Тема «Сила тиску рідини на обмежувальні поверхні»

1. Чому дорівнює сила абсолютного гідростатичного тиску рідини на занурену в цю рідину плоску похилу поверхню?

Згідно з основним за­коном гідростатики ця сила визначається як добуток тиску в точці на значення площі по­верхні, формула :

dР = рdF, де р — тиск у точці на глибині h.

P = (p₀ + ρgh_c)F

Таким чином, сила абсолютного гідростатичного тиску рі­дини на занурену в цю рідину плоску похилу поверхню дорівнює добутку змоченої площі цієї поверхні на тиск у її центрі тяжіння.

2. Сформулюйте гідростатичний парадокс?

Коли сили тис­ку на дно посудин однакові при однакових площинах дна F, густинах рідин ρі глибинах hу посудинах. Але вага рідини в ємностях і реакції опор R, на які опираються посудини, будуть різні. Це явище прийнято називати гідростатичним парадоксом.

3. Чому дорівнює сили тиску на криволінійну поверхню?

Щоб визначи­ти силу Р_х, необхідно проінтегруватп dР_х по поверхні аbсd:

де h¹_C – глибина занурення центра тяжіння під шар рідини,

F_yz – проекція поверхні аbсd на координатну площину уОz.

Таким самим шляхом можна визначити другу горизонтальну складову :

Що стосується вертикальної складової, то вона буде :

Але інтеграл є не що інше, як об’єм призми abcda¹b¹c¹d¹ з вертикальною твірною, обмеженою знизу самою криволінійною поверхнею abcd, а згори її проекцією F_хy на площину вільної поверхні рідини. Як наслідок цього :

P_z = ρgV =G

де V — об'єм, G — вага рідини в об'ємі призми.

Тема «Закон Архімеда. Основи плавання тіл»

1. Сформулюйте закон Архімеда.

На занурене у рідину тіло діє вертикально спря­мована вгору сила, що дорівнює вазі рідини в об'ємі тіла. У шкільних підручниках це формулюється так: на занурене у рі­дину тіло діє сила виштовхування, спрямована вгору і рівна вазі рідини виштовхнутої цим тілом.

2. Дайте визначення остійності.

Властивість тіла поновлювати початкове положення називається остійністю.

3. Дайте визначення метацентричної висоти.

Різниця між цими величинами називається метацентричною висотою:

h_м = r_м - е

Тема «Відносний спокій рідини»

1. Дайте визначення відносного спокою.

Відносним називається спокій, коли рідина перебуває у ета­пі спокою відносно певної системи, яка рухається у просторі.

2.Що розуміють під рідиною?

Під рідиною (у даному випадку) розуміємо систему мате­ріальних частинок, які утворюють безперервну суцільну масу, форми якої змінюються кожної миті.

3. В якому випадку рух рідини повністю виз­начений ?

Якщо в кожній точці нерухомого простору знаходиться ру­хома рідина, швидкість якої не залежить від часу і залишаєть­ся постійною на протязі всього часу руху рідини, то рух нази­вають усталеним.

Тема «Основні рівняння гідродинаміки»

1. Що виражає з енергетичної точки зору рівняння Бернуллі?

З енергетичної точки зору рівняння Бернуллі виражає закон збереження енергії, який формулюється так: енергія не виникає і не зникає, а перетво­рюється із однієї форми в іншу, і якщо в одному місці вона змен­шується (збільшується), то в іншому на стільки, і тільки на стільки вона збільшується (зменшується).Таким чином, для зам­кненої системи енергія е незмінною, сталою величиною.

2. Як формулюється Бернуллі для потоку реальної рідини?

(3.13)

і формулюється так: різниця сум трьох напорів (геометричного, п'єзометричного і швидкісного), визначених для двох перерізів по­току реальної рідини, дорівнює величині напору, що губиться на подолання опорів під час руху рідини між вибраними перерізами.

