• скачать файл

Практикум для студентов специальностей 230100 «Сервис транспортных

с. 1


мИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное агентство по образованию
Санкт-Петербургский государственный университет сервиса и экономики

Кафедра «Бытовые машины и приборы»
Г.С. Сухов


Гидравлика



Лабораторный практикум для студентов специальностей 230100 «Сервис транспортных и технологических машин и оборудования в сфере быта и услуг» и 230300 «Бытовые машины и приборы»

Санкт-Петербург

2007

Утверждены на заседании кафедры СБМиП,



п
ротокол № 6 от 28.02.2001 г.
Одобрены Методическим Советом факультета сервиса технических систем, протокол № 3 от 28.02.2001 г.

Гидравлика. Методические указания для студентов заочного отделения специальностей 230100 и 230300. – СПб.: Изд-во СПбГУСЭ, 2007. – 19 с.
Методические указания содержат развёрнутую учебную программу курса «Гидравлика» с пояснительными комментариями по каждому разделу, список учебной литературы и домашние контрольные работы с индивидуальными вариантами и приложениями.

Составитель: д-р физ.-мат. наук, проф. Г.С. Сухов


Рецензент: д-р тех. наук, проф. Е.А. Свядощ

 Санкт-Петербургский государственный университет


сервиса и экономики

2007 г.


1. Общие методические указания

При изучении гидравлики студенты-заочники, руководствуясь программой курса, самостоятельно работают над учебниками и учебными пособиями и выполняют домашние контрольные работы.

Материал курса изучают по основному учебнику (см. список рекомендованной литературы). Для более подробного изучения отдельных частных вопросов рекомендуется дополнительная литература.

При самостоятельном изучении дисциплины по учебнику следует добиваться отчётливого понимания физической сущности изучаемых явлений и процессов. В ходе самостоятельной работы целесообразно составлять конспект и решать задачи для закрепления теоретического материала.

В соответствии со своим учебным графиком, студенты-заочники в институте, либо в его филиалах или региональных представительствах, прослушивают обзорные лекции по вопросам дисциплины и под руководством преподавателя выполняют лабораторные работы в объёме, предусмотренном рабочей программой курса. Форма отчётности: домашняя контрольная работа – 1, экзамен – 1.

2. Цели и задачи дисциплины


Курс представляет собой основы технической гидромеханики и необходим для успешного решения вопросов эксплуатации и ремонта узлов автомобильной и бытовой техники, содержащих элементы гидравлики.

В процессе обучения в институте полученные знания используются также при курсовом проектировании по специальным дисциплинам, а также – при выполнении дипломного проекта.


3. Содержание дисциплины

Тема 1. Основные физические свойства жидкостей и газов


Характеристики жидкостей: объёмный вес, плотность, сжимаемость, температурное расширение, вязкость. Понятие идеальной жидкости. Поверхностные и объёмные силы. Абсолютное гидростатическое давление, его свойства. Атмосферное давление, манометрическое давление, вакуум.

Свойства газов. Параметры состояния. Уравнение состояния идеального газа.


Методические указания


Объект изучения в гидравлике (иначе называемой «Техническая гидромеханика») – жидкость. Это физическое тело, молекулы которого относительно слабо (по сравнению с твёрдым телом) связаны между собой. Поэтому при силовом воздействии объём жидкости очень легко изменяет свою форму. Все жидкости при изменении давления и температуры изменяют свой объём, однако очень незначительно. Например, при изменении давления и температуры в 100 раз, объём жидкости изменяется соответственно на 1% и 4%. Таким образом, способность жидкости к сохранению объёма и неспособность к сохранению формы дают основание определить жидкое состояние вещества, как промежуточное между твёрдым и газообразным.

Свойство жидкости оказывать сопротивление сдвигу или скольжению соприкасающихся слоёв, называется вязкостью. Вязкость приводит к появлению сил внутреннего трения между смежными слоями жидкости с различными скоростями. Вязкость характеризует степень текучести жидкости, подвижности её частиц. Она практически не зависит от давления и существенно уменьшается с ростом температуры. Вязкость – динамическая характеристика, она проявляется только в движущейся жидкости. При этом порождаемые ей силы трения подчиняются закону вязкого трения Ньютона.

