Гидравлический расчет затворов, отверстий, насадков и трубопроводов при установившемся и неустановившемся движении жидкости

Тип работы:
Курсовая
Предмет:
Геология


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Кыргызско — Российский славянский университет

Факультет архитектуры, дизайна и строительства

Кафедра гидротехнического строительства и водных ресурсов

Курсовая работа

по гидравлике на тему: Гидравлический расчет затворов, отверстий, насадок и трубопроводов при установившемся и неустановившемся движении жидкости

Бишкек, 2010

Реферат

В основе инженерного проектирования гидротехнических сооружений ирригационного и энергетического назначения, сетей водоснабжения и обводнения лежат гидравлические расчеты.

Цель курсовой работы — закрепление и практическое использование теоретических знаний, полученных по курсу «Гидравлика».

Задачи курсовой работы состоят в выполнении базового комплекса гидравлических расчетов, необходимых для проектирования открытых и закрытых емкостей, резервуаров и затворов с покоящейся жидкостью и для проектирования закрытых (напорных) трубопроводов, отверстий, насадков при установившемся и неустановившемся движении жидкости.

Гидравлический расчет приборов для измерения давления в жидкости (задача 1)

На рис. 1.1 показан прибор для измерения давления. Плотность жидкости и высота столбов заданы.

Рис. 1. 1

Требуется:

1. Определить абсолютное давление в Н/м2 и в кгс/см2 в точках А, В и С.

2. Определить манометрическое давление в точке, А в паскалях и технических атмосферах, если давление в этой точке рА больше атмосферного, или вакуумметрическое давление в точке А, если рА< рат.

3. Выразить полученное в пункте 2 давление в метрах водяного столба.

Исходные данные для расчета:

-плотность жидкости с =920 кг/м3

-высота столба h1=0,80 м;

-высота столба h2=1,40 м;

Решение

1. Полное (или абсолютное) гидростатическое давление в данной точке определяется по формуле /1/:

Pабс0+сgh, (1. 1)

где p0 — гидростатическое давление в данной точке на сводной поверхности (давление внешней среды);

сg — объемный вес жидкости;

h — глубина погружения точки под уровень свободной поверхности (поверхность давления p0).

Давление в точке, А (рис. 1. 1) равно:

;

Давление в точке, А справа:

;

Приравнивая полученные два уравнения, найдем значение Р:

;

Следовательно:

;

Найдем давление в точке В:

;

Подставляя числовые значения, получим:

;

Найдем давление в точке С:

2. Общая формула для определения манометрического давления имеет вид /1/:

(1. 2)

Для точки А:

;

В метрах водяного столба

Определение силы и центра гидростатического давления на плоские затворы (задача 2)

Для поддержания необходимого уровня воды в верхнем бьефе (рис. 2. 1) установлены плоские прямоугольные затворы.

Рис. 2. 1

Требуется:

1. Определить аналитическим способом силы манометрического давления воды на затвор со стороны верхнего и нижнего бьефов, а также центры давления этих сил и равнодействующую силу.

2. Построить в масштабе эпюры манометрического давления и проверить графоаналитическим способом (с помощью эпюр) вычисленные в пункте 1 центры давления и силы манометрического давления.

3. Определить начальное усилие Т, необходимое для подъёма плоского затвора, учитывая трение в пазах (коэффициент трения f = 0,40).

Исходные данные для расчета:

o глубина воды h1 = 2 м. (ВБ), h2 = 1,2 м. (НБ);

o ширина затвора b = 2,5 м. ;

o вес затвора G = 7,2 кН.

Решение

1. Аналитический способ решения

Силу манометрического давления определим по формуле /1/:

Р = сghц.т. щ, (2. 1)

где сg — объемный вес жидкости;

hц. т — глубина погружения центра тяжести фигуры;

щ — смоченная площадь.

Атмосферное давление не учитываем, так как оно действует на затвор слева и справа, и, следовательно, взаимно уравновешивается.

