Гидравлика: Методические указания и контрольные задания для студентов – заочников

ГИДРАВЛИКА

Методические указания и контрольные задания для студентов – заочников.

Северодвинск

ББК

Гидравлика: Методические указания и контрольные задания для студентов – заочников. / Сост. Е.Г. Лебедева – Северодвинск: Севмашвтуз, 2007.- 30с.

Ответственный редактор к.т.н., профессор, зав. кафедрой А.И.Лычаков

Рецензенты:

д.т.н., профессор кафедры «Океанотехника и СЭУ» Севмашвтуза А.А. Пшеницын;   ведущий инженер отдела МТО «Севмаш» - В.В. Шестаков

Методические указания предназначены для студентов заочной формы обучения специальностей 14 12 00, 14 0000 и т.д. и содержат подробный список опорных вопросов по дисциплине «гидравлика» для самостоятельной подготовки, контрольные задания и примеры решения задач по рассматриваемой тематике. Приведен подробный список основной и справочной литературы для самостоятельного изучения.

Методические указания разработаны в помощь студентам - заочникам при самостоятельном изучении лекционного материала, при решении контрольных задач и подготовке к экзамену.

Печатается по решению редакционно-издательского совета Севмашвтуза.

Севмашвтуз, 2007г.

СОДЕРЖАНИЕ.

1.	Пояснительная записка.
2.	Список рекомендуемой литературы.
3.	Содержание отдельных тем и вопросы для самопроверки.
4.	Примеры решений задач.
5.	Контрольные задачи.
6.	Таблицы к выбору заданий и значений.
7.	Вопросы к экзамену и зачету.

Список рекомендуемой литературы.

Основная

1. Гидравлика, гидравлические машины и гидроприводы./ Башта Т.М., Руднв С.С., Некрасов Б.Б. и др. М., 1970.

2. Некрасов Б.Б. Гидравлика и ее применение на летательных аппаратрах, М., «Машиностроение».- 1967.

3. Штеренлихт Д.В. Гидравлика., М. « КолосС»,- 2005.

4. Золотов С.С. Гидравлика судовых систем. Л. «Судостроение», 1970.

5. Сборник задач по машиностроительной гидравлике./под ред. И.И. Куколевского и Л.Г. Подвидза. М., 1974.

6. Задачник по гидравлике, гидрамашинам и гидроприводу./ Под ред. Б.Б. Некрасова, М., « Высшая школа»., 1989.

Дополнительная

1. Башта Т.М. Машиностроительная гидравлика: Справочное пособие, М., 1971.

2. Вильнер Я. М. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам. «Вышейшая школа», 1976.

Пояснительная записка.

В курсе — гидравлика — изучаются законы равно­весия и движения жидкости, рассматриваются способы применения этих законов к решению практических инженерных задач.

При изучении материала по учебнику или конспекту лекций студент должен особое внимание обратить на углубленную проработку основных положений темы (раздела), используя для этой цели опорные пункты, основное предназначение которых — облегчить студенту работу с учебником или конспектом. Опорные пункты каждой темы заканчиваются вопросами для самопроверки, охватывающими наиболее существенные положения учебного материала.

Курс целесообразно изучать последовательно по темам (разделам), руководствуясь программой и методическими указаниями. Сначала следует изучить теоретическую часть раздела, затем решить и проана­лизировать приведенные примеры и задачи с решениями. После этого необходимо ответить на вопросы для само­проверки. Учебный материал можно считать проработанным и усвоен­ным при условии, если студент умеет правильно применить теорию для решения практических задач.

Один из учебников, рекомендуемый в списке учебной литературы, может быть принят в качестве основного. Другие учебники и учебные пособия используют в том случае, если прорабатываемый раздел отсутствует или недостаточно подробно изложен в основном учебнике.

Опорные вопросы.

ТЕМА 1. Основные свойства жидкости.

Определение жидкости. Силы, действующие на жидкость. Давле­ние в жидкости. Сжимаемость. Закон Ньютона для жидкостного трения. Вязкость. Поверхностное натяжение. Давление насыщенного пара жидкости. Растворение газов в жидкости. Модель идеальной жидкости. Неньютоновские жидкости.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ К ТЕМЕ 1.