Установлено, что большинство реальных жидкостей, существующих в природе, обладают практически постоянной плотностью и слабо выраженной вязкостью. Эти обстоятельства позволили ввести в гидравлику понятие «идеальная жидкость». Эта жидкость обладает строго постоянной плотностью и строго нулевой вязкостью и, следовательно, не отличается сильно от реальных жидкостей. А между тем, решения инженерных задач на основе модели идеальной жидкости существенно упрощаются, не теряя при этом способности правильно отражать существо исследуемых явлений.

Тема 2. Гидростатика


Дифференциальные уравнения равновесия жидкости Эйлера. Основное уравнение гидростатики. Его физический смысл. Закон сообщающихся сосудов. Закон Паскаля. Работа гидравлического пресса. Закон Архимеда и условие плавучести тела, погружённого в жидкость. Относительный покой жидкости.

Методические указания


Гидростатика изучает законы равновесия жидкости. Она рассматривает распределение давления в покоящейся жидкости, определяет величину, точку приложения и направление силы давления жидкости на плоские и криволинейные поверхности.

Как известно, за единицу давления в Международной системе единиц принят ПАСКАЛЬ. Это давление, при котором на один кв. метр поверхности действует сила в один ньютон. Для практических целей эта единица в силу её малости неудобна. Поэтому чаще применяют кратные единицы – килопаскаль (1кПа=103Па) и мегапаскаль (1МПа=106Па). Нормальное атмосферное давление на уровне моря при температуре t=00С принимается равным Ра=1,01·105Па.

Часто жидкость сверху соприкасается с газом. Поверхность раздела между жидкостью и газообразной средой называется свободной поверхностью жидкости.

Относительный покой жидкости – широко распространённое в гидравлике явление. Необходимо чётко представлять его физическую сущность. В отличие от абсолютного покоя, когда жидкость неподвижна в неподвижном сосуде, в состоянии относительного покоя она находится в сосуде, движущимся с постоянным ускорением. На жидкость при этом, кроме силы тяжести, действуют силы инерции, перемещающие её относительно сосуда. В конечном счёте, силы инерции уравновешиваются реакцией стенок и перемещение прекращается. Жидкость относительно движущего сосуда становится неподвижной, а её свободная поверхность под действием сил инерции искривляется, приобретая формы, отличные от горизонтальной.


Тема 3. Кинематика жидкости


Понятие о струйном движении жидкости. Элементарная струйка. Линия тока. Живое сечение потока. Объёмный расход потока. Уравнение неразрывности потока жидкости в канале. Особенности уравнения неразрывности газового потока.

Дифференциальные движения идеальной жидкости Эйлера. Интегральные уравнения движения идеальной и вязкой жидкости в элементарной трубке тока. Уравнение Бернулли для движения вязкой жидкости в канале. Понятие полной удельной энергии (напора) в потоке жидкости. Составляющие полной удельной энергии. Физический смысл членов уравнения Бернулли.


Методические указания


Основными уравнениями гидродинамики являются: уравнение неразрывности потока жидкости (постоянства объёмного расхода в канале при установившемся режиме течения) и уравнение Бернулли.

Уравнение неразрывности имеет вид:

Q=ων=const, (1)

где: Q(м3/с) – объёмный расход жидкости; ω – площадь живого сечения потока; V – средняя скорость по сечению канала.

Уравнение Бернулли составляется для двух живых сечений потока и для установившегося движения вязкой жидкости имеет следующий вид:

, (2)

где: z – геометрический напор или высота положения – расстояние от произвольно выбранной горизонтальной плоскости сравнения до центра сечения (в энергетическом смысле – это удельная, т.е. отнесённая к единице веса жидкости, потенциальная энергия положения); РМ – манометрическое давление; γ – объёмный вес жидкости; РМ/γ – пьезометрический напор (удельная потенциальная энергия сжатия жидкости); ν – средняя скорость потока в сечении; α – коэффициент Кориолиса, отражающий степень неоднородности локальной скорости поперёк сечения канала; αν2/2g – скоростной напор (удельная кинетическая энергия жидкости) hS - суммарные гидравлические потери напора (потери полной удельной энергии жидкости, обусловленные работой по преодолению сопротивлений в канале на участке между сечениями 1 и 2). Гидравлические потери складываются из потерь на трение в жидкости о стенки по длине канала hW и потерь на местных сопротивлениях (локальных препятствиях движению) hM. Таким образом:

hS=hW+hM; (3)

αν2/2g+PM/γ+z – полный напор (полная удельная энергия жидкости).