3. В яких випадках застосовується рівняння Бернуллі?

Рівняння Бернуллі широко використовується в лабора­торній і інженерній практиці при вирішенні ряду гідромеханіч­них задач: при гідравлічних розрахунках напірних трубопро­водів, насосних установок, гідравлічних машин, центрифуг, се­параторів тощо.

Тема « Гідравлічні опори»

1. Скільки видів загальних втрат напору існує?

Загальні втрати напору h_w бувають двох видів — по довжині h_ℓ і на місцевих опорах h_r .

2. З чим пов'язане виникнення гідравлічних втрат напору під час руху реаль­ної рідини?

Виникнення гідравлічних втрат напору під час руху реаль­ної рідини пов'язані з роботою сил тертя у самій рідині, які характеризуються динамічною в'язкістю μ.

3. Наведіть формулу, за якою визначають загальні втрати напору h_w.

У загальному випадку, коли мають місце два види опорів і відповідні їм втрати напору, то h_w = Σ h_ℓ +Σ h_r де Σ h_ℓ — сума втрат напору по довжині, — Σ h_r сума місцевих втрат напору.

Загальні відомості про гідравлічні розрахунки трубопроводів

1. Охарактеризуйте прості та складні трубопроводи.

Простим називаєть­ся трубопровід з постійним діаметром без бокових відгалужень по шляху руху рідини. Такий трубопровід може складатися з труб різного діаметра. Цей випадок є прикладом послідовного сполу­чення трубопроводів. Складний трубопровід можна розглядати як сукупність простих трубопроводів сполучених між собою послідовно, паралельно чи змішано.

2. Охарактеризуйте довгі та короткі трубопроводи.

До коротких трубопроводів відносяться такі, в яких міс­цеві втрати напору співмірні за значенням із втратами напо­ру по довжині. При розрахунках таких трубопроводів визна­чаємо як втрати напору по довжині, так і на місцевих опорах. Довжина коротких трубопроводів рідко перевищує 50 м.

3. За допомогою якого рівняння виконується гідравлічний розрахунок простих коротких трубопроводів?

Швидкість рідини у трубопроводі v_тр і витрати Q при інших відомих величинах можна визначити із формул:

(5.6)

(5.7)

- коефіцієнт витрат трубопроводу.

Для випадку коли р₁ = р₂, рівняння (5.5) набуває наступного вигляду :

Звідки

Запобігання гідравлічного удару

1.Охарактеризуйте прості та складні трубопроводи.

Простим називаєть­ся трубопровід з постійним діаметром без бокових відгалужень по шляху руху рідини. Такий трубопровід може складатися з труб різного діаметра. Цей випадок є прикладом послідовного сполу­чення трубопроводів. Складний трубопровід можна розглядати як сукупність простих трубопроводів сполучених між собою послідовно, паралельно чи змішано.

2.Охарактеризуйте довгі та короткі трубопроводи.

До коротких трубопроводів відносяться такі, в яких міс­цеві втрати напору співмірні за значенням із втратами напо­ру по довжині. При розрахунках таких трубопроводів визна­чаємо як втрати напору по довжині, так і на місцевих опорах. Довжина коротких трубопроводів рідко перевищує 50 м.

3.За допомогою якого рівняння виконується гідравлічний розрахунок простих коротких трубопроводів?

Швидкість рідини у трубопроводі v_тр і витрати Q при інших відомих величинах можна визначити із формул:

(5.6)

(5.7)

- коефіцієнт витрат трубопроводу.

Для випадку коли р₁ = р₂, рівняння (5.5) набуває наступного вигляду :

Звідки

Три типи лопатей робочого колеса насоса

1. Охарактеризуйте типи лопатей робочих колес.

Н апрямок струменя залежить від кутів α₂, β₂ і характеризується їх значеннями.

Теоретичний напір Н_т залежить від кутів α ₂ , β₂.

Рис. 6.7. Типи лопатей робочого колеса: а - відігнуті назад, б - радіальні, в - зігнуті вперед.

