19764

Розрахунок втрат напору

Практическая работа

Физика

Практична робота №2 Розрахунок втрат напору Мета роботи: закріпити знання курсантів з тем €œГідродинаміка€ та €œГідравлічні опори€ за допомогою розв’язування задач Прилади і матеріали: конспект лекцій зразок звіту лінійка олівець довідник з гідравліки. Тео...

Украинкский

2013-07-17

84.5 KB

4 чел.

Практична робота №2

Розрахунок втрат напору

Мета роботи: закріпити знання курсантів з тем “Гідродинаміка” та “Гідравлічні опори” за допомогою розв’язування задач

Прилади і матеріали: конспект лекцій, зразок звіту, лінійка, олівець, довідник з гідравліки.

Теоретичні відомості

Гідродинаміка – розділ гідромеханіки, який вивчає закони руху рідин та тіл в рідинах.

Гідродинамічний тиск – внутрішній тиск, який виникає при русі рідини.

Елементарна струминка – це частина потоку нескінчено малого поперечного перерізу або це рідина, яка рухається всередині трубки течії.

Для стаціонарного руху рідини елементарна струминка має такі властивості:

  1.  її форма та орієнтація в просторі залишаються незмінними з часом;
  2.  бокова поверхня струминки непрониклива для рідини;
  3.  швидкість і тиск в усіх точках живого перерізу однакові із-за малої величини живого перерізу струминки (хоча вздовж потоку можуть змінюватись).

Живий переріз S – площа перерізу потоку (течії, струминки), проведеного нормально (перпендикулярно) до напрямку лінії течії та обмеженого його зовнішнім контуром.

Змочений периметр П – це довжина контуру живого перерізу, по якому рідина дотикається до обмежуючих поверхонь. Наприклад: для напірного руху (мал. 1, а, б): ;  .

А для безнапірного руху (мал. 1, в, г): ;  .

Гідравлічний радіус Rг – це відношення площі живого перерізу потоку до змоченого периметру:

Еквівалентний діаметр dе – це величина, яка чисельно дорівнює чотирьом гідравлічним радіусам:  .

Так, для труб круглого перерізу при напірному русі (мал. 1,а): .

А для напірного руху в трубах прямокутного перерізу (мал. 1, б):

.

Розхід рідини – це кількість рідини, що протікає через живий переріз потоку за одиницю часу. В залежності від величини, якою вимірюють кількість рідини, виділяють:

  •  об’ємний розхід V: , де L3 – об’єм рідини; τ – час;
    •  масовий розхід M: , де m – маса рідини;
    •  ваговий розхід G: , де mg – вага рідини.

При чому вони досить просто пов’язані між собою:  .

Середня швидкість потоку – це уявна швидкість потоку, яка однакова для всіх частинок перерізу, і має таке значення, при якому розхід рідини дорівнює дійсному розходу.

Рівняння сталості розходу:

V=const

Якщо нестислива рідина рухається без розривів, то при стаціонарному русі об’ємний розхід для будь-яких живих перерізів потоку незмінний

Основне рівняння гідродинаміки – рівняння нерозривності потоку:

ωср=const

При стаціонарному русі нестисливої рідини добуток площі живого перерізу на середню швидкість потоку величина незмінна.

Якщо записати це рівняння для випадку, зображеному на мал. 2, то:

;

Рівняння Бернуллі:

Для випадку, вказаного на мал. 3 маємо:

де Р – питома потенційна енергія тиску або п’єзометричний напір; ρgz– питома потенціальна енергія сили тяжіння;  - питома кінетична енергія.

Обидва записи представляють собою рівняння Бернуллі для елементарної струминки ідеальної рідини:

При стаціонарному русі елементарної струминки ідеальної рідини повна питома енергія вздовж струминки незмінна.

ЕНЕРГЕТИЧНИЙ ЗМІСТ

Рівняння Бернуллі може мати наступний вигляд:

 

або

де Нп – повний напір рідини даного потоку (мал. 4,5);

zгеометричний напір, т.б. висота перерізу потоку над порівняльною площиною ОО;

P/ρgп’єзометричний напір (висота), який відповідає гідростатичному тиску в даній точці. За висотою hп в п’єзометричній трубці (П1, мал.4) визначають тиск потоку.

ω2/(2g)швидкісний напір hшв, який вимірюється за допомогою трубки Піто (П2, мал. 5). Він дає змогу оцінити швидкість потоку.

Тобто можна інакше сформулювати рівняння Бернуллі для елементарної струминки ідеальної рідини:

При стаціонарному русі елементарної струминки ідеальної рідини сума трьох напорів (висот) – геометричного, п’єзометричного та швидкісного незмінна вздовж потоку.