Следует иметь в виду, что уравнение Бернулли является частным случаем закона сохранения энергии. Оно получено интегрированием дифференциальных уравнений движения жидкости Эйлера и поэтому отражает баланс только механической энергии в потоке жидкости.

Тема 4. Режимы движения вязкой жидкости


Ламинарный и турбулентный режимы. Опыты Рейнольдса. Понятие критических скоростей движения жидкости. Число Рейнольдса. Основы теории гидродинамического подобия. Критерии подобия.

Тема 5. Ламинарное движение жидкости


Ламинарный режим. Вязкое трение. Распределение скоростей по сечению круглой трубы (профиль скорости Пуазейля). Расход потока. Средняя скорость. Потери напора на трение по длине трубы (формула Дарси).

Методические указания


Потери напора по длине трубы при любом режиме движения определяются формулой Дарси:

, (4)

При ламинарном режиме течения жидкости λ=64/Re и формула (4) превращается в соотношение:



, (5)

где: λ – коэффициент гидравлического трения; d – диаметр трубы; L – длина расчётного участка трубы; Re=νd/υ – число Рейнольдса; υ – кинематический коэффициент вязкости.

Из формулы (5) непосредственно следует, что потери напора на трение по длине трубы прямо пропорциональны средней скорости потока (hW~ν – линейный закон сопротивления). Кроме того, они зависят от физических свойств жидкости и геометрических параметров трубы, а шероховатость не влияет на потери.

Тема 6. Турбулентное движение жидкости


Турбулентный режим. Понятие локальной осреднённой скорости. Вязкое трение в турбулентном потоке. Распределение осреднённых скоростей по сечению трубы. Понятие о гладких и шероховатых трубах. Потери напора в трубах.

Методические указания


Потери напора на трение по длине трубы при турбулентном движении определяются также формулой Дарси, но при этом коэффициент сопротивления λ определяют по иным зависимостям, чем в ламинарном потоке. Они носят весьма сложный характер и отражают влияние на коэффициент λ:

  • физических свойств жидкости (через число Re);

  • качества внутренней поверхности трубы (через среднюю высоту шероховатости δ);

  • геометрии трубы (через её диаметр d),

т.е. λ=ƒ(Re, δ, d).

Тема 7. Местные гидравлические сопротивления


Понятие и основные виды местных сопротивлений. Потери напора на местном сопротивлении (формула Вейсбаха). Коэффициент местных потерь. Его определение при ламинарном и турбулентном режимах течения. Внезапное расширение трубы (теорема Борда). Сужение трубы. Истечение из трубы в сосуд большой ёмкости. Физическая природа потерь на местных сопротивлениях.

Методические указания


Местные потери напора определяются по формуле Вейсбаха:

hW=ζν2/2g, (6)

где: ζ – коэффициент местного сопротивления; ν – средняя скорость в канале, как правило, за местным сопротивлением. Коэффициент ζ при больших числах Рейнольдса зависит только от вида местного сопротивления. При ламинарном режиме он зависит и от вида сопротивления и от числа Рейнольдса.

Простое суммирование потерь на нескольких местных сопротивлениях, последовательно включенных в магистраль, возможно, если они достаточно удалены друг от друга (на 20÷30 калибров). В противном случае они влияют и друг на друга, работают, как единое целое, коэффициент сопротивления которого определяется опытным путём.


Тема 8. Гидравлический расчёт трубопроводов


Классификация трубопроводов (простые, сложные, длинные, короткие). Основные расчётные соотношения. Расчёт простого трубопровода в виде последовательного соединения труб разного диаметра и длины. Расчёт сложного трубопровода в виде параллельного соединения труб разного диаметра и длины. Расходная характеристика труб.

