РЕКОМЕНДАЦИИ ПО решению задач. Гидравлические расчеты

Б3.Б.8.1 ГИДРАВЛИКА

Гидравлические расчеты

Методические указания

к выполнению курсовой работы

по гидравлике

для студентов заочного отделения

Уфа 2014

УДК 378.147628.1

ББК 74. 58+38.774

А 53

Рекомендовано к изданию методической комиссией факультета природопользования и строительства (протокол №2 от 05.10. 2014 г.)

Составитель: профессор Алмаев Р.А., доцент Хасанова Л.М.

Рецензент: доцент Хафизов А.Р.

Ответственный за выпуск: заведующий кафедрой природообустройства, строительства и гидравлики Мустафин Р.Ф.

г. Уфа, БГАУ, кафедра природообустройства, строительства и гидравлики

ВВЕДЕНИЕ

Курсовая работа по общей гидравлике включает 5 задач по основным разделам курса.

Используя рекомендуемую учебную литературу, следует проработать соответствующий теоретический материал, уяснить общую методику расчета, физический смысл и условия применения расчетных уравнений и формул. Ход решения задач должен иллюстрироваться расчетными схемами и сопровождаться краткими пояснениями. В тексте работы необходимо использовать только общепринятые обозначения физических величин и сокращения слов. Формулы, значения коэффициентов и табличных функций даются со ссылкой на литературный источник. Во избежание ошибок подстановка в формулу числовых значений величин выполняется в порядке ее написания и в одной системе единиц измерения. Расчеты следует выполнять в системе СИ. Графические материалы (схемы, графики) оформляются в соответствии с требованиями ГОСТ.

На каждой странице текста курсовой работы следует предусмотреть поля для замечаний преподавателя.

При доработке курсовой работы следует внимательно ознакомиться с замечаниями и рекомендациями преподавателя и внести необходимые исправления. Уточненное решение задачи оформляется на отдельном листе, который затем подклеивается к соответствующей странице текста.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПО решению задач

1.1 Тема: “Сила давления жидкости на плоские и криволинейные поверхности”

Рассматривается воздействие воды на плоскую стенку и цилиндрическую поверхности. По исходным данным требуется определить величины сил давления и точки их приложения.

При аналитическом решении величина силы давления на плоскую поверхность для случая одностороннего воздействия жидкости определяется по формуле:

Р=р_сw, (1)

гдер_с - давление в центре тяжести рассматриваемой фигуры;

w - площадь смоченной поверхности фигуры.

Глубина погружения точки приложения силы (центра давления):

h_g=h_c+ J₀/h_cw, (2)

где h_с - глубина погружения центра тяжести площади w;

J₀- центральный момент инерции площади w.

Координаты центра тяжести плоских фигур и моменты инерции J₀ приведены в литературе /2,5/.

При графо-аналитическом решении задачи по расчетным данным в принятых масштабах длины и давления строится эпюра (при двустороннем воздействии - эпюры) давления на рассматриваемую поверхность. Величина силы давления будет числено равна объему эпюры. Линия действия силы проходит через центр тяжести эпюры.

Силу давления жидкости на криволинейную поверхность определяют так:

а) находят горизонтальную составляющую:

Р_х=р_сw_z, (3)

где р_с - давление в центре тяжести вертикальной проекции криволинейной поверхности;

w_z - площадь вертикальной проекции;

При воздействии жидкости на поверхность с двух сторон результирующая горизонтальных сил будет равна их разности и направлена в сторону большей силы. Точку приложения результирующей силы можно найти, применив теорему механики о моменте равнодействующей.

б) определяют вертикальную составляющую:

Р_z = gW_тд, (4)

где g - удельный вес жидкости;

W_тд - объем тела давления;

Для открытой системы (р₀=р_ат) площадь тела давления ограничивается цилиндрической поверхностью, вертикальными плоскостями, проведенными через ее граничные точки, и горизонтом жидкости.

в) вычисляют равнодействующую силу:

Р = ÖР² _х+ Р² _z. (5)

г) находят центр давления и вычисляют его координаты.

Для цилиндрической поверхности линия действия силы Р проходит через центр окружности.

Направление силы определяется углом j:

tgf=Р_х/Р_z..

Координаты центра давления х и z можно найти из уравнения окружности

х²+z² = r².

1.2 Тема: “Применение уравнения Бернулли. Расчет простых коротких трубопроводов”

Рассматривается движение жидкости в составном трубопроводе с питанием из напорного резервуара. По исходным данным требуется определить потребный напор или расход воды. По результатам расчета построить график напоров.

При решении задачи следует применить уравнение Бернулли и привести вывод расчетного выражения для напора Н или расхода Q (в зависимости от условия задачи).

Общая схема применения уравнения Бернулли /2,3/:

1) на расчетной схеме намечают два сечения (1-1 и 2-2) так, чтобы в них по возможности были известны давление и скорость;

2) проводят горизонтальную плоскость сравнения 0-0. Целесообразно провести ее через центр тяжести ниже расположенного сечения;

3) записывают уравнение Бернулли в общем виде и с учетом выбранных сечений находят значения z, р и u в каждом сечении;

4) подставляют найденные значения z,р,u в исходное уравнение и решают его относительно напора Н.

При решении задачи на определение напора по исходным данным находят последовательно скорость u, режим течения (по числу Rе), коэффициент гидравлического трения l и коэффициенты местных сопротивлений z_м, потери напора.

При определении расхода Q, полученное из уравнения Бернулли выражение для Н, дополняют уравнениями потерь напора и баланса расхода и совместно решают систему уравнений относительно u. Расчет ведут методом последовательных приближений. В первом приближении задаются квадратичной областью сопротивления турбулентного режима и определяют l без учета числа Рейнольдса. По найденной u уточняют режим, вычисляют l и скорость u во втором приближении. При необходимости выполняют третье приближение.

Задача на определение диаметра решается по уравнению напора Н методом подбора. Задаются рядом значений d (не менее 4-5) и вычисляют соответствующие значения Н. По результатам расчета строится график зависимости Н=¦(d), из которого по заданному Н_зад находят искомое значение d_иск.

Для построения напорной и пьезометрической линий между сечениями 1-1 и 2-2 на трубопроводе дополнительно намечают ряд сечений (в характерных местах потока: в зоне расположения местных сопротивлений, на границах прямолинейных участков). На уровне полного напора в сечении 1-1 проводят горизонтальную исходную напорную плоскость и вниз от нее последовательно откладывают потери напора. Соединив полученные точки, получают напорную линию. Пьезометрическая линия проводится ниже на величину скоростного напора.

График строится на миллиметровой бумаге в масштабе, обеспечивающем наглядность изображения. На числовой оси Н (в м) наносится равномерная шкала.

1.3 Тема: “Истечение жидкости через отверстия и насадки”