Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Свойства рабочих жидкостей. Гидростатика. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 67 / 87 8 > Следующая >>>

12. По горизонтальному трубопроводу диаметром 600 мм движется идеальная жидкость со средней скоростью 6 м/с. Как изменится скорость жидкости на участке трубопровода диаметром 300 мм?

13. Найти время, за которое вода вытечет через отверстие диаметром 100 мм из резервуара в виде полусферы диаметром 2 м. Коэффициент сопротивления выходного отверстия принять равным 0,6.

14. Ареометр применяют для измерения плотности жидкости. Его конструкция: полая стеклянная трубка, запаянная снизу в виде шара, на боковой цилиндрической поверхности которой нанесена шкала. В нижней части трубки размещен груз (свинцовая дробь). Определить глубину

погружения ареометра в спирт плотностью 710

кг/м

, вес ареометра –

40 г, внешний диаметр трубки 24 мм, диаметр шара 30 мм.

15. Вода фонтанирует из конического насадка на высоту 5 м. Размеры насадка: высота 350 мм, диаметры 40 и 8 мм. Найти расход воды. Потерями в насадке пренебречь.

16. Всасывающая труба диаметром 500 мм, длиной 40 м изготовлена из чугуна (коэффициент гидравлического трения колено (коэффициент местного гидравлического трения

задвижку (коэффициент местного гидравлического трения

 0,03), имеет одно



0,4),

2,0).

В конце трубы установлена сетка (коэффициент местного гидравличе-



ского трения всасывающего патрубка трубы

6,0). Коэффициент местного гидравлического трения

0,1. Всасывающая труба соединена с

насосом производительностью 120 л/с. Давление разряжения в насосе равно 40 КПа, атмосферное давления принять равным 100 кПа. На какую высоту от поверхности водоема может подать воду насос?

17. Танк (вертикальный цилиндрический резервуар) с нефтью,

плотность которой 850

1000 кг/м

). Вес танка 4 т, диаметр 5 м, высота 4 м. Найти глубину

кг/м

, плавает в воде (плотность воды 

погружения и силу давления на дно танка.

18. По нефтепроводу перекачивают нефть плотностью 890

кг/м

. Расход нефтепровода равен 30 л/с. Диаметр первого сечения – 305 мм, давление 8 ата. Второе сечение диаметром 254 мм находится на 10 м выше. Давление во втором сечении равно 6 ата. Найти потерю напора между сечениями.

19. Два резервуара, расположенных на высотах 24 и 4 м соответ-

ственно, соединены трубопроводом длиной 90 м, диаметром 300 мм.

Коэффициент гидравлического трения трубопровода равен  0,02. Трубопровод имеет одно колено 90° (коэффициент местного гидравлического трения

ского трения входа и выхода трубопровода принять равными



1,5), задвижку (коэффициент местного гидравличе-



2,0). Коэффициенты местного гидравлического трения



0,5,  1,0 соот-

ветственно). Найти расход и скорость потока жидкости на входе в нижний резервуар.

20. Открытый цилиндрический резервуар диаметром 1 м наполнен

водой на глубину 1 м (плотность 1000

кг/м

). Найти такую скорость вращения резервуара вокруг своей оси, при которой дно образовавшейся воронки касается дна резервуара.

21. По горизонтальному трубопроводу диаметром 500 мм движется идеальная жидкость со средней скоростью 3 м/с. Как изменится скорость жидкости на участке трубопровода диаметром 200 мм?

22. По трубопроводу подается вода в количестве 125 л/с. В сечении 1 диаметром 40 см давление равно 4,8 ата. Сечение 2 расположено на 4 м ниже сечения 1. Диаметр сечения 2 равен 30 см. Найти давление в сечении 2. Потери на трение равны 2 м.

23. Вертикальный цилиндрический резервуар высотой 5 м, диамет-

ром 4 м наполнен нефтью (плотность нефти принять 850

кг/м

) на 0,8 высоты. Разряжение в верхней части резервуара равно 0,2 ата. Найти давление в сливном кране, расположенном на высоте 0,5 м от дна резервуара.

24. В ракетном двигателе топливо из бака вытесняется в камеру сго-

рания (вниз) под давлением 35

кг/м

кг/см

. Высота уровня топлива равна 2 м. Плотность топлива

. Как изменится расход (подача) топлива, если перегрузка

равно 30 800

кг/см

. Давление в камере сгорания

равна 10?

25. Всасывающая труба диаметром 100 мм, длиной 8 м изготовлена из чугуна (коэффициент гидравлического трения колено (коэффициент местного гидравлического трения

движку (коэффициент местного гидравлического трения

0,03), имеет одно



0,4), за-



2,0).