Сила давления слева:

Сила давления справа:

Равнодействующая равна разности давлений с левой и справой стороны, т. е. :

Р = Р1 — Р2 = 57 — 20,5 = 36,5 кН

Координаты центра давления для плоских наклонных затворов найдём по формуле /1/:

(2. 2)

Расстояние от свободной поверхности в верхнем бьефе до точки приложения силы Р1 (по наклону затвора):

Расстояние от свободной поверхности в нижнем бьефе до точки приложения силы Р2 (так же по наклону затвора):

Для определения расстояния (по наклону затвора, от свободной поверхности) до точки приложения равнодействующей силы давления Р используем теорему о том, что

момент равнодействующей силы относительно какой-либо оси равен сумме моментов относительно той же оси сил составляющих.

Составим уравнение моментов относительно точки В и найдем расстояние от свободной поверхности верхнего бьефа до центра давления равнодействующей, т. е:

Выражая из этого уравнения и подставляя значения, получим:

2. Графоаналитический способ решения

Построим эпюры давления воды на затвор слева и справа (рис. 2. 2).

Эпюра гидростатического давления с левой стороны изображается треугольником АСD, а справа — треугольником FHD.

Эпюра равнодействующей равна разности эпюр DBH и EFH и изобразится трапецией ABED.

Определим силу давления с левой стороны с помощью эпюры (рис. 2. 2):

,

где — площадь эпюры ACD; b — ширина затвора.

Сила давления справа:

Равнодействующая сила:

Для нахождения центра давления равнодействующей необходимо найти центр тяжести трапеции ABED. Воспользуемся известным графическим приёмом, ясным из рис. (2. 3). Через центр тяжести проводим силу P перпендикулярно к затвору. Измерив, расстояние от свободной поверхности верхнего бьефа до точки пересечения силы P со щитом (точка O), получим.

Для определения начального усилия Т, необходимого для подъема плоского затвора, спроектируем все силы на ось X (рис. 2. 4) и сумму проекций всех сил приравняем нулю:

Рис. 2. 4

Определение силы и центра гидростатического давления на цилиндрические затворы и поверхности (задача 3)

На рис. 3.1 показан сегментный затвор, установленный в шлюзовой камере (при подъеме вращается вокруг шарнира О).

Рис. 3. 1

Требуется:

1. Показать эпюры горизонтальной составляющей силы давления воды на криволинейную поверхность АВС и тело давления.

2. Определить в кН горизонтальную и вертикальную составляющие силы манометрического давления воды на поверхность АВС, а также их равнодействующую.

3. Найти координаты центра давления равнодействующей силы аналитическим способом относительно осей, показанных на рисунке, показать их равнодействующую силу на чертеже, выполненном в масштабе.

4. Определить натяжение цепи Т при трогании затвора с места. Вес затвора задан, трением в шарнире и в боковых уплотнениях пренебречь.

Исходные данные для расчета:

o глубина воды h = 8 м;

o радиус r = 5,5 м. ;

o длина затвора b = 20 м. ;

o вес затвора G = 270 кН.

Решение

1. Покажем эпюры горизонтальной силы давления воды на криволинейную поверхность АВС и тела давления (рис. 3. 2):

Рис 3. 2

2. Равнодействующая силы давления жидкости на цилиндрическую поверхность определяется по формуле / /:

, (3. 1)

где Рх — горизонтальная составляющая силы давления Р; Рz — вертикальная составляющая.

Горизонтальная составляющая силы манометрического давления находится по формуле / /:

, (3. 2)

где — площадь проекции криволинейной поверхности на плоскость (рис. 3. 2); - глубина погружения центра тяжести этой проекции.

Найдем горизонтальную составляющую силы манометрического давления согласно (3. 2):

;

Вертикальная составляющая силы манометрического давления вычисляется по формуле:

, (3. 3)

где W — так называемое «тело давления», т. е. объем, заключенный между криволинейной поверхностью, ее проекцией на свободную поверхность и вертикальными проектирующими плоскостями (рис. 3. 2).

В нашем случае:

, (3. 4)

где — площадь фигуры ADNECB (рис. 3. 3);

Рис. 3. 3

Площадь равна сумме площадей, , (рис. 3. 3). Для нахождения этих площадей найдем вспомогательные величины:

,;

,

, откуда;

;

, откуда:

;

, откуда;

KF=AF , KF = KO - FO = 5,48 — 4,16 = 1,32;

Вычисляем площади, ,:

;

;

;

Площадь фигуры равна:

;

Согласно формуле (3. 4) находим тело давления:

;

Искомая вертикальная составляющая по (3. 3) будет равна:

;

Равнодействующая сил по формуле (3. 1) рана:

Угол наклона равнодействующей Р определяется как:

,.

3. Для определения координат центра давления равнодействующей, т. е. силы Р, используем тот факт, что сила проходит через точку пересечения линии действия сил РX и РZ и через точку О.

Тогда имеем:

,

откуда.

Подставляем найденное значение для z в уравнение, т. е., откуда

,.

Строим эпюры давления воды в масштабе 1: 100 (рис. 3. 4):

Рис. 3. 4

Центр вертикальной составляющей лежит на вертикальной линии, проходящей через центр тяжести (точка L) эпюры ABCND, который определяется по методу, описанному на стр. 64 /2/.

4. Составим уравнение моментов относительно точки О (рис. 3. 4):

,

Откуда найдем силу Т:

Гидравлический расчет коротких трубопроводов при установившемся движении без учета вязкости жидкости (задача 4)

Для подачи воды из резервуара, в котором поддерживается постоянный уровень, предусмотрено устройство трубопровода, состоящего из труб разного диаметра, соединенных последовательно. Длина каждой трубы =20 м. (рис. 4. 1). На первой трубе на расстоянии расположен кран. Угол открытия крана.

Рис. 4. 1

Требуется:

1. Определить расход воды Q при следующих исходных данных: напор Н = 6 м., диаметр d1 = 100 мм., d2 = 150 мм., коэффициенты сопротивления трения по длине и.

2. Вычислить манометрическое давление в сечениях d-d и e-e.

3. Построить в масштабе линию удельной энергии и пьезометрическую линию, вычислив предварительно каждую потерю напора и скоростные напоры.

Решение

1. Для потока реальной жидкости уравнение Бернулли имеет вид /3/:

, (4. 1)

где — геометрическая высота, т. е. расстояние от произвольной горизонтальной поверхности до рассматриваемой точки в сечении;

— пьезометрическая высота, соответствующая полному или манометрическому давлению;

— скоростной напор;

?- потери напора на преодоление гидравлических сопротивлений между сечениями; -коэффициент Кориолиса.

Составим уравнение Бернулли для сечений I-I и II-II, приняв за плоскость сравнения сечение 0−0 (рис. 5. 1):

;

Сумма двух слагаемых Н1 + z1 дает величину напора Н. Пренебрегая скоростным напором в резервуаре получим окончательно:

,

Общие потери напора условно считаются равными сумме потерь напора, вызываемых каждым сопротивлением в отдельности, т. е. применяют так называемый принцип наложения потерь напора /1/:

, (4. 2)

где — сумма потерь напора по длине отдельных участков трубы; - сумма всех местных сопротивлений на участке.

Для определения потерь по длине для круглых труб удобно применять формулу Вейсбаха-Дарси /3/:

, (4. 3)

где — коэффициент гидравлического трения по длине; - длина трубы; - диаметр трубы; V — средняя скорость течения.

Сумма потерь напора по длине участков трубы с диаметрами d1 и d2 равна:

;

Местные потери напора вычисляются по формуле Вейсбаха, которая в общем виде имеет вид:

, (4. 4)

где — коэффициент потерь.

В случае внезапного расширения трубопровода местные потери напора определяются по теоретической формуле Борда /4/:

, (4.5.)

где. Тогда в нашем случае потери при внезапном расширении трубы:

.

Потери напора на вход в трубу, согласно формуле (4. 4):

,

где /1, стр. 215, табл. П. 4/.

Потери напора на кране, по (4. 4):

,

где = 1,56 при /4/.