Порівняємо теоретичні напо­ри, створені робочими колесами з лопатями відігнутими назад, радіальними лопатями і лопатями зігнутими вперед (рис. 6.7).

Для лопатей відігнутих назад (рис. 6.7,а):

β₂ < 90⁰ ↔ ctg β₂ > 0↔ H_T< u₂²/g ;

• для радіальних лопатей (рис. 6.7,б):

β₂ = 90⁰ ↔ ctg β₂ = 0↔ H_T = u₂²/g ;

• для лопатей зігнутих вперед (рис. 6.7,в):

β₂ > 90⁰ ↔ ctg β₂ < 0↔ H_T> u₂²/g ;

2. Яким типом робочих колес створюється найбільший теоретичний напір?

Найбільший теоретичний напір створюється робочим колесом з лопатями зігнутими вперед, найменший -з лопатями відігнутими назад. Робоче колесо з радіальними ло­патями створює середній теоретичний напір. На практиці ви­користовуються виключно насоси з робочими колесами, в яких лопаті відігнуті назад. Такі колеса створюють менший теоретич­ний напір порівнянне з колесами, в яких лопаті відігнуті впе­ред, але мають більш високий гідравлічний ККД.

Підбір відцентрового насоса за заданими робочими параметрами

1. Що необхідно знати для вибору відцентрового насоса?

Для вибору відцентрового насо­са необхідно знати також його при­значення і характер змін подачі і напору у процесі перекачування рідини. За своїми конструктивними властивостями насоси мають Q -Н характеристики різної крутизни: круті, похилі і середньої крутизни.

2.Що застосовують приводами відцентрових насосів?

Приводами відцентрових насосів бувають синхронні і асин­хронні електродвигуни. Частота обертання ротора синхронного двигуна n_с кратна частоті електричного струму в мережі, до якої приєднаний двигун n_s = 60f/р, де f - частота струму в мережі, р - кількість пар полюсів електродвигуна.

3. Чи суттєво відрізняються характеристики насосів при перекачуванні в'язких рідин від таких, що наводяться в довідковій літературі, отриманих при роботі насоса на воді?

При перекачуванні відцентровими насосами рідин з в'язкіс­тю, що перевищує в'язкість води (ν > 10~⁶ м²/с), спостерігається збільшення опору тертя в проточній частині насоса. Тому подача і напір, створені насосом, зменшуються. При цьому зменшуєть­ся і ККД насоса, при зростанні споживаної потужності. Внаслі­док перерахованого, характеристики насосів при перекачуванні в'язких рідин суттєво відрізняються від таких, що наводяться в довідковій літературі, отриманих при роботі насоса на воді.

Нерівномірність подачі. Побудова графіків подачі

1.Який метод використовують для визна­чення ступеня нерівномірності подачі Q_mах/Q_сер поршневими на­сосами?

2. Що графічно визначає подачу насо­са одинарної дії?

Перетин відповідних горизонталей і верти­калей дає точки 1' , 2', 3', 4', 5', які належать синусоїді. Визначимо площу між віссю абсцис і синусоїдою. Як видно із графіка висота безмежно малого прямокутника з основою dφ до­рівнює ρsinφ , чи що теж саме FRsinφ. Площа цього елементарного прямокутника визначається добутком FRsinφdφ, тобто та­кою ж величиною, як і елементарна подача поршневого насоса із залежності . Таким чином, площа синусоїди графічно визначає подачу насо­са одинарної дії.

3. За яким відношенням визначається ступінь нерівномірності подачі насоса подвійної дії ?

Для визначення середньої подачі насосу подвійної дії бу­дуємо прямокутник, рівновеликий площам двох синусоїд. У цьо­му випадку 2πm = 2F_s = 4FR, а висота прямокутника становить m = 2FR/π. Ступінь нерівномірності подачі насоса подвійної дії визначається відношенням: