2185

Федеральное агентство по образованию Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия

(СибАДИ)

Т. П. Троян

Г И Д Р А В Л И К А

ЗАДАЧИ И ПРИМЕРЫ РАСЧЁТОВ ПО ГИДРОСТАТИКЕ И ГИДРОДИНАМИКЕ

Учебное пособие

Допущено УМО вузов РФ по образованию в области железнодорожного транспорта и транспортного строительства в качестве учебного пособия для студентов вузов, обучающихся по специальности «Автомобильные дороги и аэродромы» направления подготовки «Транспортное

строительство»

Омск Издательство СибАДИ

2006

5

П., 2006

Т.П. ТРОЯН

Г И Д Р А В Л И К А

ЗАДАЧИ И ПРИМЕРЫ РАСЧЕТОВ ПО ГИДРОСТАТИКЕ И ГИДРОДИНАМИКЕ

ОМСК – 2006

7

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящее учебное пособие написано на основе многолетнего опыта преподавания курса «Гидравлика» в Сибирской государственной автомо- бильно-дорожной академии (СибАДИ). Издание пособия вызвано необходимостью выполнения требований агентства по образованию РФ в части формирования фондов библиотек вузов с учётом степени устареваемости литературы, а также изменением учебных планов в сторону увеличения самостоятельной работы студентов.

Настоящее учебное пособие составлено применительно к учебной программе дисциплины «Гидравлика» для дорожно-строительных и строительных специальностей высших учебных заведений и колледжей: «Автомобильные дороги и аэродромы», «Мосты и транспортные тоннели», «Промышленное и гражданское строительство» и др. Пособие может быть использовано также студентами других специальностей («Инженерная защита окружающей среды», «Экономика и управление на предприятии (строительство)» и др.), для которых учебными программами не предусматривается отдельного курса гидравлики, но изучение этого предмета даётся в соответствующих дисциплинах: «Гидравлика и теплотехника», «Гидравлика и инженерная гидрология», «Гидравлика, насосы и компрессоры» и др.

Настоящее учебное пособие рекомендуется и студентам-заочникам при выполнении контрольных и курсовых работ и подготовке к зачёту

иэкзамену.

Вучебном пособии использованы основные методики расчётов, расчетные формулы и таблицы, приведённые в учебнике для студентов транспортных специальностей строительного профиля Н. М. Константинова, Н. А. Петрова, Л. И. Высоцкого «Гидравлика, гидрология, гидрометрия», в учебнике для вузов А. Д. Гиргидова «Механика жидкости и газа (гидравлика)», в учебнике для вузов Р. Р. Чугаева «Гидравлика», в «Справочнике по гидравлическим расчётам» под редакцией П. Г. Киселёва, а также в нормативных документах, пособиях и рекомендациях по гидравлическим расчётам.

Автором учтены замечания кафедры «Гидрогеология, гидравлика и инженерная гидрология» ОмГАУ и её руководителя канд. техн. наук, доц. Ж. А. Тусупбекова. Особую благодарность автор выражает канд. техн. наук, доц. Д. С. Рассказову (СибАДИ), канд. техн. наук, доц. В. Н. Туркину (ОмГАУ), д-ру техн. наук, проф. Н.С. Галдину (СибАДИ), д-ру техн. наук, проф. В. В. Сиротюку (СибАДИ), замечания и советы которых, улучшили настоящее издание. Автор признателен Н. Н. Дудко и А. Бурмистрову, оказавшим большую помощь при оформлении пособия.

9

Введение

Гидравлика – механика жидкости – является общепрофессиональоной дисциплиной, при изучении которой студенты знакомятся с физическими свойствами жидкости, основными законами кинематики, гидростатики и гидродинамики, теоретическими основами ламинарного и турбулентного режимов движения жидкости и др.

Гидравлика содержит большое число опытных коэффициентов, эмпирических и полуэмпирических формул, методика применения которых, а также их физический смысл хорошо осваиваются в процессе решения различных задач. Поэтому каждый раздел пособия содержит краткое изложение теории вопроса и формулы с тем, чтобы разбор примеров расчётов производился студентом осознанно, с закреплением теоретических знаний. Основные понятия и термины приводятся не в алфавитном порядке, а по ходу изложения материала в логической последовательности.

Задачи на физические свойства жидкостей, задачи по гидростатике и гидродинамике являются общими для многих инженерных специальностей. Для их решения необходимо знание различных систем единиц измерения физических величин (табл. 1) и соотношения между ними.

10

1 дина = 1 г ∙ 1 см/с2 = 1 г∙см/с2.

1 Н = 1 кг ∙ 1 м/с2 = 1 кг∙м/с2 = 105 дин.

1 кгс = 1 кг ∙ 9,81 м/с2 = 9,81 кг∙м/с2 = 9,81 Н = 9,81∙105 дин. 1 Па = 1 Н/м2.

1 ат = 1 кгс/см2 = 9,81∙104 Н/м2 ≈ 105 Па = 0,1 МПа.

1" = 1 дюйм = 2,54 см = 2,54∙10-2 м. 1 т = 1000 кг = 106 г.

1 сут = 86 400 с.

1 га = 104 м2 = 108 см2.

1 л = 1 дм3 = 10-3 м3 = 103 см3. 1 П = 1 дин∙с/см2.

1 Ст = 1 см2/с.

Ускорение свободного падения g принимается в обычных технических расчётах равным 9,81 м/с2. Числовое значение g указывает на достаточную точность величин, получаемых в результате решения гидравлических задач: с точностью до 0,01.

При написании гидравлических формул и уравнений, а также обозначений часто применяют буквы греческого алфавита, названия которых приведены в табл. 2.

В целях экономии времени студентов в пособии приводится минимально необходимый справочный и нормативный материал для решения задач.

Ответы на все задачи приводятся непосредственно под условием задачи, что сокращает время на их отыскивание и позволяет студенту оценить правильность его решения.

11

где G – вес однородной жидкости; W – объём, занимаемый жидкостью.

Удельный вес пресной воды при температуре 4 ˚С равен 9 810 Н/м3. Плотность есть масса жидкости в единице объёма:

где m – масса однородной жидкости; W – объём, занимаемый жидкостью.

В гидравлических расчётах принимают плотность пресной воды равной 1000 кг/м3, если не оговорены температурные условия. В табл. 3 приведены значения плотности воды при разных температурах.

где g – ускорение свободного падения (для гидравлических расчётов принимается равным 9,81 м/с2).

Таким образом, между удельным весом и плотностью существует связь

где m1 и W1 – соответственно масса и объём жидкости, находящейся в ре-

12