1. В чем состоит отличие жидкостей от твердых тел и газов? 2. Какова взаимосвязь между плотностью и удельным весом жидкости? Укажите их единицы. 3. Что называется коэффициентом объемного сжатия жидкости? Какова его связь с модулем упругости? 4. Что называется вязкостью жидкости? В чем состоит закон вязкого трения Ньютона? 5. В чем принципиальная разница между силами внутреннего трения в жидкости и силами трения при относительном и перемещении твердых тел? 6. Какова связь между коэффициентами кинематической и динамической вязкости? Укажите их единицы. 7. Укажите свойства реальной жидкости. С какой целью в гидравлике введено понятие об идеальной жидкости? В каких случаях при практических расчетах жидкость можно считать идеальной?

ТЕМА 2. Гидростатика.

Свойства давления в неподвижной жидкости. Уравнение Эйлера равновесия жидкости. Интегрирование уравнения Эйлера. Поверхности равного давления. Свободная поверхность жидкости. Основное уравне­ние гидростатики. Закон Паскаля. Приборы для измерения давления. Силы давления жидкости на плоские и криволинейные стенки. Закон Архимеда. Плавание тел. Относительный покой жидкости.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ К ТЕМЕ 2.

1. Каковы свойства гидростатического давления? 2. Объясните физический смысл величин, входящих в дифференциальные уравнения равновесия жидкости Эйлера. 3. Что такое поверхность равного уровня (давле­ния) и каковы ее форма и уравнение при абсолютном покое жидкости, в случае движения сосуда по горизонтальной плоскости с ускорением, при вращении сосуда вокруг вертикальной оси? 4. Как формулируется закон Паскаля и какова его связь с основным уравнением гидро­статики? 5. Каковы соотношения между абсолютным давлением, избыточным и вакуумом? Что больше: абсолют­ное давление, равное 0,12 МПа, или избыточное, равное 0,06 МПа? 6. Че­му равна пьезометрическая высота (в метрах водяного столба) для атмо­сферного давления? 7. Почему центр давления всегда находится ниже центра тяжести смоченной поверхности наклонной плоской стенки? 8. Сформулируйте закон Архимеда. В каких случаях положение судна будет остойчивым и неостойчивым?

ТЕМА 3. Кинематика и динамика жидкости.

Виды движения жидкости. Основные понятия кинематики жидкости.6 линия тока, трубка тока, элементарная струйка, живое сечение потока, расход. Поток жидкости. Средняя скорость. Уравнение неразрывности. Дифференциальные уравнения движения идеальной жидкости. Уравнения Бернулли для установившегося движения идеальной жидкости. Геометрическая и энергетическая интерпретация уравнения Бернулли. Уравнение Бернулли для реального потока. Коэффициент Кориолиса. Общие сведения о гидравлических потерях. Примеры использования уравнения Бернулли в технике.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ К ТЕМЕ 3.

I. Дайте определение и приведите примеры основных видов движения жидкости: установившегося и неустановившегося, напорного и безнапорного, равномерного и неравномерного, медленно изменяющегося. 2. Что такое линия тока, трубка тока и элементарная струйка? 3. Какое уравнение выражает закон сохранения массы? 4. При каких условиях сохраняется постоянство расход вдоль потока? 5. Укажите физический смысл величин, входящих в диффе­ренциальные уравнения Эйлера гидродинамики. 6. Объясните геомет­рический и физический смысл понятий: уклоны. Может ли быть отрицательным гидравли­ческий уклон? 7. Какие существуют ограничения в применении уравнения Бернулли? 8. К каким выражениям приводится уравнение Бернулли в случаях: а) неподвижной жидкости; б) равномерного движения в горизонтальном трубопроводе; в) истечения жидкости из сосуда через круглое небольшое отверстие. 9. Каковы причины возникновения потерь напора при движении вязкой жидкости? Дайте определение понятию «гидравлические потери, напор».

ТЕМА 4. Режимы движения жидкости и основы теории гидродинамического подобия.

Основы теории гидродинамического подобия. Виды подобия. Условие подобия. Критерии подобия. Числа Фруда, Рейнольдса и т.д. Виды течений жидкости.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ К ТЕМЕ 4 .

1. От каких характеристик потока зависит режим движения жидкости? 2. В чем отличие турбулентного течения от ламинарного? 3. Поясните физический смысл и практическое значение критерия Рейнольдса. 4. Сформулируйте условия гидродинамического подобия потоков и гидравлических машин. 5. Объясните физический смысл критериев Рейнольдса, Фруда, Эйлера. В каких случаях должны приме­няться эти критерии?

