По ОП.05 Основы гидравлики и теплотехники

ВОПРОСЫ и ЗАДАЧИ к ЭКЗАМЕНУ

1. Сформулируйте определение жидкости, назовите и охарактеризуйте ее основные свойства.

2. В чем состоит физический смысл динамической и кинематической вязкости жидкости? В каких единицах измеряются эти величины? От каких параметров зависит вязкость жидкости?

3. Сформулируйте закон Ньютона о силе внутреннего трения в жидкости.

4. Что такое «ньютоновские» и аномальные жидкости? Назовите виды неньютоновских жидкостей.

5. Поясните смысловое содержание понятия гидростатического давления. От чего оно зависит и в каких единицах измеряется?

6. Запишите основное уравнение гидростатики и поясните его смысловое содержание.

7. Опишите физический смысл закона Паскаля и его связь с основным уравнением гидростатики.

8. Поясните разницу между абсолютным, относительным и избыточным давлением в жидкости. Может ли абсолютное давление быть отрицательным?

9. Дайте определение закона Архимеда для тел, погруженных в жидкость.

10. Дайте определение и поясните суть понятий: установившееся и неустановившееся движение жидкости; равномерное и неравномерное движение жидкости; живое сечение потока жидкости,

11. Дайте определение и поясните суть понятий расхода и средней скорости жидкости.

12. Какая взаимосвязь существует между расходом жидкости, перемещающейся по трубе или каналу, и скоростью потока?

13. Опишите физическую суть уравнения Бернулли для элементарной струйки идеальной жидкости, и поясните смысловое содержание всех слагаемых этого уравнения.

14. Опишите геометрический и энергетический смысл уравнения Бернулли для элементарной струйки идеальной жидкости.

15. Опишите физическую суть уравнения Бернулли для элементарной струйки реальной жидкости, и поясните смысловое содержание всех слагаемых этого уравнения

16. Дайте определение и поясните физический смысл понятиям «гидравлическое сопротивление» и «потери напора». Какие виды гидравлических сопротивлений существуют?

17. Формула Вейсбаха для определения потерь напора на местных сопротивлениях записывается в виде: h_i = ξ_i v²/2g. Поясните физический смысл каждого из сомножителей данной формулы и охарактеризуйте их влияние на величину потерь напора.

18. Поясните разницу между понятиями «длинный трубопровод» и «короткий трубопровод». Какая формула лежит в основе расчета длинных трубопроводов и какие зависимости она устанавливает?

19. Формула Дарси-Вейсбаха, применяемая для определения гидравлических потерь при расчете длинных трубопроводов, записывается так: h_i = λ×l/4R×v²/2g

20. Поясните физический смысл величин, входящих в формулу, и охарактеризуйте их влияние на величину гидравлических потерь в трубопроводе.

21. Чем отличается ламинарный режим движения жидкости от турбулентного? Поясните физический смысл числа Рейнольдса и укажите, от каких параметров потока он зависит.

22. Раскройте физический смысл понятия гидравлического удара. От каких параметров жидкости и потока зависит величина повышения давления при гидравлическом ударе.

23. Чем отличаются динамические насосы от объемных? Назовите достоинства и недостатки? Какие типы гидравлических насосов нашли наиболее широкое применение в промышленности и технике?

24. Перечислите основные рабочие параметры гидронасосов и охарактеризуйте их.

25. Раскройте физический смысл понятий «термодинамический процесс» и «удельная теплоемкость газов».

26. Сформулируйте первый закон термодинамики и раскройте его физический смысл.

27. Раскройте физический смысл второго закона термодинамики.

28. Перечислите основные термодинамические процессы и охарактеризуйте их.

29. Виды поршневых насосов. Их теоретическая мощность и его КПД.

30. Устройство и принцип действия центробежных насосов.

31. Общие сведения о нагнетателях. Классификация насосов и принципы их действия.

32. Основы теплотехники. Общие понятия и определения.

33. Вентиляторы. Типы вентиляторов и их назначение.

34. Классификация трубопроводов: простые, разветвленные, сложные. Расчетное уравнение простого водопровода.

35. Устройство и принцип действия шестеренчатых насосов. Основные характеристики насосов.

36. Классификация трубопроводов: простые, разветвленные, сложные. Расчетное уравнение простого водопровода.

37. Устройство и принцип действия поршневых насосов. Всасывающее действие насоса.

38. Сравнение центробежных и поршневых насосов. Их основные достоинства и недостатки.

39. Влияние числа оборотов на работу центробежного насоса и его характеристика.

40. Основные параметры состояния газа. Основные параметры состояния газа.

41. Компрессор. Принцип работы поршневого компрессора

42. Сравнение центробежных и поршневых насосов. Их основные достоинства и недостатки.