В конце трубы установлена сетка (коэффициент местного гидравлического трения

всасывающего патрубка трубы



6,0). Коэффициент местного гидравлического трения



0,1. Всасывающая труба соединена

с насосом производительностью 24 л/с. Давление разряжения в насосе равно 40 кПа, атмосферное давления принять равным 100 кПа. На какую высоту от поверхности водоема может подать воду насос?

26. Резервуар размерами 6 × 4 × 4 м наполнен керосином плотностью 780

кг/м на 0,75 его высоты. Разряжение в верхней части резервуара

равно 0,2 ат. Найти усилия на боковые стенки резервуара.

27. Вода фонтанирует из конического насадка на высоту 4 м. Размеры насадка: высота 300 мм, диаметры 30 и 6 мм. Найти расход воды. Потерями в насадке пренебречь.

28. Два резервуара, расположенных на высотах 6 и 1 м соответственно, соединены трубопроводом длиной 20 м, диаметром 75 мм. Коэффициент гидравлического трения трубопровода равен

0,02. Тру-

бопровод имеет одно колено 90 ° (коэффициент местного гидравлического трения

ского трения входа и выхода трубопровода принять равными



1,5), задвижку (коэффициент местного гидравличе-



2,0). Коэффициенты местного гидравлического трения



0,5, 1,0 соответ-

ственно). Найти расход и скорость потока жидкости на входе в нижний резервуар.

29. Топливный бак автомобиля, размеры которого 1000 × 500 ×

× 400 мм, наполнен бензином (плотность бензина принять 800

кг/м

) на глубину 100 мм. Отверстие топливопровода находится в нижней части стенки 500 × 400 мм по ходу движения. Найти ускорение автомобиля, при котором топливо не будет поступать в топливопровод.

30. По трубопроводу подается вода в количестве 125 л/с. В сечении 1 диаметром 40 см давление равно 4,8 ат. Сечение 2 расположено на 4 м ниже сечения 1. Диаметр сечения 2 равен 30 см. Найти давление в сечении 2. Потерями на трение пренебречь.

31. Всасывающая труба диаметром 120 мм, длиной 10 м изготовлена из чугуна (коэффициент гидравлического трения колено (коэффициент местного гидравлического трения

движку (коэффициент местного гидравлического трения

 0,03), имеет одно



0,4), за-

2,0).

В конце трубы установлена сетка (коэффициент местного гидравлического трения

всасывающего патрубка трубы



6,0). Коэффициент местного гидравлического трения



0,1. Всасывающая труба соединена с

насосом производительностью 30 л/с. Давление разряжения в насосе равно 40 кПа, атмосферное давление принять равным 100 кПа. На какую высоту от поверхности водоема может подать воду насос?

32. Открытый цилиндрический резервуар диаметром 1 м наполнен

водой на глубину 1 м (плотность 1000

кг/м ). Найти скорость вращения

резервуара вокруг своей оси, при которой дно образовавшейся воронки касается дна резервуара.

33. Найти время, за которое вода вытечет через отверстие диаметром 50 мм из конического резервуара высотой 5 м, диаметром 1 м (широкая часть вверху). Коэффициент сопротивления выходного отверстия принять равным 0,6.

34. По горизонтальному трубопроводу диаметром 600 мм движется идеальная жидкость со средней скоростью 6 м/с. Как изменится скорость жидкости на участке трубопровода диаметром 300 мм?

35. Полый тонкостенный цилиндр (колокол) плавает в воде вверх дном. Вода в цилиндре находится на глубине 20 см от поверхности

окружающей воды. Плотность воды 1000

кг/м

. Вес цилиндра 20 Н.

Найти площадь дна цилиндра.

36. По нефтепроводу перекачивают нефть плотностью 890

кг/м .

Расход нефтепровода равен 40 л/с. Диаметр первого сечения – 305 мм, давление – 10 ата. Второе сечение диаметром 254 мм находится на 10 м выше. Давление во втором сечении равно 8 ата. Найти потерю напора между сечениями.

37. Найти время, за которое вода вытечет через отверстие диаметром 100 мм из резервуара в виде полусферы диаметром 2 м. Коэффициент сопротивления выходного отверстия принять равным 0,6.