ТЕМА 5. Ламинарное течение жидкости.

Ламинарный: режим движения жидкости. Распределение скоростей по сечению круглой трубы при ламинарном течении. Потери напора на трение по длине трубы (формула Пуазейля). Начальный участок потока. Особые случаи ламинарного течения (переменная вязкость).

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ К ТЕМЕ 5.

1. Укажите закон распределения касательных напряжений в цилиндрическом трубопроводе при ламинарном режиме течения. 2. Изобразите эпюру скоростей в цилиндрическом трубопроводе при ламинарном движении жидкости. Каково соотношение между средней и максимальной скоростями? 3. От каких параметров потока зависят потери на трение по длине при ламинарном движении жидкости? 4. Каковы особенности движения жидкости в начальном участке лами­нарного течения? Как определить длину этого участка и потери напора в нем?

ТЕМА 6. Турбулентное течение жидкости.

Особенности турбулентного движения жидкости. Пульсация ско­ростей и давлений. Распределение осредненных скоростей по сечению. Касательные напряжения в турбулентном потоке. Потери напора в трубах. Формула Дарси и коэффициент потерь на трение по длине (коэффициент Дарси). Шероховатость стенок абсолютная и относитель­ная. График Никурадзе. Гидравлически гладкие и шероховатые трубы. Формулы для определения коэффициента Дарси и область их применения.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ К ТЕМЕ 6.

1. В чем отличие турбулентного течения от ламинарного? 2. Чем отличается распределение скоростей в цилиндрическом трубопроводе при ламинарном и турбулентном режимах движения жидкости? При каком режиме имеет место большая неравномерность скоростей и почему? 3. Объясните понятие «гладкие» и «шероховатые» поверхности. Может ли одна и та же труба быть «гидравлически гладкой» и «гидравлически шероховатой»? В каком случае? 4. Объясните основные линии и зоны сопротивления на графике Никурадзе. 5. Какова зависимость между потерей напора и средней скоростью течения жидкости в различных зонах и линиях на графике Никурадзе? 6. От каких факторов зависит коэффициент гидравлического трения при турбулентном течении и по каким формулам его можно определить?

ТЕМА 7. Местные гидравлические сопротивления.

Основные виды местных сопротивлений. Коэффициент местных сопротивлений. Местные потери напора при больших числах Рейнольдса. Внезапное расширение трубы (теорема Борда). Диффузоры. Сужение трубы. Колена. Местные потери напора при малых числах Рейнольдса. Эквивалентные длины труб. Кавитация в местных гидравлических сопротивлениях.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ К ТЕМЕ 7.

1. Какие сопротивления называются местными? 2. По какой формуле определяются потери, вызванные местными сопротивлениями? 3. Как определить потерю напора при внезапном расширении трубопровода? 4. В каком сечении берется средняя скорость, входящая в формулу потерь? 5. В чем принцип наложения потерь? 6. Как определяется коэффициент сопротивления системы трубопроводов (суммарный коэффициент сопротивления)?

ТЕМА 8. Истечение жидкости через отверстия и насадки

Истечение жидкости через отверстия в тонкой стенке при постоянном напоре. Коэффициенты сопротивления, сжатия, скорости, расхода. Истечение жидкости через цилиндрический насадок. Насадки различного типа. Истечение при переменном напоре. Понятие о струйной технике.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ К ТЕМЕ 8.

1. Как связаны между собой коэффициенты сопротивления, сжатия, скорости и расхода? Поясните физический смысл этих коэффициентов. 2. В каком случае сжатие струи называется неполным, несовершенным? Как неполнота и несовершенство сжатия влияют на коэффициент расхода? 3. Как рассчитываются затопленные отверстия и насадки? 4. Какое влияние оказывает вязкость жидкости при истечении из отвер­стий и насадков? 5. Как изменяются расход и скорость при истечений жидкости через цилиндрический насадок по сравнению с истечением ее из круглого отверстия того же диаметра и под тем же напором? 6. Чем отличается «насадок» от «трубы»? 7. В чем особенности исте­чения жидкости из большого отверстия по сравнению с истечением ее из малого отверстия? 8. Какие режимы истечения могут наблюдаться при истечении через насадок в газовую среду? 9. Понятие критического напора.

ТЕМА 9. Гидравлический расчет трубопроводов

Основное расчетное уравнение простого трубопровода. Понятие об определении экономически наивыгоднейшего диаметра трубопровода. Последовательное и параллельное соединение трубопроводов. Сложные трубопроводы. Трубопровод с насосной по­дачей.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ К ТЕМЕ 9.