Подставляем потери напора в уравнение Бернулли для сечений I-I и II-II:

гидравлический прибор давление напор

;

Так как в этом уравнении две неизвестных, то выразим скорость V1 через V2 в соответствии с уравнением неразрывности /4/:

т.е. средние скорости обратно пропорциональны площадям соответствующих поперечных сечений.

Отсюда:

.

Подставляя, получим:

;

;

Приняв =1 /1, стр. 97/, находим среднюю скорость во второй трубе:

.

Тогда средняя скорость в первой трубе.

Для определения расхода воспользуемся формулой /4/:

Тогда в нашем случае:

.

Значение скоростных напоров и. Тогда потери удельной энергии (потери напора):

потери на вход

потери на кране

потери по длине первой трубы

потери на внезапное расширение

потери по длине второй трубы.

Проверка показывает, что

Для построения напорной линии (линии удельной энергии) составляем уравнение Бернулли для сечений I-I и произвольного сечения х-х (рис. 4. 2), относительно выбранной плоскости сравнения 0−0:

,

откуда найдем удельную энергию в сечении х-х:

,

где — потери напора на участке потока от сечения I-I до рассматриваемого сечения х-х; - пьезометрическая высота, соответствующая избыточному давлению.

Таким образом, для определения значения удельной энергии в заданном сечении х-х необходимо вычесть из Н сумму потерь напора на участке потока I-x. Определяем значение удельной энергии в шести расчетных сечениях: a-a,b-b,c-c,d-d, e-e, II-II (рис. 4. 2):

Сечение а-а:;

Сечение b-b:

Сечение с-с:;

Сечение d-d:;

Сечение е-е:;

Сечение II-II:.

Для определения координаты пьезометрической линии необходимо из значения из значения удельной энергии в каждом сечении х-х вычесть значение скоростного напора:

Сечение а-а:;

Сечение b-b:;

Сечение с-с:;

Сечение d-d:;

Сечение е-е:;

Сечение II-II:.

Построим в масштабе вертикальный М 1: 100 и горизонтальный М 1: 500.

Рис. 4. 2

Манометрическое давление в сечениях d-d и е-е будет определяться по формуле /3/:

, (4. 6)

Тогда манометрическое давление в сечении d-d равно:

.

Аналогично давление в сечении е-е:

.

Гидравлический расчет коротких трубопроводов при установившемся движении жидкости с учетом решения движения (задача 5)

На рис. 5.1 показано, что вода подается из верхнего бьефа в нижний с помощью сифона (сетка без обратного клапана).

Рис. 5. 1

Требуется:

1. Определить режим движения при температуре.

2. Вычислить зону (область) гидравлического сопротивления, если высота выступов шероховатости стенок труб мм (n = 0,012), и в зависимости от зоны сопротивления вычислить коэффициент.

3. Определить напор Н, необходимый для пропуска заданного расхода Q.

4. Вычислить в Н/м2 и кгс/см2 манометрическое давление в точке А, если рА> рат или вакуумметрическое давление, если рА< рат.

Исходные данные для расчета:

расход воды Q = 40 л/с. ;

Длина сифона м. ;

диаметр трубы d = 200 мм. ;

высота подъема, а = 2 м.

Решение

Для выполнения режима движения необходимо вычислить безразмерное число Рейнольдса Re и сравнить его с величиной так называемого критического числа Рейнольдса Reкр.

При движении жидкости в напорной круглой трубе число Рейнольдса определяется по формуле /3/:

, (5. 1)

где — кинематический коэффициент вязкости, зависящий от температуры, принят при /2, стр. 211, табл. П. 1/;

V1 — скорость в трубе, определяемая по формуле /3/:

;

Вычисляем число Рейнольдса по (5. 1):

.

Так как, то режим движение турбулентный. Число Рейнольдса получилось сравнительно большим, поэтому предполагаем, что движение происходит в квадратичной области сопротивления.

Если число Рейнольдса, вычемленное по уравнению (5. 1), удовлетворяет условию /2/:

(5. 2)

то область сопротивления будет квадратичной.