43. Теплоемкость. Количество теплоты.

44. Принцип работы двигателя внутреннего сгорания, его рабочие процессы.

45. Гидро- и пневмотранспорт в сельском хозяйстве.

46. Теплотехника. Основные понятия и определения.

47. Принцип работы отопления и горячего водоснабжения.

48. Котельные установки. Устройство и работа котла.

49. Сушка и хранение с/х продукции.

50. Назначение компрессоров и компрессорных установок.

51. Назначение и устройство пневматического и пневмогидравлического привода. Область применения.

52. Водяной пар. Основный понятия.

53. Опишите идеальный цикл Карно.

54. Холодильные установки в сельском хозяйстве.

ЗАДАЧИ

Решить задачу. В отопительный котел поступает вода в объеме V = 50 м³ при температуре t = 70˚ С. Коэффициент температурного расширения воды β = 0,00064 1/град.

Сколько кубометров воды ΔV будет выходить из котла, если его нагреть до температуры t₁ = 90˚ С?

Решить задачу. В отопительной системе (котел, нагреватели и трубопроводы) жилого дома вмещается V = 0,4 м³ воды. Сколько воды войдет в расширитель при нагревании системы от 20 до 90˚ С?

Справочные данные:

плотность воды при температуре 20˚ С: ρ₂₀ = 998 кг/м³;

плотность воды при температуре 90˚ С: ρ₉₀ = 965 кг/м³.

Решить задачу. Медный шар диаметром d = 100 мм весит в воздухе G₁ = 45,7 Н, а при погружении в жидкость его вес стал равен G₂ = 40,6 Н. Определить плотность жидкости.

Решить задачу. Определить избыточное давление в забое скважины глубиной h = 85 м, которая заполнена глинистым раствором плотностью ρ = 1250 кг/м³.

Решить задачу. Водолазы при подъеме затонувшего судна работали в море на глубине h = 50 м. Определите давление воды на этой глубине и силу давления на скафандр водолаза, если площадь поверхности S скафандра равна 2,5 м². Атмосферное давление считать равным p₀ = 1,013×10⁵ Па, плотность воды ρ = 1000 кг/м³.

Решить задачу. Баржу, имеющую форму параллелепипеда, загрузили песком в количестве 18 тонн. Ее осадка h₀ (глубина погружения) составила h₀ = 0,5 м. Определить массу пустой баржи, если ее размеры: длина l = 12 м; ширина b = 4 м; высота бортов h = 1 м.

Плотность воды принять равной 1000 кг/м³.

Решить задачу. Определить скорость перемещения поршня в гидроцилиндре, если диаметр поршня равен

d = 0,2 м, а объемная подача жидкости из напорной магистрали Q = 0,01 м³/с.

Какое усилие можно получить на штоке поршня, если давление p в системе равно

2 МПа? Потери на трение и объемные потери не учитывать.

Решить задачу. После сжатия воды в цилиндре под поршнем давление в ней увеличилось на 3 кПа. Необходимо определить конечный объем V₂ воды в цилиндре, если ее первоначальный объем составлял V₁ = 2,55 л. Коэффициент объемного сжатия воды β_V = 4,75 · 10^-10 Па^-1.

Решить задачу. Баркас изготовлен в форме параллелепипеда шириной b = 1 м, длиной l = 3 м, высота бортов h = 0,3 м.

Определить, сколько человек могут разместиться в баркасе, не потопив его.

Средняя масса человека m_ч = 70 кг, плотность воды ρ = 1000 кг/м³.

Решить задачу. Определить скорость движения жидкости в подводящей линии и скорость поршня, если известны: диаметр трубопровода d= 0,012 м; диаметр поршня D = 0,07 м; подача насоса Q = 1,7х10^-3 м^3/с. Потери напора в местных сопротивлениях не учитывать.

.

Решить задачу. Определить расход жидкости, вытесняемой из штоковой области и скорость движения жидкости в отводящей линии, если известны: скорость поршня v_П = 0,44 м/с.;диаметр трубопровода d= 0,012 м; диаметр поршня D = 0,07 м; Потери напора в местных сопротивлениях не учитывать.

Решить задачу. Определить режимы движения рабочей жидкости в питающей и отводящей линии изображенного на схеме гидропривода.

Исходные данные: Скорость движения жидкости в питающей линии

v₁ = 15,04 м/с, скорость движения жидкости в отводящей линии v₂ = 10,08 м/с, вязкость жидкости v = 0,5×10^-4, диаметр трубопроводов d = 0,012 м. Критическое число Рейнольдса для рабочей жидкости равноRe_кр=2320Потери напора в местных сопротивлениях и трубопроводах не учитывать.

Решить задачу. Для переправы грузов через реку построен плот из 25 штук пустых железных бочек. Размеры бочек: диаметр d = 0,8 м, высота h = 1,3 м. Масса одной бочки m = 50 кг. Определить грузоподъемность плота М_max при условии его полного погружения.

Плотность воды принять равной ρ = 1000 кг/м³.

Решить задачу. Вода вытекает через отверстие в тонкой стенке в бак, имеющий объем V = 1,90 м². Площадь отверстия S = 20 см². Напор над центром отверстия Н₁ = 0,90 м является постоянным. Коэффициент расхода отверстия μ_S = 0,62. Определить время t наполнения бака водой

Решить задачу. Определить режим движения нефти в трубопроводе диаметром d = 400 мм при скорости движения v = 0,13 м/с. Кинематическая вязкость нефти v = 0,3×10^-4 м²/с, критерий Рейнольдса для нефти, определяющий переход от ламинарного движения к турбулентному Re_КР = 2000…2300.

Решить задачу. Из небольшого отверстия, проделанного в тонкой стенке бака, вытекает струя воды. Центр сечения отверстия расположен на 1,5 м ниже постоянно поддерживаемого уровня воды в баке. Определить скорость истечения воды из отверстия, если коэффициент расхода равен μ_S = 0,6.

Решить задачу. При частоте вращения вала 1000 мин^-1 центробежный насос потребляет 4 кВт энергии, подает 20 литров воды в секунду под напором 10 метров. Определить, как изменятся рабочие параметры насоса, если частоту вращения вала увеличить до 3000 мин^-1.

Решить задачу. Определите, какова объемная подача двухцилиндрового поршневого насоса, если диаметр его поршней d = 0,1 м, рабочий ход поршней l = 0,1 м, частота вращения вала приводного электродвигателя n = 960 мин^-1. Объемные потери не учитывать.

Решить задачу. Определите массу кислорода в баллоне емкостью V = 0,075 м³ при давлении p = 9,8 МПа и температуре 20 ˚С.

Молекулярная масса кислорода μ= 32, газовая постоянная R₀= 8310 Дж/(кмоль×К).

Решить задачу. Кислородный баллон объемом V = 70 л заправлен до давления p₁ = 9,8 МПа и хранится на открытом воздухе при температуре -7 ˚С.

Определите, каково будет давление p₂ газа в баллоне, если его перенести в теплое помещение с температурой 27 ˚C.

Решить задачу. Определите, какую мощность должен иметь электродвигатель привода водяного насоса, если насос при подаче Q = 0,05 м³/с создает напор Н = 40 м, а его полный КПД η = 0,6. Плотность воды принять равной ρ = 1000 кг/м³.

Решить задачу. Привод водяного насоса обеспечивает частоту вращения его вала n₁ = 15 с^-1, при этом подача насоса составляет Q₁ = 0,01 м³/с, а напор H₁ = 20 м. Определите, какова должна быть частота вращения вала насоса, если потребуется увеличить его напор до 80 м.

Как изменится при этом подача насоса?

Решить задачу. В дне бака высотой H = 4 м проделано отверстие площадью S = 4 см². Бак наполнен водой доверху, при этом уровень воды поддерживается постоянным благодаря пополнению из водопровода. Определите, какую подачу воды должен обеспечить водопровод, чтобы ее уровень в баке оставался неизменным. Коэффициент расхода отверстия равен μ_S = 0,6.

Решить задачу. Углекислый газ в количестве M = 8 кг при давлении p₁ = 245 кПа и температуре 293 К подвергается изотермическому сжатию, в результате чего его объем V₁ уменьшился в 1,5 раза. Определить конечные параметры газа – его давление, температуру и объем. Справочные данные: Молекулярная масса углекислого газа μ= 44,

универсальная газовая постоянная R₀= 8310 Дж/(кмоль×К).

Решить задачу. Определить диаметр поршней d аксиально-поршневого насоса, если известны параметры: диаметр окружности, на которой размещены поршни D = 80 мм; количество поршней в насосе z = 6; угол наклона диска (шайбы насоса) к оси цилиндров γ = 45˚; подача насоса Q равна 0,001 м³/с при частоте вращения вала n = 50 с^-1.

Решить задачу. Вода вытекает из бака через конический сходящийся насадок с минимальным пропускным сечением S = 2 см² в ведро емкостью V = 10 л. Коэффициент расхода насадка μ_S = 0,96.

Уровень воды в баке поддерживается постоянным от водопроводной сети. Центр сечения насадка расположен на глубине H = 1,2 м от поверхности воды в баке. Определить время t заполнения ведра водой.