Какие трубопроводы называются короткими и длинными, прос­тыми и сложными? В чем особенности гидравлического расчета таких трубопроводов? 2. Изложите методику решения трех типовых задач расчета простого короткого трубопровода. 3. Какова особенность рас­чета трубопроводов с параллельным соединением линий? 4. Чем отли­чается определение диаметра магистрального трубопровода и его ответвлений при расчете тупиковой водопроводной сети? 5. В чем особенность расчета трубопроводов с насосной подачей жидкости?

ТЕМА 10. Неустановившееся движение жидкости.

Неустановившееся движение несжимаемой жидкости в жестких трубах с учетом инерционного напора. Явление гидравлического удара. Формула Жуковского для прямого удара. Понятие о непрямом ударе. Способы ослабления гидравлического удара.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ К ТЕМЕ 10.

1. Напишите формулу для определения инерционного напора. Объясните физический смысл входящих в нее величин. 2. Как изме­нится положение пьезометрической линии для трубы с постоянным диаметром при возникновении положительного и отрицательного ло­кального ускорения? 3. Что называется прямым и непрямым гидрав­лическим ударом? Что называется фазой гидравлического удара? Как она влияет на величину повышения давления при гидравлическом ударе? 4. Что такое скорость распространения ударной волны? От каких величин она зависит? 5. Чем гасится колебательный процесс, имеющий место при гидравлическом ударе? 6. Как можно уменьшить или предотвратить ударное повышение давления? 7. Что называется отрицательным гидравлическим ударом и когда он может возникнуть?

ТЕМА 11. Взаимодействие потока со стенками.

Воздействие струи на твердые преграды. Силы воздействия потока на стенки.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ К ТЕМЕ 11.

1. Сформулируйте теорему об изменении количества движения. 2. Чему равна реактивная сила взаимодействия между струей и твер­дым телом? 3. Чему равно реактивное давление струи на плоскую стенку?

ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ.

Пример 1. Определить высоту столба воды в пьезометре над уровнем жидкости в закрытом сосуде. Вода в сосуде находит­ся под абсолютным давлением p'₁ = 106кПа. (рис.А).

Решение. Составим условия равно­весия для общей точки А (рис.А).

Давление в точке А слева: p'=p'₁ + h₁.

Давление справа: p'=р_aтм+ h + h_1.

Приравнивая правые части уравнений и сокращая на h₁, по­лучаем: p'_l = р_aтм+ h.

Указанное уравнение можно также получить, составив условие равновесия для точек, расположенных в любой горизонтальной плоскости, например в плоскости 0-0 (рис А). Примем за начало шкалы отсчета пьезометра плоскость 0-0 и из полученного уравнения найдем высоту столба воды в пьезометре h. Высота

, т.е. пьезометр измеряет величину манометрического давления, выраженного высотой столба жидкости.

Для условий задачи p'_l—р_aтм = 106-100=6кПа.

.

Пример 2. Определить высоту, на которую поднимается вода в вакуумме­тре, если абсолютное давление воздуха внутри баллона р'_В=0,095МПа (рис.B). Сформулировать, какое давление измеряет вакуумметр.

Решение. Составим условие рав­новесия относительно горизонтальной плоскости 0-0.

Гидростатическое давление, действующее изнутри p'_o=p'_B+ h.

Гидростатическое давление в плоскости 0-0, действующее с внеш­ней стороны, p'_o=p_атм -p'_B

Так как система находится в равновесии, то, p_атм=p'_B+ h и , т.е. вакуумметр измеряет недостаток давления до атмосферного или вакуум, выраженный высотой столба жидкости.

Подставляем числовые значения:

p_атм-p'_B=0,1-0,095=0,005*10⁶Па;

.

Пример 3. В стальном трубопроводе системы горячего водоснабжения диаметром d==0,0125 м, длиной L=100 м движется вода со скоростью v=0,5м/с. Температура воды 50°С. На трубопроводе имеются два поворота под углом =90° и пробко­вый кран. Определить потери давления.(рис.C).

Решение. Суммарные потери давления р_пот складываются из потерь на трение по длине р_тр и потерь в местных сопротивлениях р_м.

Число Рейнольдса (при =0,55*10^-6 м²/с) Re=

Для стального трубопровода =5*10^-5; относительная шероховатость будет равна

.

