Дистиллированная вода | 992,215 | |
| Ртуть | ||
| Нефть натуральная | 700-900 | |
| Керосин | 790-820 | |
| Дизельное топливо |
Таблица П. 2 - Плотность пресной воды при разных температурах
(при атмосферном давлении)
| t, оС | ρ, кг/м3 | t, оС | ρ, кг/м3 | t, оС | ρ, кг/м3 |
| 999,87 | 992,24 | 977,81 | |||
| 990,25 | 971,83 | ||||
| 999,73 | 988,07 | 968,65 | |||
| 998,23 | 985,73 | 965,34 | |||
| 995,67 | 983,24 | 959,09 |
Таблица П. 3 - Среднее значение объемного модуля упругости Е воды
в зависимости от температуры
| t , оС | ||||
| Е, 108, Н/м2 | 19,52 | 20,30 | 21,08 | 21,48 |
Таблица П. 4 - Значение коэффициента объемного сжатия βр воды в функции
от температуры и давления
| t , оС | βр * 1010, Па-1 при давлениях в Па | ||||
| 5 *105 | 10* 105 | 20 * 105 | 39 * 105 | 78 * 105 | |
| 5,40 | 5,37 | 5,31 | 5,23 | 5,15 | |
| 5,29 | 5,23 | 5,18 | 5,08 | 4,93 | |
| 5,23 | 5,18 | 5,08 | 4,98 | 4,81 | |
| 5,18 | 5,10 | 5,03 | 4,88 | 4,70 | |
| 5,15 | 5,05 | 4,95 | 4,81 | 4,60 |
Таблица П. 5 - Значение коэффициента объемного температурного расширения βт воды в функции от температуры и давления
| t , оС | βт,, 10-6, К-1 при давлениях в Па | |||
| 1 * 105 | 10 * 105 | 20 * 105 | 50 * 105 | |
| 1-10 | ||||
| 10-20 | ||||
| 40-50 | ||||
| 60-70 | ||||
| 90-100 | - |
Таблица П. 6 - Значение кинематического коэффициента вязкости ν
некоторых жидкостей при температуре 20 оС
| Жидкость | ν, 10-6, м2/с | Жидкость | ν, 10-6, м2/с |
| Вода пресная | 1,01 | Масло льняное | |
| Глицерин безводный | 4,10 | Масло минеральное | 313-1450 |
| Дизельное топливо | 5,0 | Ртуть | 0,11 |
Таблица П. 7 - Трубы стальные бесшовные холоднодеформированные
| Наружный диаметр, мм | Толщина стенки, мм | Наружный диаметр, мм | Толщина стенки, мм | Наружный диаметр, мм | Толщина стенки, мм |
| 0,3…1,5 | 25…28 | 0,4…7,0 | 1,6…22 | ||
| 0,3…2,0 | 30…36 | 0,4…8,0 | 1,8…22 | ||
| 7…9 | 0,3…2,5 | 38; 40 | 0,4…9,0 | 2,0....22 | |
| 10…12 | 0,3…3,5 | 1,0…9,0 | 2,0…24 | ||
| 13…15 | 0,3…4,0 | 45; 48 | 1,0…10 | 2,0…24 | |
| 16…19 | 0,3…5,0 | 50…76 | 1,0…12 | 2,8…24 | |
| 0,3…6,0 | 80…95 | 1,2…12 | 200..220 | 3,0…24 | |
| 21…23 | 0,4…6,0 | 100…108 | 1,5…18 | 4,5…24 | |
| 0,4…6,5 | 110…130 | 1,5…22 | 4,5…24 |
В указанных пределах диаметр брать из ряда: 7; 8; 9; 10; 11; 12; 13; 14; 15; 16; 17; 18; 19; 21; 22; 23; 25; 26; 27; 28; 30; 32; 34; 35; 36; 38; 40; 50; 51; 53; 54; 56; 57; 60; 63; 65; 68; 70; 73; 75; 76; 80; 83; 85; 89; 90; 95; 100; 102; 108; 110; 120; 130; 200; 210; 220 мм.
Толщину стенки - из ряда: 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,5; 1,6; 1,8; 2,0; 2,2; 2,5; 2,8; 3,0; 3,2; 3,5; 4,0; 4,5; 5,0; 5,5; 6,0; 6,5; 7,0; 7,5; 8,0; 8,5; 9,0; 9,5; 10,0; 11; 12; 14; 16; 18; 20; 22; 24 мм.