Методические указания


При расчёте напорных трубопроводов применяются уравнения Бернулли (2), неразрывности (1) и формулы (4) и (6) для определения гидравлических потерь.

По отношению местных потерь напора к потерям на трение по длине трубы трубопроводы делят на короткие и длинные.

К коротким относят трубопроводы, в которых местные потери существенны и их определяют вместе с потерями по длине.

К длинным относят трубопроводы, в которых местные потери несущественны по сравнению с потерями по длине. Ими либо пренебрегают вообще, либо без расчётов принимают равными 10÷15% потерь по длине.


Тема 9. Истечение через отверстие и насадки


Истечение жидкости из резервуара через отверстие в тонкой стенке при постоянном напоре. Расчёт скорости истечения, объёмного расхода. Коэффициенты скорости и расхода. Истечение жидкости через цилиндрический насадок. Насадки различного типа. Особенности истечения через затопленное отверстие.

Методические указания


Расход жидкости при её истечении из резервуара через отверстие или насадок определяется формулой:

, (7)

где: μ – коэффициент расхода; ω – площадь сечения отверстия или насадка; H0 – действующий напор, равный:

Н0=Н + (Р0а)/γ+α0ν02/2g, (8)

где: Н – расстояние от центра сечения отверстия, или насадка до свободной поверхности жидкости; Р0 – давление на поверхности жидкости в резервуаре; Ра – атмосферное давление; ν0 – скорость движения жидкости в резервуаре; α0ν02/2g – величина малая и ей пренебрегают; обычно Р0а, поэтому на практике уравнение (8) принимает более простой вид Н0=Н и:

Q= , (9)

Величина μ консервативная и находится в пределах μ=0,6÷0,69.


Тема 10. Математические методы исследования
в гидромеханике


Общая форма уравнений тепло- и массопереноса для описания гидромеханических процессов. Начальные и граничные условия. Конечно-разностные формы уравнений Навье-Стокса и Рейнольдса. Общая схема применения численных методов и их реализация на ЭВМ. О роли строго математических постановок задач и инженерных приближений в разработке современной теории гидравлических машин и систем.

Методические указания


Целью данной темы является формирование у студентов чётких представлений об особенностях методики исследования в теоретической гидромеханике и о её месте в решении практических проблем гидравлики.

Тема 11. Объемные гидро- и пневмоприводы


Определение и принцип действия объёмного гидропривода. Его преимущества перед другими системами привода. Схемы и работа гидроприводов с объёмным и дроссельным регулированием. К.П.Д. гидроприводов. Основные требования к рабочим жидкостям гидроприводов. Области применения. Особенности схемы и работы пневмопривода. Его преимущества и недостатки.

Насосы и двигатели для гидроприводов. Роторно-поршневые (радиальные и аксиальные) гидронасосы. Особенности их конструкции, производительность, способы регулирования.

Гидродвигатели возвратно-поступательного действия (силовые гидроцилиндры). Гидродвигатели вращательного действия.

Аппаратура и вспомогательные элементы гидроприводов. Классификация аппаратов. Гидродроссели (линейный, нелинейный, золотниковый). Гидрораспределители (крановый, золотниковый). Гидроклапаны (предохранительный, переливной). Фильтры.


Методические указания


При изучении работы гидроприводов центральным является вопрос регулирования его параметров, которое достигается изменением давления Р и расхода рабочей жидкости Q в магистрали. Это происходит двумя путями:

1. Изменением режима работы регулируемого гидронасоса (объёмное регулирование);

2. Изменением режима работы дроссельного устройства, включенного в напорную или сливную магистраль гидропривода (дроссельное регулирование). В такой схеме гидронасос работает в неизменном (щадящем) режиме, а вариация Р и Q осуществляется с помощью регулируемого дросселя. Дроссель пропускает лишь ту часть расхода, генерируемого насосом, которая обеспечивает заданный ражим работы гидропривода. Избыток расхода сливается под давлением в бак через переливной клапан, подключенный параллельно насосу. Эта жидкость не участвует в рабочем процессе. Работа по её переливу поэтому не является полезной, снижает к.п.д. гидропривода и относится к числу неизбежных издержек данного способа регулирования.

Схемы гидроприводов с дросселем выгодны в относительно маломощных гидромеханических системах с частыми сменами режима работы, т.к. предусматривают защиту гидронасоса от преждевременного износа, а потери энергии на перелив избыточной рабочей жидкости относительно малы (бульдозеры, экскаваторы, автокраны и др.).

Напротив, такие схемы экономически неэффективны в гидромеханических системах большой мощности (например, портальные краны), где смена режимов гидропривода происходит относительно редко, а потери энергии на перелив в бак рабочей жидкости в случае дроссельного регулирования были бы связаны со значительными энергетическими затратами. В таких случаях используются схемы гидроприводов с объёмным регулированием.

Тема 12. Гидродинамические передачи


Назначение и области применения гидродинамических передач. Принцип действия, устройство, классификация. Рабочие жидкости.

Гидромуфты. Устройство и рабочий процесс. Основные параметры и характеристики. Совместная работа гидромуфты с двигателем.

Гидротрансформаторы. Устройство и рабочий процесс. Потери энергии в гидротрансформаторе. Совместная работа гидротрансформатора с двигателем.

Методические указания


Характеристики машин, между которыми передаётся механическая энергия, часто не соответствуют друг другу, вследствие чего они работают неэкономично. Согласование этих характеристик достигается путём применения гидродинамических передач, в которых отсутствует жёсткий контакт между ведущим и ведомым звеньями, вращающимися с различными угловыми скоростями. Вращательное движение передаётся через упругую среду – рабочую жидкость.

Гидропередача – это механизм, состоящий из двух предельно сближенных в общем корпусе лопастных систем – насоса и турбины, передающих с потоком жидкости энергию от двигателя к рабочей машине. Отсутствие жёсткой связи между лопастными системами гидропередачи обеспечивает плавное изменение скорости вращения ведомого вала в зависимости от его нагрузки.


Литература, рекомендуемая
для самостоятельного изучения курса гидравлики


Основная:

  1. Угинчус А.А. Гидравлика и гидравлические машины. – Харьков, Изд. ХГУ, 1970.

  2. Башта Т.М., Руднев С.С. Некрасов Б.Б. и др. Гидравлика, гидравлические машины, гидравлические приводы. – М., ВШ, 1982.

  3. Калицун В.И., Кедров В.С., Ласков Ю.М. Гидравлика, водоснабжение, канализация. – М., Стройиздат, 2000.

Дополнительная:

  1. Вильнер Я.М., Ковалёв Я.Т., Некрасов Б.Б. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам. – Минск, ВШ, 1976.

  2. Юшкин В.В. Гидравлика и гидравлические машины. – Минск, ВШ, 1974.

5. Контрольные задания

5.1. Методические указания


К решению задач контрольного задания рекомендуется приступать только после изучения соответствующих разделов курса. Следует помнить, что только сознательное решение задач принесёт пользу и поможет закреплению знаний теоретического курса. Перед выполнением контрольной работы целесообразно ознакомиться с ходом решения аналогичных задач по учебной литературе.

Контрольные задачи составлены по стовариантной (численной) системе, в которой исходные данные к каждой задаче выбираются из соответствующих таблиц по последней и предпоследней цифрам шифра (личного номера) студента-заочника. Вариант выполненной работы должен соответствовать этому шифру. Работы, выполненные не по своему варианту, преподавателем к рассмотрению не принимаются..

При выполнении контрольной работы необходимо соблюдать следующие условия:

а) выписывать условия задачи и исходные данные;

б) решение задачи сопровождать кратким пояснением;

в) все вычисления проводить в системе единиц СИ;

г) обязательно указывать размерность величин.

Контрольная работа выполняется в отдельной тетради, в конце работы студент приводит список использованной им учебной литературы и ставит свою подпись. На обложке тетради указывается фамилия и инициалы студента, его шифр, специальность, дисциплина, по которой выполнена работа и домашний адрес. Выполненная работа перед сдачей преподавателю на проверку регистрируется в деканате.


5.2. Содержание контрольных заданий


Задача 1.