Следовательно, по графику I трубопровод работает в переходной обла­сти сопротивления. Коэффициент гидравлического трения находим по формуле:

.

Потеря давления на трение по длине трубопровода при =988,1кг/м³(в зависимости от температуры, также как и вязкость):

Па.

Коэффициенты местных сопротивлений определяем по формуле: .

Для поворота на 90⁰ А=400 и =1,4;

Для пробкового крана А=150 и =0,4.

Сумма местных сопротивлений

3,27.

Местные потери напора:

420Па.

Суммарные потери напора:

р_пот= р_м+ р_тр=3,56*10⁴+420=36кПа.

Пример 4. Определить потери давления р_тр в магистралях гидропе­редач (рис.D), если расходы жидко­сти Q=0,0001м³/с, Q₂=0,0002м³/с диаметры трубопроводов d₁=0,005 м, d₂=0,01 м, длина l₁= l м, l₂=2 м, плотность рабочей жидкости = 900кг/м³, кинематическая вязкость =6,5*10^-5м²/с.

Решение. Вычислим число Рейнольдса для каждой ветви системы гидропередачи, учитывая, что скорость V=

Re₁ = =390.

Re₂ = =390.

В обеих магистралях режим течения ламинарный.

Коэффициент гидравлического трения находим по формуле Пуазейля:

= 64/Re = 64/390 = 0,164.

Потери давления в каждой ветви определим по формуле

374кПа;

94кПа.

Пример 5. Как изменится число Рейнольдса при переходе от меньшего диаметра к большему при сохранении постоянного расхода Q?

Решение. Число Рейнольдса: Re= = .

Следовательно, число Рейнольдса уменьшается во столько же раз, во сколько увеличивается диаметр труб.

Пример 5. Определить силу суммарного давления воды на плоский щит, перекрывающий канал, и усилие, которое необходимо приложить для подъема щита. Определить центр давления. Ширина канала b=1,8м, глубина воды в нем h=2,2м. Вес щита G=15кН. Коэффициент трения щита по опорам f=0,25 (рис. E).

Решение. Определяем силу суммарного давления на щит

Р=р_сS= gh_сbh= gh²b/2=1000*9,81*2,2² *1,8/2=42,6кН, где h_C=h/2.

В точке В гид­ростатическое давление p_B= gh=1000*9,81*2,2=

=21,58кПа.

Центр давления определится по формуле: h_D=h_C+ , где = 0,37м.

I_x0-момент инерции прямоугольного сечения. Тогда h_D=h/2+ =2.2/2+0.37=1.47м.

Усилие необходимое для подъема щита: T=G+f*P=15+0.25*42.6=26.6кН.

Пример 6. Определить скорость перемещения поршня вниз, если к его штоку приложена сила F=10 кН. Поршень диаметром D=50мм имеет пять отверстий диаметром d₀=2мм каждое. Отверстия рассматривать как внешние ци­линдрические насадки с коэффициентом расхода =0,82; =900 кг/м³.

Решение. Определим давление в жидкости, появляющееся вследствие действия силы F:

p=F/S, где S= .

p= F/S=10*10³/1946.8*10^-6=5.13МПа.

Скорость перемещения поршня определим из условия равенства жидкости, перетекающей из нижней полости в верхнюю через малые отверстия.

На сколько в секунду переместился поршень вниз на такой объем прибыло жидкости над поршнем: Q = Q_o. .

Q =V/t= - такой объем вытеснил поршень из нижней полости.

Q_o = - перетекло через отверстия.

Приравнивая правые части получим: = .

Откуда =5 5 .

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ.

Номера контрольных задач выбираются согласно последней цифре номера зачетной книжки студента (см. табл. 1), числовые значе­ния указанных в задаче величин - по предпоследней цифре шифра зачетной книжки студента (табл. 2.).

ЗАДАЧИ.

1. Определить величину и направление силы F, приложенной к штоку поршня для удержания его на месте. Справа от поршня находится воздух, слева от поршня и в резервуаре, куда опущен открытый конец трубы,— жидкость Ж (рис. 1). Показание пружинного манометра — р_м

2. Паровой прямодействующий насос подает жидкость Ж на высоту Н (рис. 2). Каково рабочее давление пара, если диаметр парового цилиндра D, а насосного цилиндра d? Потерями на трение пренебречь.