ГЕОМЕТРИЧНИЙ ЗМІСТ

Задачі

  1.  Вода циркулює в системі опалення і в підвалі будинку надходить в трубу діаметром 4 см зі швидкістю 0,5 м/с. Якою буде швидкість течії в трубі діаметром 2,6 см?
  2.  Вода тече по трубі змінного перерізу. Швидкість води в широкій частині труби дорівнює 20 см/с. Визначити швидкість у вузькій частині труби, діаметр якої в 1,5 рази менший діаметра широкої частини.
  3.  В широкій частині горизонтальної труби нафта тече із швидкістю 2 см/с. Визначити швидкість нафти у вузькій частині труби, якщо різниця тисків ΔP в широкій та вузькій частинах її дорівнює 6,65 кПа.
  4.  В горизонтальній трубі з поперечним перерізом 20 см2, тече рідина. В одному місці труба має звуження до 12 см2. Різниця рівнів Δh у двох манометричних трубках, встановлених у широкій та вузькій ділянках, дорівнює 8 см. Визначити об’ємний розхід рідини.
  5.  Горизонтальний циліндр насосу має діаметр 20 см. В ньому рухається поршень із швидкістю 1 м/с, та виштовхує воду через отвір, діаметром 2 см. З якою швидкістю буде витікати вода із отвору? Яку величину буде мати надмірний тиск води в циліндрі?
  6.  До поршня шприца, розміщеного горизонтально, прикладена сила F=15Н. Визначити швидкість витікання води із шприца, якщо площа поршня S=12 см2.

  1.  Тиск вітру на стіну дорівнює 200 Па. Визначити швидкість вітру, якщо він дує перпендикулярно стінці. Густина повітря ρ=1,29 кг/м3.
  2.  Струмінь води (діаметром 2 см) зі швидкістю 10 м/с зітхається з нерухомою плоскою поверхнею перпендикулярно. Знайти силу тиску струменя на поверхню, враховуючи що після зіткнення швидкість частинок води стала рівна нулю.

  1.  Вода тече по круглій гладкій трубі діаметром 5 см із середньою поперечною швидкістю 10 см/с. Визначити число Рейнольда Re для цього потоку рідини та вказати характер руху.
  2.  По трубі тече машинне масло. Максимальна швидкість, при якій рух масла залишається ламінарним, дорівнює 3,2 см/с. При якій швидкості рух гліцерину в цій трубці переходить із ламінарного в турбулентний?
  3.  В трубці з внутрішнім діаметром 3 см тече вода. Визначити максимальний масовий розхід води при ламінарному потоці.
  4.  Мідна кулька діаметром 1 см падає із сталою швидкістю у касторовій олії. Чи можна вважати рух олії, спричинений падінням кульки, ламінарним? Критичне число Рейнольда Reкр=0,5.
  5.  Латунна кулька діаметром 0,5 мм падає в гліцерині. Визначити: швидкість стаціонарного руху кульки; чи можна вважати ламінарною область обтікання кульки?
  6.  При русі кульки діаметром 2,4 мм у касторовій олії ламінарне обтікання спостерігається при швидкості кульки не більшій 10 см/с. При якій мінімальній швидкості кульки радіусом 1 мм в гліцерині обтікання стане турбулентним?

  1.  10 м3 рідини перекачали через трубопровід за 5 хв. Визначити об’ємний розхід трубопроводу.
  2.  Визначити масу соляри (ρ=900 кг/м3), яка перетекла за 10 хв з об’ємним розходом 0,06 м3/с.
  3.  Визначити гідравлічний радіус водяного каналу, якщо він має прямокутний переріз, його ширина 6м та глибина 2м. Чому дорівнює його еквівалентний діаметр.
  4.  Визначити діаметр труби, якщо потік рідини в ній з швидкістю 10 м/с має об’ємний розхід 0,5 м3/с.
  5.  Покази гідролагу (трубки Піто) 8 атм. Чому дорівнює швидкість судна? Густина морської води дорівнює 1,02 т/м3.
  6.  Судно рухається з швидкість 7 м/с. Які покази манометра гідролагу (трубки Піто) при цьому, якщо густина морської води дорівнює 1,02 т/м3?
  7.  Визначити середню швидкість потоку рідини, якщо діаметр трубопроводу 25 мм, об’ємний розхід 1,5 м3/год.

Рекомендована література:

  1.  Н.Г. Латушина и др. Техническая термодинамика с основами теплопередачи и гидравлики. Л.: Машиностроение, 1988.
  2.  Б.Ф.Левицький, Н.П. Лещій. Гідравліка. Загальний курс. Львів: Світ, 1994р.
  3.  Я.И. Вайткунский и др. Гидромеханика, Л.: Судостроение, 1982
  4.  А.М. Мхитарян. Гидравлика и гидромеханика. ГИЗ ТЛ УССР, 1978
  5.  Д.В. Штернлихт., Гидравлика. М.: Энергия, 1984
  6.  Задачник по гидравлике, гидромашинам, гидропроводу., под редакцией Некрасова. М.: Высшая школа, 1989


d

h

2h

3

b

d

Мал. 1

ω1

ω2

Мал. 2

1

2

  1.