Б3.Б.8.1 ГИДРАВЛИКА
Гидравлические расчеты
Методические указания
к выполнению контрольной работы
Направление подготовки бакалавра
280100 Природообустройство и водопользование
Профиль подготовки Природоохранное обустройство территорий
Квалификация (степень) выпускника
бакалавр
УФА 2013
УДК 378.147=628.1
ББК 74. 58+38.774
А 53
Рекомендовано к изданию методической комиссией факультета землеустройства и лесного хозяйства (протокол № от 2013 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
Контрольная работа по общей гидравлике включает 6 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.контрольной работы следует предусмотреть поля для замечаний преподавателя.
При доработке контрольной 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=рсw, (1)
гдерс - давление в центре тяжести рассматриваемой фигуры;
w - площадь смоченной поверхности фигуры.
Глубина погружения точки приложения силы (центра давления):
hg=hc+ J0/hcw, (2)
где hс - 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:
Рх=рсwz, (3)
где рс - давление в центре тяжести вертикальной проекции криволинейной поверхности;
wz - 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:
Рz = gWтд, (4)
где g - удельный вес жидкости;
Wтд - объем тела давления;
Для открытой системы (р0=рат) 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=Рх/Рz..
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 zм, 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 Нзад находят искомое значение dиск.
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”