В формуле (5. 2): С — коэффициент Шези, который определяем по формуле Агроскина /2/:

(5. 3)

где к — параметр гладкости, значение которого 4,04 для чугунных труб,

/2, стр. 214, табл. П. 3/;

R — гидравлический радиус, в нашем случае равный:

;

Тогда по формуле (5. 3) находим коэффициент Шези:

Вычисляем число Рейнольдса, при превышении которого начинается квадратичная область, по условию (5. 2) имеем:

,

Имеем, что, следовательно, движение будет происходить в квадратичной зоне. Тогда коэффициент можно определить через коэффициент Шези по формуле /2/:

; (5. 4)

По формуле (5. 4) определим

.

3. Для определения напора Н составим уравнение Бернулли (4. 1) для сечений I-I и II-II, расположенных на свободной поверхности, приняв за плоскость сравнения сечение II-II (плоскость 0−0, рис. 5. 1):

;

Пренебрегая скоростными напорами, и после сокращения, получим, т. е. весь напор затрачивается на преодоление сопротивлений.

будет состоять из:

,

где hсет — потери от сетки без обратного клапана, определяется по формуле /3/:

,

где — коэффициент потери сетки без обратного клапана, равный 5,5 /2, стр. 217, табл. П. 4/; V1 — скорость воды в трубе.

Подставляя значения, имеем:

;

hпов — потери на повороте, определяются по формуле /3/:

,

где = 0,291, при согласно /3, стр. 216, табл. П. 4/.

Подставляя значения, получим:

;

hвых — потери при выходе, определяются по формуле /3/:

,

, согласно /3/. Находим:

.

Находим потери по длине /3/:

.

Находим:

.

Следовательно напор Н равен:

.

4. Найдем давление в точке, А (рис. 5. 1). Для этого, расположим сечение Х-Х в точке, А и составим уравнение Бернулли для сечений I-I и Х-Х, приняв за плоскость сравнения сечение I-I:

, (5. 5)

где /3, стр. 27/; - потери напора до сечения Х-Х, равные:

,

где, следовательно:

;

Из уравнения (5. 5) находим давление в точке А:

,

или

Т.е. в точке, А — вакуумметрическое давление, так как.

Истечение из отверстий и насадок при постоянном напоре (задача 6)

В оболочке резервуара сделаны квадратное отверстие со стороной, а = 4 см. и круглое отверстие диаметром d = 6 см., к которому присоединен цилиндрический насадок (рис. 6. 1).

Рис. 6. 1

Определить:

1. Суммарный расход Q л/с из резервуара.

2. Длину стороны a1 квадратного отверстия, чтобы при заданных отметках расход

квадратного отверстия равнялся расходу из насадка.

3. Расход Q1 из резервуара через трубу диаметром d2 м и длиной? с краном посередине, присоединенную вместо насадка.

Указание. При определении мсист принять коэффициент л=0,02.

Исходные данные для расчета:

o Отметки, м (рис. 6. 1).

Труба:

o диаметр d2 = 90 мм. ;

o длина l = 15 м. ;

o угол открытия крана б = 30.

Решение

1. Определим суммарный расход Qсум из резервуара:

, (6. 1)

где Qнас — расход из насадка; Qотв — расход из отверстия.

Расход из насадка определим по формуле /2/:

, (6. 2)

где м — коэффициент расхода (м = 0,82 /2, стр. 133, табл. 3. 1/); щ — площадь отверстия; Н0 — напор с учетом скорости V0 подхода жидкости к отверстию.

Напор над центром насадка Н1 = 3,7 — 2,4 = 1,3 м. Пренебрегая скоростью примем Н10.

Площадь насадка

.

По формуле (6. 2) имеем, что:

.

Расход из отверстия определим по формуле /2/:

, (6. 3)

где мнеп — коэффициент расхода с учетом неполноты сжатия отверстия к одной или двум направляющим стенкам резервуара:

, (6. 4)

где с — эмпирический коэффициент, равный 0,15 для прямоугольных отверстий;

n — периметр отверстия, по которому устранено сжатие; р — полный периметр отверстия;

м = 0,62 /2, стр. 133, табл. 3. 1/.