3. Определить силу прессования F, развиваемую гидравлическим прессом, у которого диаметр большего плунжера D, диаметр меньшего плунжера d. Больший плунжер расположен выше меньшего на величину H, рабочая жидкость Ж, усилие, приложенное к рукоятке, R (рис. 3.)

4. Замкнутый резервуар разделен на две части плоской перего­родкой, имеющей квадратное отверстие со стороной а, закрытое крышкой (рис. 4). Давление над жидкостью Ж в левой части резервуара опре­деляется показаниями манометра р_м, давление воздуха в правой части - показаниями мановакуумметра р_в. Определить величину и точку прило­жения результирующей силы давления на крышку.

5. Шар диаметром D наполнен жидкостью Ж. Уровень жидкости в пьезометре, присоединенном к шару, установился на высоте Я от оси шара. Определить силу давления на боковую половину внутренней поверхности шара (рис. 5). Показать на чертеже вертикальную и го­ризонтальную составляющие, а также полную силу давления.

6. Определить силу давления на коническую крышку горизон­тального цилиндрического сосуда диаметром D, заполненного жидкостью Ж (рис.6). Показание манометра в точке его присоединения - р_м. Показать на чертеже вертикальную и горизонтальную составляющие, а также полную силу давления

7. Определить высоту столба ртути h₂ (рис.7), если расположение центра трубопровода А повысится по сравнению с указанным на рис. 7 и станет на h₁ выше линии разде­ла между Ж и ртутью. Манометрическое давление в трубе принять прежним р_м.

8. Определить, на какой высоте z установится уро­вень ртути в пьезометре, если при манометрическом давлении в тру­бе р_м и показании h система на­ходится в равновесии (рис.8).

9. В закрытом резервуаре (рис. 9) находится Ж под давлением. Для из­мерения уровня Ж в резервуаре выведен справа пьезометр. Левый пьезометр предназначен для измерения давления в резервуаре. Определить какую нужно назначить высоту z левого пьезометра, чтобы измерить максимальное манометрическое давление в резервуаре р_м=600 кг/м² при показании правого пьезометра h.

10. В цилиндрический сосуд при за­крытом кране В и открытом кране А наливается ртуть при атмосферном давлении до высоты h₁. Высота сосуда Н. Затем кран А закрывается, а кран В открывается. Ртуть начи­нает вытекать из сосуда в атмосферу. Предпола­гая, что процесс происходит изотермически, опре­делить вакуум в сосуде при новом положении уровня h₂ в момент равновесия (рис.10).

11. В сосуд М, соединенный с сосудом N (рис.11), при закрытом кране В наливается ртуть при атмосферном давлении до высоты h. Затем кран А закрывается, кран В откры­вается. Ртуть из сосуда М начи­нает выливаться открытый со­суд N, сообщающийся с атмосферой. Определить: на какую высоту h₁ опу­стится уровень в сосуде М при установлении равновесия, если площадь поперечного сечения левого сосуда S₁, а правого S₂? Высота сосуда H. На какую высоту h₂ поднимется ртуть в правом сосуде? Чему будет равно абсолютное давление в сосуде? Принять, что процесс изотермический.

12. К дну резервуара присоединен U-образный пьезо­метр, один конец которого открыт и сообщается с атмосферой (рис.12). В резервуар по трубопроводу М нагнетается жидкость Ж. Считая, что в начальный момент давление в резервуаре было атмосферным, определить высоту столба жидкости h в резервуаре, если ртуть в левой трубке пьезометра; поднялась на z по сравнению с первоначальным положением, а в правой опустилась на ту же величину, уступив место жидкости. Высота peзepвyapa H. Процесс считать изотермическим.

13. Определить при помощи дифференциального мано­метра разность давлений в точках В и А двух трубопроводов, заполненных жидкостью Ж. Высота столба ртути h₁-h₂=h.(рис.13).

14. Для схемы, показанной на рис. 14, превышение точки В над точкой А равно z. В качестве рабочей жид­кости применена жидкость Ж. Определить разность давлений в баллонах при показании прибора h, если в балло­нах а) жидкость Ж, б) вода.

Чему была бы равна разность дав­лений в баллонах, если бы в случае а) центры баллонов располагались на одной отметке, а показание прибора h осталось прежним?

15.При истечении жидкости из резервуара в атмосферу по горизонтальной трубе диаметра d и длиной 2L уровень в пьезометре, уста­новленном посередине длины трубы, равен h (рис.15). Определить расход Q и коэффициент гидравлического трения трубы , если ста­тический напор в баке постоянен и равен Н. Сопротивлением входа в трубу пренебречь.

