5.3 Задачи для самостоятельного решения

Задача 5.3.1. Пренебрегая всеми потерями напора, определить высоту Н и расход Q струи воды (ρ_в = 1000 кг/м³) начальным диаметром d = 25 м при выходе из сопла длиной h = 0,25 м. Выброс струи осуществляется вертикальной трубкой диаметром D = 500 мм и длиной H₀ = 3 м, которая подпитывается из резервуара с постоянным уровнем под избыточным давлением р_м = 5 Н/см² над свободной поверхностью (рисунок 5.5).

Задача 5.3.2. Центробежный насос должен обеспечить расход Q = 0,1 м³/с и давление на выходе р₂ = 4,7·10⁴ Н/м². Всасывающая труба имеет диаметр d = 0,3 м и длину L = 24 м, а также фильтр на входе, имеющий местный коэффициент сопротивления ξ = 5. Всасывание воды осуществляется из открытого резервуара. Коэффициент потерь на трение λ = 0,02, коэффициент местных сопротивлений ξ_{поворот} = 0,2. Определить высоту всасывания Н_вс (рисунок 5.6).

Рисунок 5.5. К задаче 5.3.1	Рисунок 5.6. К задаче 5.3.2

Задача 5.3.3. Резервуары А и В с водой соединены горизонтальным трубопроводом, состоящим из отрезков труб с диаметром d₁ = 100 мм и d₂ = 60 мм и имеющем кран с коэффициентом местных потерь ξ = 5 (рисунок 5.7). Другими потерями можно пренебречь. Разница в уровнях жидкости в резервуарах Н = 3 м. Определить расход жидкости в трубопроводе Q. Каким должен быть коэффициент местных потерь, чтобы расход увеличился или уменьшился в два раза?

Рисунок 5.7. К задаче 5.3.3	Рисунок 5.8. К задаче 5.3.4

Задача 5.3.5. Система состоит из двух соединенных последовательно трубопроводов d₁ = 100 мм, d₂ = 200 мм, l₁ = 200 м и l₂ = 300 м соединяет резервуары А и В, имеющие свободные поверхности на уровнях Н₁ = 100 м и Н₂ = 200 м (рисунок 5.8). Коэффициенты потерь на местные сопротивления: ξ₁ = 0,5, ξ₂ = 0,1, ξ₃ = 0,6; коэффициенты трения на линейные сопротивления для сформировавшегося турбулентного режима определяются по зависимостям λ = 0,02 + 0,5/d. Определить расход жидкости между резервуарами.

Указание. Скорость изменения уровня свободных поверхностей принять равной нулю.

Задача 5.3.6. Сложный горизонтальный трубопровод, состоящий из двух параллельных ветвей (рисунок 5.9), транспортирует воду с расходом Q = 20 л/с. Рассчитать расходы Q₁ и Q₂ параллельных ветвях, если l₁ = 30 м; l₂ = 50 м; d₁ = 35 мм; d₂ = 50 мм; коэффициенты потерь напора на трение λ₁ = 0,04 и λ₂ = 0,02; коэффициент местных потерь ξ_кр = 1,6.

Рисунок 5.9. К задаче 5.3.6	Рисунок 5.10. К задаче 5.3.7

Задача 5.3.7. Определить показание манометра р_м.атм если расход воды, проходящей по трубопроводу (рисунок 5.10), составляет Q = 30 м³/ч. Длина трубопровода l =120 м, высота Н = 710 мм, диаметр труб d = 100 мм, шероховатость Δ = 0,5 мм, степень открывания задвижки h/d = 0,7, радиус закругления отводов R = 200 мм.

5.4 Вопросы для самопроверки

1 Как можно классифицировать трубопроводы?

2 За счет чего восполняются потери напора в простом самотечном трубопроводе?

3 От каких факторов зависит сопротивление трубопровода?

4 Какая связь существует между потерями напора и сопротивлением трубопровода?

5 Как можно вычислить потери напора, используя обобщенные параметры?

6 Приведите уравнение напорной характеристики трубопровода в общем виде. Объясните физический смысл членов этого уравнения.

7 Какой вид имеют уравнения напорных характеристик трубопровода и вентиляционной сети? Как их выразить графически?

8 В чем заключается технико-экономический расчет трубопровода?

9 Как определить общее сопротивление трубопровода при последовательном и параллельном соединениях двух простых трубопроводов?

10 Как графически построить суммарную характеристику двух простых трубопроводов соединенных последовательно, параллельно?

11 Какие величины входят в формулу Шези?

12 Какой вид имеет эпюра скоростей в поперечном сечении открытого русла по вертикали при равномерном движении жидкости?