4. ГАЗОЖИДКОСТНЫЕ СИСТЕМЫ

4.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГАЗОЖИДКОСТНЫХ СИСТЕМАХ (ГГЖС)

В последнее время широкое распространение получили аппараты и устройства, в которых используются уникальные свойства газожидкостных систем. Наиболее распространены двухфазные, они встречаются в атомной энергетике, нефтяном и газовом комплексе, химической индустрии, медицине, пищевой промышленности и др. Развитие современной авиации невозможно без применения газожидкостных систем (охлаждение двигателей, системы жизнеобеспечения, топливные системы). Следует отметить, что развитие ГГЖС невозможно без появления новых инженерных методов расчета, компьютерных технологий. Теоретическая и экспериментальная основа процессов динамики и теплообмена двухфазных сред представлена в многочисленных исследованиях. В настоящее время удалось выделить конечное число моделей газожидкостных течений. Современная общепризнанная классификация двухфазных сред рассматривается далее. Основная характеристика многофазного потока, сравнительно легко определяемая визуально и существенно влияющая на его гидродинамические параметры, – это форма течения. Она зависит от объемного содержания фаз в потоке смеси, скорости движения, физических свойств фаз, геометрии трубопровода и его ориентации в пространстве, направления потока и других факторов. Можно отметить следующие основные формы течения газожидкостных смесей в горизонтальных и наклонных трубах:

1) пузырьковая (рис. 19), характеризующаяся движением отдельных пузырьков газа вдоль верхней образующей трубы при малой скорости течения и весьма малых газосодержаниях;

Рис. 19. Схема пузырькового режима

2) расслоенная (рис. 20), характеризующаяся послойным движением газа и жидкости c плоской и волновой границей раздела при малой скорости течения и средних газосодержаниях;

Рис. 20. Схема расслоенного течения

3) пробковая (рис. 21), характеризующаяся чередованием газовых и жидкостных пробок;

Рис. 21. Схема пробкового режима течения

4) пробково-дисперсная (рис. 22), характеризующаяся чередованием газовых пробок, содержащих мельчайшие капельки жидкости, и жидкостных пробок, содержащих пузырьки газа;

Рис. 22. Пробково-дисперсный режим течения

5) пленочно-дисперсная (кольцевая) (рис. 23), характеризующаяся струйным движением газа в ядре потока и части жидкости в виде пленки на стенке, а другой части – в капельном виде вместе с газом, при высоких газосодержаниях и весьма высоких скоростях [11].

Среди прямоточных режимов течения наиболее эффективны с точки зрения максимального тепломассообмена и минимальных гидравлических потерь пленочные течения. Пленочные течения жидкости широко

Рис. 23. Кольцевой режим течения

используются в различных технологических процессах для интенсификации тепломассопереноса. Режимы испарения и кипения в тонких пленках жидкости обеспечивают при малых расходах жидкости и низких температурных напорах высокую интенсивность теплообмена. Компактные испарители с пленочным течением жидкости находят применение в дистилляционных (в том числе криогенных) установках, системах охлаждения и термостабилизации (в том числе в космических приложениях), в крупномасштабных аппаратах по ожижению природного газа, в пищевой промышленности и т. д. Ламинарные и турбулентные пленки можно наблюдать в кольцевых режимах течения в канальных теплообменных системах. Использование пленочных теплообменников с управляемой нестационарной тепловой нагрузкой перспективно для разработки малогабаритных быстродействующих выпарных аппаратов. Известно, что области высокоэффективного теплообмена при испарении и кипении в стекающих пленках жидкости ограничены по тепловому потоку развитием кризиса. При достижении критического теплового потока жидкость отделяется частично или полностью от теплоотдающей поверхности, что сопровождается резким снижением интенсивности теплообмена и соответствующим ростом температуры поверхности, приводящим к разрушению тепловыделяющего элемента. Развитие кризисных явлений в существенной мере зависит от целого ряда факторов (режимные параметры течения, длина теплоотдающей поверхности, физические свойства исследуемой жидкости, недогрев жидкости относительно температуры насыщения и т. д.). Одним из важнейших факторов является нестационарность тепловыделения, в значительной степени определяющая развитие процесса теплообмена перед кризисом и достижение максимальных значений плотности теплового потока. Тепловая нестационарность наблюдается в целом ряде теплообменных аппаратов и систем термостабилизации. Вопросы, связанные с развитием теплообмена и кризисных явлений при кипении в условиях свободной конвекции при резком увеличении тепловой нагрузки, в настоящий момент исследованы всесторонне. В то же время результаты

исследования возникновения сухих пятен при испарении, развития кри-

зиса при кипении в стекающих пленках жидкости в современных справочных изданиях по теплообмену представлены неполно. Закономерности процессов теплообмена и развития кризисных явлений в стекающих пленках криогенной жидкости при различных граничных условиях на тепловыделяющей поверхности исследованы недостаточно. Динамика и параметры распада пленочных течений при развитии испарения и вскипания жидкости в условиях нестационарного тепловыделения остаются неизученными. В настоящее время перспективными направлениями исследования пленочных течений являются определение гидравлических потерь, тепломассообмена, повышение теплоотдачи в кризисной и закризисной областях, интенсификация процессов тепломассопереноса. Поэтому актуально изучение влияния свойств рабочего тела на работу энергетических установок. Как показали исследования, переход от кольцевого к снарядному режиму течения и наоборот может сопровождаться скачками давления, что существенно влияет на эффективность работы установки в целом, а также на ее безопасность. Рассмотрено поведение двухфазных сред воздух–вода, нефть–газ для разных параметров трубопровода.

4.2. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ

ГАЗОЖИДКОСТНОГО ПОТОКА

Рассматривается поток, через поперечное сечение которого одновременно или попеременно протекают жидкость и газ. Кинематические, динамические и энергетические свойства такого потока могут характеризоваться как фактическими в данной пространственно-временной точке значениями, так и значениями, усредненными по тому или иному

правилу. Объемный расход

и массовый расход G связаны друг с

другом через соответствующие плотности среды. Расходное объемное газосодержание, или объемная концентрация (в общем случае содержа-

ние легкого компонента), определяется соотношениями:

массовое газосодержание (массовая концентрация);







–

– ис-

тинное газосодержание в заданной пространственно-временной точке

(, , ,)

yzt

/( ) 

, где

,

– общая площадь сечения потока и

мгновенная площадь сечений множества газовых образований в общем

сечении. Величина

 



ddt









представляет собой сред-

нее истинное газосодержание потока, осредненное по площади сечения



за время

(например, когда



много больше величины, обратной



частоте прохождения газовых пузырей, или времени жизни спонтанно возникающих жидких перемычек). Интегрируя по длине L трубопро-

вода, получаем значение

U 

можно рассматривать как актуальные (истинные) скорости



по объему



VdL



. Величины

U 



фаз в течении. В общем случае такие усредненные скорости движения фаз не равны друг другу, что может приводить к ряду важных эффектов. Относительная скорость фаз называется разностью скоростей:

UUU

21 2 1

. В отечественной литературе ее часто называют скоро-

стью скольжения. Расходы фаз могут быть заданы, как правило, произвольно, т. е. входят в условия однозначности рассматриваемого процесса. Рассмотренные величины являются функциями термодинамических параметров многофазного потока. Поэтому целесообразно ввести следующие кинематические характеристики усредненного течения га-

зожидкостной смеси: приведенные скорости фаз

UU

20 2

. В ряде случаев удобно пользоваться величиной, представ-

(1 ) ,UU

10 1

ляющей собой разность между скоростью данной фазы и скоростью смеси (эта величина в американской литературе называется скоростью

дрейфа, т. е. скоростью скольжения):



UUU





22DR



UUU

Как видно, уже при определении основных кинематических и концентрационных характеристик двухфазного потока появляются их произведения, усредняемые в пространстве и во времени. Очевидно, что с увеличением роли нелинейных членов в соответствующих математических моделях такое приближение дает все бо´ льшие неточности. В то же время отсутствие достаточно корректных моделей подобного рода делает выбор уточненных правил усреднения затруднительным.

4.3. УРАВНЕНИЕ СПЛОШНОСТИ

Операции усреднения характеристик фаз (компонентов) потока по некоторой области



позволяют рассматривать в ней модель двух ква-

зинепрерывных взаимно проникающих сред. Уравнение сохранения массы в этом смысле наиболее наглядно и сразу может быть написано в канонической форме как для каждого из компонентов, так и для их



       

суммы:

(1 ) d iv (1 ) 0UU

 



12 1122

. Перераспреде-

ление масс между компонентами потока может происходить как вследствие физико-химических превращений (например, испарения или конденсации), так и вследствие перераспределения концентрации в процессе самого движения. Таким образом, даже когда компоненты смеси могут считаться несжимаемыми, она ведет себя, в определенном смысле, как среда сжимаемая. Величина эффективной плотности смеси

равна

(1 )

max 1 2

. При решении конкретных задач движения

и теплоотдачи газожидкостных систем приведенное соотношение позволяет существенно упростить математическую часть исследования.

4.4. УРАВНЕНИЕ ДВИЖЕНИЯ ДВУХФАЗНОЙ СМЕСИ

Принципиальная особенность движения двухфазной смеси как целого заключается в том, что межфазовые взаимодействия могут существенно влиять на вид и распределение объемных сил и эффективного трения. В общей форме для i-й координаты это можно записать:

(( )) (1)

    

Vi i

где оператор

112 1 2

() (,

UU div U

 

– полная (субстанциальная) производная;

  

ii i

21 22



xx t t

()













t

ные силы, кроме гравитационной и давления; стемы (как частный случай свободного падения);

DU DU

– объем-

– вектор ускорения си-

– компоненты



<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 67 / 87 8 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]