В этих задачах необходимо руководствоваться тем условием, что жидкость находится в равновесии. Затем найдите нужную поверхность равных давлений – самую нижнюю границу раздела жидкостей, на которой давление во всех точках равны, как давления в точках одного и того же объема жидкости, расположенные на одной горизонтали. Затем составьте уравнение равновесия:
В задачах на определение силы гидростатического давления на боковые стенки необходимо учитывать вид стенки: плоские и криволинейные поверхности.
На боковые плоские стенки сила давления равна:
где
- давление в центре тяжести смоченной боковой поверхности;hс – глубина погружения центра тяжести под уровнем жидкости.
Сила F прикладывается в центре давления, положение которого определяют по формуле:
где hС - глубина погружения центра тяжести под уровнем жидкости;
JС – момент инерции. Наиболее часто в практике встречаются следующие фигуры: круг
и прямоугольник ; b – ширина; Н – высота прямоугольника);S – площадь смоченной поверхности.
В задаче 20 равнодействующую сил давления определяют как:
,где F1 – сила гидростатического давления слева;
F2 – сила гидростатического давления справа.
Для определения значения подъемной силы нужно использовать формулу:
Т = G + F ∙f
где G – вес щита;
F – сила гидростатического давления, н;
f – коэффициент трения.
В задаче 22 необходимо определить горизонтальную (как сила гидростатического давления на плоскую боковую стенку это круг) и вертикальную составляющие (определяется весом жидкости в объеме тела давления путем построения, при этом нужно определить положение пьезометрической поверхности
) силы гидростатического давления на криволинейную поверхность.Методические указания к задаче №24,28
Используйте закон Архимеда и определите выталкивающую силу, определив объем погруженной части тела.
Методические указания к задаче №23, 29-34,47
Данные задачи основаны на применении уравнения Бернулли для реальной жидкости, а также при решении некоторых задач необходимо учитывать гидравлические сопротивления и режимы движения жидкости. Для составления этого уравнения необходимо выбрать 2 сечения. Начальное сечение выбирается в начале потока, второе – в конце. Обычно сечения выбираются по свободным поверхностям в емкостях или водоемах, на входе и выходе из насоса.
Затем проводится плоскость сравнения, положение которой в пространстве известно. Обычно эта плоскость проводится через центр тяжести нижнего сечения.
Потребный напор сложится из геометрического z2, из пьезометрического
и скоростного напоров во втором сечении, а также из суммарных потерь напора на преодоление сопротивлений в трубопроводе.Z2 и
в задачах заданы.Для определения потерь напора
по Q, d и v находится число Рейнольдса и определяется режим движения жидкости.В задаче 29 дважды составляется уравнение Бернулли для потока идеальной жидкости. Вначале для сечений, проведенных по свободной поверхности в резервуаре и на выходе из трубы с диаметром d2. Затем для сечений, проведенных через сечение в трубе с диаметром d1, в месте подсоединения пьезометра и на выходе из трубопровода с диаметром d2.
В задаче 30 решение заключается в определении:
а) общего уменьшения потерь напора во всасывающей линии
,где
- уменьшение потерь напора на трение, для определения которых используется формула Дарси-Вейсбаха; - уменьшение местных потерь напора, для определения которых используется формула Вейсбаха.б) уменьшения затрат мощности
где Q – расход жидкости, м3/с.
Методические указания к задаче 35 - 37
В задаче 37 определим потери напора на участке А-В до подключения к нему лупинга. Найдем соотношение между Q1 и Q2 после подключения лупинга и определим их величины. Определим потери напора во всем разветвлении через потери напора в лупинге и вычислим относительное изменение потерь напора.
Задачу 35 решают графоаналитическим способом. Сначала задают несколько произвольных диаметров, после по известному расходу определяют скорость потока. Затем определяют режим движения и в зависимости от него – коэффициент гидравлического сопротивления по одной из формул. После этого, подставляя все известные величины в формулу Дарси – Вейсбаха, находят для каждого из принятых диаметров потери давления Рi.
В задаче 36 в начале определяют скорость нефти до первой перекачки, потом режим движения, потери давления, и т.д. на втором, третьем, четвертом участках. Общий перепад давлений получают при сложении перепадов на отдельных участках.
Методические указания к задачам №39, 40
В начале определить скорость движения бензина с использованием уравнения неразрывности потока
,где Q – расход бензина, м3/с
v – скорость движения, м/с
S – площадь живого сечения, м2.
Затем необходимо определить скорость распространения волны гидравлического удара и повышение давления при прямом гидравлическом ударе.
Также нужно определить скорость течения воды в трубе до закрытия задвижки, исходя из уравнения Бернулли:
где Н – напор воды в баке, м
, d – размеры трубопровода, м - коэффициент гидравлического сопротивленияg – ускорение свободного падения, м/с2.
Затем определяются скорости распространения волны гидравлического удара С, м/с и повышение давления ∆Р, Па в стальной трубе и в чугунной трубе – С1, м/с и ∆Р1, Па и сравниваются ∆Р и ∆Р1.
Методические указания к задачам №44, 49
При решении задачи определяем начальный и конечный напоры, число Рейнольдса, коэффициент расхода, время истечения.
Методические указания к задачам № 50, 46
Необходимо воспользоваться формулами для определения движения вязко-пластичной жидкости, разности давлений
и расхода нефти, потом проверить режим течения по обобщенной формуле.КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
По дисциплине гидравлика предусмотрено выполнение 7 задач в соответствии со своим вариантом.
В задачах в исходных данных:
i – соответствует последней цифре шифра
k – соответствует номеру шифра
Например: ваш шифр 30, тогда i – 0, k – 3; или шифр 5, тогда i – 5, k – 0.
Задача 1. Определить плотности воды и нефти при 4 ºС, если известно, что (10 + k) л воды при 4 ºС имеют массу (10 + k) кг, а масса того же объема нефти равна (8,2 + i) кг. Сравнить плотность нефти с плотностью воды.
Задача 2. Цистерна заполнена нефтью плотностью ρсм = 850 кг/м3. Диаметр цистерны d = (3 +0,1 i) м, длина l = 6 м. Определить массу жидкости в цистерне.
Задача 3. Плотность нефти при температуре (15 0 C равна 828 кг/м3. Условная вязкость ее при температуре (22+ k)0 C равна 6,40Е, коэффициент температурного расширения 0,00072 К-1. Определить абсолютную вязкость нефти при температуре (22+ k)0 C.
Задача 4. При испытании прочности баллона он был заполнен водой при давлении (60 + k) кгс/см2. Через некоторое время в результате утечки части воды через неплотности давление в баллоне снизилось вдвое. Диаметр баллона (350 мм, высота (1200 + 8k) мм. Определить объем воды, вытекшей при испытании.
Задача 5. Условная вязкость битумной эмульсии при температуре (20 + 0,2 i) 0С равна (14+ 0,5 i) 0Е , плотность равна 1230 кг/м3. Определить динамическую вязкость битумной эмульсии при той же температуре.
Задача 6. Баллон, вместимость которого равна (36 + 2k) дм3, заполнен нефтью и плотно закрыт при давлении (1 ат. Какое количество нефти необходимо закачать в баллон дополнительно, чтобы давление в нем повысилось в 25 раз?
Задача 7. (23,5 тонн при температуре 30 С занимают объем (33,25+ 0,1k) м3. Какой объем будет занимать это же количество бензина при температуре 170 С, если давление не изменится? Коэффициент температурного расширения бензина 0,00065 К-1.