В сосуде, открытом в атмосферу, находятся две несмешивающиеся жидкости, образующие два слоя (см. рис. 1). В верхнем слое 1 находится лёгкая жидкость – трансформаторное масло, плотность ρ1=880 кг/м3. В нижнем слое 2 находится вода, плотность ρ2=103кг/м3. Верхний слой прикрыт цилиндрическим поршнем из материала плотностью ρп=104 кг/м3 и толщиной δ. Значения абсолютного давления в центре каждого слоя равны Р1 и Р2. Определить: толщины слоёв жидкостей h1 и h2, а также общую высоту h заполнения жидкостью сосуда.

Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из таблицы 1.

Таблица 1



Предпоследняя

цифра шифра



Р1, МПа

Р2, МПа

Последняя цифра шифра

δ, м

0

0,11

0,13

0

0,07

1

0,12

0,14

1

0,08

2

0,13

0,15

2

0,09

3

0,14

0,16

3

0,10

4

0,15

0,17

4

0,11

5

0,16

0,18

5

0,12

6

0,17

0,19

6

0,13

7

0,18

0,20

7

0,14

8

0,19

0,21

8

0,15

9

0,20

0,22

9

0,16

Указания: атмосферное давление принять равным Ра=105 Па
Задача 2.

Шарообразное тело радиусом R и плотностью вещества ρТ находится в равновесии в частично погружённом состоянии на поверхности жидкости плотностью ρ (см. рис. 2).

Определить глубину h погружения тела в жидкость. Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из таблицы 2.

Таблица 2



Предпоследняя

цифра шифра



R, м

Последняя цифра шифра

ρт, кг/м3

ρ, кг/м3

0

0,9

0

470

970

1

1,0

1

480

980

2

1,1

2

490

990

3

1,2

3

500

1000

4

1,3

4

510

1010

5

1,4

5

520

1020

6

1,5

6

530

1030

7

1,6

7

540

1040

8

1,7

8

550

1050

9

1,8

9

560

1060

Указания: задача сводится к необходимости решения уравнения третьей степени относительно искомой величины h. В целях упрощения процедуры решения целесообразно искать его графоаналитическим методом.
Задача № 3.

Прямоугольная пластина с размерами аbc (см. рис. 3) равномерно скользит по плоскости, наклонённой к горизонту под углом α=150. Между пластиной и плоскостью находится слой машинного масла толщиной δ, температура которого равна t. Определить скорость скольжения пластины ν, если плотность её материала равна ρп.

Данные необходимые для решения задачи, выбрать из таблицы 3.

Таблица 3



Предпоследняя

цифра шифра



с, м

δ, м

Последняя цифра шифра

ρп, кг/м3

t0, С

0

0,02

0,011

0

2100

10

1

0,03

0,012

1

2200

20

2

0,04

0,013

2

2300

30

3

0,05

0,014

3

2400

40

4

0,06

0,015

4

2500

50

5

0,07

0,016

5

2600

60

6

0,08

0,017

6

2700

70

7

0,09

0,018

7

2800

80

8

0,10

0,019

8

2900

90

9

0,11

0,020

9

3000

100

Указания: задача решается на основе применения закона вязкого трения Ньютона к течению в тонком жидком слое между поверхностями пластины и наклонной плоскости. Местную скорость движения жидкости в этом слое считать линейно зависящей от поперечной координаты, то есть u=const∙y. Физические параметры машинного масла: плотность ρ и кинематический коэффициент вязкости υ, зависящие от температуры, определить по приложению 6.1.

Рис. 1.

Рис. 2.
Задача 4.

По горизонтальной трубе постоянного сечения диаметром d движется стационарный поток вязкой жидкости (воды). Определить потери давления ΔР в потоке между сечениями 1 и 2, удалёнными друг от друга на расстояние , если температура воды t=100С, а объёмный расход в трубе равен Q.

Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из таблицы 4.

Таблица 4



Предпоследняя

цифра шифра



Q104, м3

d, м

Последняя цифра шифра

, м

0

1

0,1

0

2000

1

2

0,2

1

2500

2

3

0,3

2

3000

3

4

0,4

3

3500

4

5

0,5

4

4000

5

6

0,6

5

4500

6

7

0,7

6

5000

7

8

0,8

7

5500

8

9

0,9

8

6000

9

10

1,0

9

6500

Указания: при решении задачи следует воспользоваться уравнением Бернулли для двух произвольных сечений трубы. Для определения плотности воды, зависящей от температуры, воспользоваться данными в приложении 6.2.
Задача 5.