По (6. 4) определим:

;

Расход через отверстия, соответствует напору H2=3,7 — 0,02=3,68 м. Скоростью подхода также пренебрегаем, тогда по формуле (6. 3) определяем расход из отверстия:

;

По формуле (6. 1) определяем суммарный расход:

.

2. Для определения длины стороны a1 квадратного отверстия приравняем или:

,

где, подставляя получим. Выражая a получаем:

, или.

3. Для определения расхода Q1 из резервуара через трубу воспользуемся формулой (6. 2), вычислив предварительно коэффициент расхода:

;

При истечении в атмосферу через незатопленное выходное отверстие следует в формулу (6. 2) подставлять коэффициент расхода системы /2/:

(6. 5)

Здесь коэффициент кинетической энергии б относится к выходному сечению, и в данном случаи принят б=1,0 /1, стр. 24/

ж — местных потерь для участка трубопровода.

Рис. 6. 2

Вычислим сумму потерь:

где жвх — коэффициент потерь на вход, жвх = 0,5 /2, стр. 215, табл. П. 4/;

жкр зависит от угла поворота б в данном случаи угол б=30° следовательно жкр=5,47 /2, с. 217, табл. П. 4/;

ждл — потери напора по длине, который найдем по формуле:

;

Подставляя числовые данные, определим сумму потерь:

;

По формуле (6. 5) определяем. Расход:

.

Истечение из отверстий и насадок при переменном напоре (задача 7)

На рис. 7.1 схематический продольный разрез двухкамерного шлюза. Размеры камер l = 80 м., ширина b = 12 м. (по нормали к плоскости чертежа), площадь отверстий, коэффициенты расхода отверстий, площадь донных галерей, коэффициенты расхода галерей.

Отметки уровня воды, м.: УВБ = 48,0; УНБ = 32,0; в верхней камере = 45,0 м.

Определить время шлюзования парохода из верхнего бьефа в нижний, при этом время на открытие ворот и передвижку парохода не учитывать.

Рис. 7. 1

Решение

Время шлюзования будет состоять из четырех периодов, определяемых из уравнений, которые отражают закономерности изменения напора в данном периоде.

1. Наполнение верхней камеры от отметки 45,0 м. до уровня верхнего бьефа (отметка 48,0 м.) будет происходить при переменном напоре от Н1 = 48 — 45 =3 м. до Н2=0

Время наполнения верхней камеры находим по формуле /1/:

, (7. 1)

где — площадь свободной поверхности, определяемая по формуле /4/:

Н — начальный напор воды; - коэффициент расхода; - площадь донных галерей.

По формуле (7. 1) определяем:

Время выравнивания уровней воды в камерах будет состоять из двух частей.

2. Время, в течение которого уровень в первой камере опустится настолько, чтобы при этом уровень во второй камере поднялся до центра среднего отверстия, т. е. на 38,5 — 32,0 = 6,5 м.

При этом напор над центром отверстия будет изменяться от Н2 = 48 -38,5 = 9,5 м. до Н3 = 9,5 — 6,5 = 3 м. (так как размеры камер одинаковы).

Время определяется по формуле /1/:

, (7. 2)

где Н2 — начальный напор; Н3 — конечный напор (напор над центром среднего отверстия).

Подставляя числовые данные в (7. 2), находим:

3. Время выравнивание уровней воды в камерах.

В начале этого периода напор над центром отверстия Н3 = 3 м., в конце Н4 = 0.

Выровненный уровень воды установится на отметке (ввиду равенства камер).

При одинаковых площадях резервуаров время изменения напора определяется формулой /1/:

; (7. 3)

Тогда в нашем случае:

4. Время понижение уровня воды во второй камере от отметки 40,0 м. до отметки нижнего бьефа 32,0 м. определится по формуле (7. 1). Напор при этом будет уменьшаться от Н5 = 40,0 — 32,0 = 8 м. до Н = 0.