16. Жидкость Ж подается в открытый верхний бак по вертикальной трубе длиной L и диаметром d за счет давления воздуха в нижнем замкнутом резервуаре (рис.16). Определить давление р воздуха, при котором расход будет равен Q. Принять коэффициенты сопротивления: вентиля =8,0; входа в трубу =0,5; выхода в бак =1,0. Эквивалентная шероховатость стенок трубы k_э=0,2 мм.

17. Поршень диаметром D движется равномерно вниз в цилиндре, подавая жидкость Ж в открытый резервуар с постоянным уровнем (рис. 17). Диаметр трубопровода d, его длина L. Когда поршень нахо­дится ниже уровня жидкости в резервуаре на H=5м, потребная для его перемещения сила равна F. Определить скорость поршня и расход жидкости в трубопроводе. Коэффициент гидравлического трения трубы принять =0,03. Коэффициент сопротивления входа в трубу =0,5. Коэффициент сопротивления выхода в резервуар =1,0.

18. Определить диаметр трубопровода, по которому подается жидкость Ж с расходом Q, из условия получения в нем максимально возможной скорости при сохранении ламинарного режима. Температура жидкости t=20°С.

19. При ламинарном режиме движения жидкости по горизонтальному трубопроводу диаметром d=30см расход равнялся Q, а падение пьезометрической высоты на участке данной L составило h. Определить кинематический и динамический коэффициенты вязкости перекачиваемой жидкости.

20. По трубопроводу диаметром d и длиной L движется жидкость
Ж (рис.18). Чему равен напор H, при котором происходит смена
ламинарного режима турбулентным? Местные потери напора не учиты­вать. Температура жидкости t=20°С.

21. Определить критическую скорость, отвечающую переходу от ламинарного режима к турбулентному, в трубе диаметром d при движении воды и воздуха при температуре 25°С и глицерина при темпера­туре 20°С.

22. Определить число Рейнольдса и режим движения воды в водопроводной трубе диаметром d, если протекающий по ней расход: Q, а температура воды t.

23. Применяемые в водоснабжении и канализации трубы имеют минимальный диаметр d=12 мм и максимальный диаметр d=3500 мм. Расчет­ные скорости движения воды в них v=0,5~4 м/с. Определять минимальное и максимальное значения чисел Рейнольдса и режим течения воды в этих трубопроводах. Указание: температура воды в системах канализации может изменяться в пределе от 0 до 30⁰. Использовать минимальную и максимальную вязкость при данных температурах.

24. Конденсатор паровой турбины, установленный на тепловой электростанции, оборудован 8186 охлаждающими трубками диаметром d. В нормальных условиях работы через конденсатор пропускается Q циркуляционной воды с температурой 12,5—13°С. Будет ли при этом обеспечен турбулентный режим движения в трубках?

25. Определить потери напора при подаче воды со скоростью V через трубку диаметром d и длиной L при температуре воды t=10⁰С.

26. Определить потери напора при подаче воды со скоростью V, при температуре t=10⁰С по трубопроводу диаметром d, длиной L. Трубы стальные новые.

27. Определить потери напора в водопроводе длиной L при подаче Q, при температуре t=10⁰С по трубопроводу диаметром d и =1,35мм. Трубы чугунные, бывшие в эксплуатации.

28. Определить манометрическое давление, которое должен создавать насос (рис. 19), чтобы подать воду в количестве Q=15л/c в водонапорный бак на высоту h по трубопроводу длиной L. Диаметр труб d=150мм. При расчете высоту
выступов шероховатости принять =1,35мм, как для нормальных
труб после ряда лет эксплуатации. Температуру воды принять t=15°С.

29. Для системы, показанной на рис 20. определить напор Н, обеспечивающий пропуск воды расходом Q. Длины участков труб и диаметры L₁, d₁ и L₂, d₂. Расширение выполнено под углом 30⁰. Уровни в резервуарах постоянные: h1=4,5м и а=0,5м. Скоростным напором в резервуаре пренебречь.

30. На поршень диаметром D действует сила F (рис.21). Определить скорость движения поршня, если в цилиндре находится вода, диаметр отверстия в поршне d, толщина поршня а. Силой трения поршня о цилиндр пренебречь, давление жидкости на верхнюю плоскость поршня не учитывать.