Стационарный поток воды течёт в расширяющемся канале круглого сечения (см. рис. 4). Диаметр канала d возрастает в зависимости от осевой координаты x по линейному закону d=d0+0,1x (значения x=0, d=d0 соответствуют входу в канал).

Определить:


  • произойдёт ли смена режимов течения в канале (от турбулентного к ламинарному, или наоборот);

  • найти критическое значение координаты xкр и диаметра канала dкр, где это явление произойдёт, если объёмный расход в канале равен Q, а температура воды t=300С.

Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из таблицы 5.

Рис. 3.

Рис. 4.

Рис. 5.
Таблица 5



Предпоследняя

цифра шифра



Q103, м3

Последняя цифра шифра

d0, м

0

1,0

0

0,10

1

1,5

1

0,15

2

2,0

2

0,20

3

2,5

3

0,25

4

3,0

4

0,30

5

3,5

5

0,35

6

4,0

6

0,40

7

4,5

7

0,45

8

5,0

8

0,50

9

5,5

9

0,55

Указания.

Для определения кинематического коэффициента вязкости воды, зависящего от температуры, воспользоваться данными, содержащимися в приложении 6.2.


Задача 6.

Вода с температурой t=200С из открытого в атмосферу напорного бака через горизонтальную трубу диаметром d, встроенную в днище бака, вытекает в атмосферу, где абсолютное давление Р=Ра (см. рис. 5). Высота уровня воды в баке Н поддерживается постоянной. В трубе установлен кран К, коэффициент местного сопротивления которого равен ε.

Считая процесс истечения стационарным, определить: режим течения и объёмный расход воды в трубе Q.

Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из таблицы 6.

Таблица 6


Предпоследняя

цифра шифра



d, м

Н, м

Последняя цифра шифра

ε

0

0,030

4,0

0

3,0

1

0,035

4,2

1

3,2

2

0,040

4,4

2

3,4

3

0,045

4,6

3

3,6

4

0,050

4,8

4

3,8

5

0,055

5,0

5

4,0

6

0,060

5,2

6

4,2

7

0,065

5,4

7

4,4

8

0,070

5,6

8

4,6

9

0,075

5,8

9

4,8

Указания.

Для решения задачи следует воспользоваться уравнением Бернулли для двух сечений: свободной поверхности воды в баке и выходного сечения трубы.

Трубопровод считать коротким и потерями напора по его длине пренебречь. Считать, что истечение из бака происходит через тонкую трубу, диаметр которой много меньше поперечника напорного бака.

Кинематический коэффициент вязкости воды υ, зависящий от температуры, определить по приложению 6.2.



6. Приложения

6.1. Физические свойства масла МК


t, 0C

ρ, кг/м3

υ106,

м2



t, 0C

ρ, кг/м3

υ106,

м2



10

911,0

3883

60

871,5

110,6

20

903,0

1514

70

864,0

69,3

30

894,5

691,2

80

856,0

46,6

40

887,5

342,0

90

848,2

32,3

50

879,0

186,2

100

840,7

24,0

6.2. Физические свойства воды


t, 0C

ρ, кг/м3

υ106,

м2



t, 0C

ρ, кг/м3

υ106,

м2



10

999,7

1,31

40

992,2

0,66

20

998,2

1,00

50

988,1

0,56

30

995,7

0,81

60

983,2

0,48

Сухов Герман Саулович


Гидравлика
Методические указания по изучению курса

для студентов заочного отделения







Подп. к печати 19.09.2007г.

Формат 60´84 1/16

Усл. печ. л. 0,6

Уч.-изд. л. 1,25

Тираж 100 экз.

Изд. № 001

Заказ № 0087



РИО СПбГУСЭ, лицензия ЛР № 040849

Член Издательско-полиграфической ассоциации университетов России

Государственный регистрационный номер 2047806003595 от 06.02.2004 г.

СПб государственный университет сервиса и экономики

192171, г. Санкт-Петербург, ул. Седова, 55/1




с. 1