Таблица П. 8 - Трубы стальные бесшовные горячедеформированные
| Наружный диаметр, мм | Толщина стенки, мм | Наружный диаметр, мм | Толщина стенки, мм |
| 25…40 | 2,5…4,0 | 4…30 | |
| 2,5…5,0 | 4…32 | ||
| 2,5…5,5 | 140…159 | 4,5…36 | |
| 3…11 | 168…194 | 5…45 | |
| 3…12 | 203; 219 | 6…50 | |
| 60; 63,5 | 3…14 | 245; 273 | 7…50 |
| 68; 70 | 3…16 | 299; 351 | 8…75 |
| 73; 76 | 3…18 | 377…426 | 9…75 |
| 3,5…18 | 16…75 | ||
| 89…102 | 3,5…22 | 480…530 | 25…75 |
| 108…121 | 4…28 |
В указанных пределах диаметр брать из ряда: 25; 28; 32; 38; 42; 89; 95; 102; 108; 114; 121; 140; 146; 152; 159; 168; 180; 194; 299; 325; 351; 377; 402; 426; 480; 500; 530 мм.
Толщину стенки – из ряда: 2,5; 2,8; 3,0; 3,5; 4,0; 4,5; 5,0; 5,5; 6;7; 8;9; 10; 11; 12; 14; 16; 18; 20; 22; 25; 28; 30; 32; 36; 40; 45; 50; 56; 60; 63; 65; 70; 75 мм.
Таблица П. 9 - Численные величины эквивалентной шероховатости
| Трубы, их материал и состояние | ∆ экв, мм | Трубы, их материал и состояние | ∆ экв, мм |
| Цельнотянутые трубы - новые технические гладкие из стекла, латуни, меди - то же из алюминия - стальные новые - стальные после нескольких лет эксплуатации, битумизированые Стальные сварные трубы - новые - бывшие в эксплуатации - умеренно заржавленные - сильно заржавленные Клепанные стальные трубы - покрытые изнутри лаком с хорошим состоянием поверхности - внутри просмоленные - поверхность труб в плохом состоянии, неравномерное перекрытие соединений Оцинкованные стальные трубы - новые чистые - из листовой стали, новые - то же, бывшие в эксплуатации | 0,0015...0,010,015…0,06 0,02…0,05 0,15…0,3 0,04…0,1 0,1…0,15 0,3…0,7 2…4 0,3…0,4 1,2…1,3 ≥ 5 0,07…0,15 0,15 0,18 | Чугунные трубы - новые чистые - новые, битумизированные - асфальтированные - бывшие в эксплуатации - со значительными отложениями - очищенные, после нескольких лет эксплуатации - сильно корродированные Бетонные и другие трубы - бетонные, хорошая поверхность с затиркой - то же, при среднем качестве работ; железобетонные - то же при грубой шероховатой поверхности - асбестоцементные, новые - то же, бывшие в эксплуатации - деревянные лотки из строганых досок - то же, из не строганых досок - керамические - рукава и шланги резиновые | 0,25…1 0,15 0,12…0,3 1…1,5 2…4 0,3…1,5 0,3 0,3…0,8 2,5 3…9 0,05…0,1 0,6 0,5…8 0,8…10 1,25 0,03 |
Таблица П.10
Коэффициенты местных сопротивлений
| Схема местного сопротивления | Коэффициент местного сопротивления | ||||||||||||||||||||||||
Выход из трубы в резервуар под уровень  |   | ||||||||||||||||||||||||
Вход в трубу из резервуара  | - при острых кромках  = 0,50; - при закругленных кромках и плавном входе = 0,20; - при весьма плавном входе = 0,05 | ||||||||||||||||||||||||
Диафрагма в трубопроводе  |   | ||||||||||||||||||||||||
Резкий поворот (колено) круглой трубы  |
| ||||||||||||||||||||||||
Плавный поворот трубы на угол Ө  | 
|
Продолжение таблицы П.10
Простая задвижка, перекрывающая трубу 
|
| ||||||||||||||||||||||
Дисковый (дроссельный) затвор  |
| ||||||||||||||||||||||
Кран  |
| ||||||||||||||||||||||
| Вентили имеют коэффициенты местного сопротивления в зависимости от их конструкции | - для вентилей с прямым затвором ξ в.п. = 2…5; - для вентилей с косым затвором ξ в.к. = 0,4…2 | ||||||||||||||||||||||
О Наши рекомендации |