Время шлюзования равно сумме:

Гидравлический расчет длинного трубопровода (задача 8)

Из напорного бака в пункты В и С (рис. 8. 1) по новым чугунным трубам подается вода. Определить отметку уровня воды в напорном баке.

Исходные данные для расчета:

o диаметр d1 = 150 мм., d2 = 125 мм. ;

o длина l1 = 530 м., l2 = 320 м. ;

o расход Q1 = 10 л/с., Q2 = 11 л/с.

o

Рис. 8. 1

Решение

Отметку уровня воды в напорном баке можно найти по формуле /4/:

, (8. 1)

где — поправочный коэффициент для расчетов труб в переходной области сопротивления; Q — расход воды; l — длина трубы диаметром d; К — расходная характеристика.

Найдем средние скорости V1 и V2 течения воды в трубопроводе по формуле /4/:

,

.

Согласно /3, табл. П. 7. 5/ для диаметров труб d1 и d2 найдем скорость при повышении которой наступает квадратичная область при d1 = 150 мм., соответственно для d2 = 125 мм..

Так как и, то область сопротивления не квадратичная. В этом случае необходимо табличное значение расходной характеристики ,

по /1, табл. П. 5/ на поправочный коэффициент и /1, табл. П. 6/.

По формуле (8. 1) определяем:

Относительно нулевой отметки отметка в напорном баке будет составлять.

Гидравлический удар в трубопроводе (Задача 9)

Из напорного бассейна по трубопроводу, показанному на рис. 9. 1, поступает вода расходом Q. Перед затвором при нормальной работе трубопровода (при полностью открытом затворе и расходе Q) избыточное давление р0 = 1,2 атм.

Рис. 9. 1

Определить:

1. Какое напряжение возникает в стенках трубопровода, если быстро закрыть кран?

2. Длительность фазы.

Исходные данные для расчета:

o материал трубы — полиэтилен;

o диаметр d = 500 мм. ;

o толщина стенок;

o длина l = 880 м. ;

o расход Q = 220 л/сек.

Решение

1. Напряжение, возникающее в стенках трубопровода, определяется по формуле /3/:

, (9. 1)

где — толщина стенок; р — давление в трубопроводе; d — диаметр трубопровода.

При мгновенном закрытии затвора повышение давления в трубе определяется /1/:

, (9. 2)

где — плотность жидкости; V0 — средняя скорость движения жидкости в трубопроводе до закрытия крана

;

с — скорость распространения ударной волны, определяемая по формуле /1/:

, (9. 3)

где К — модуль упругости жидкости; Е — модуль упругости материала стенок трубопровода;

Для воды, в нормальных условиях плотность, модуль упругости и. Отношение согласно /1, стр. 180, табл. 5. 1/

Определим скорость распространения ударной волны по (9. 3):

.

По формуле (9. 2) найдем значение:

.

Тогда напряжение в стенках трубопровода по (9. 1):

.

2. Длительность фазы находится по формуле /4/:

(9. 4)

Подставляя известные числовые данные, получим:

Заключение

Гидравлика как прикладная инженерная наука необходима для расчетов при проектировании сетей и сооружений систем водоснабжения, гидротехнических сооружений, плотин и т. д.

Описываемые в данной курсовой работе девять задач являются составной частью курса «Гидравлика» для студентов строительных специальностей. Их выполнение позволит студентам усвоить физическую сущность изучаемых гидравлических явлений, обобщения полученных результатов и приобрести некоторые навыки применения теории в строительной практике.

Список использованных источников

1. Штеренлихт Д. В. Гидравлика. Учеб. для вузов. — М.: Энергоиздат, 1991. -351 с.

2. А. В. Андреевская, М. В. Панова, Н. П. Лавров. Практикум по гидравлике. -

Бишкек: Изд-во КРСУ, 2006. — 221 с.

3. Справочник по гидравлическим расчетам / под ред. П. Г. Киселева — М.: Энергия, 1974. — 312с.

4. Чугаев Р. Р. Гидравлика: Учеб. для вузов. -Л.: Энергия, 1975. -600 с.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой