Тема 6. Гидравлический расчет трубопроводов
Классификация трубопроводов. Основные расчетные уравнения. Последовательное и параллельное соединение трубопроводов. Разветвленные трубопроводы. Сифоны. Определение гидравлически наиболее выгодного сечения трубопровода. Особенности расчета магистральных нефтепроводов. Понятие о гидротранспорте.
Тема 7. Основы теории фильтрации.
Основы теории фильтрации. Скорость фильтрации. Закон Дарси. О зависимостях отличных от закона Дарси. Методы определения коэффициента фильтрации. Гидравлическая характеристика фильтров. Равномерное движение грунтовых вод. Формула Дюпюи. Дифференциальное уравнение движения грунтовых вод и его интегрирования. Приток грунтовых вод к колодцам.
Тема 8. Истечение жидкости через отверстия и насадки
Истечения через малое отверстие в тонкой стенке в атмосферу и под уровень. Коэффициенты сопротивления, скорости, сжатия струи и расхода. Истечение через большие отверстия. Виды и характеристики насадок. Истечение из отверстий и насадок при постоянном и переменном напоре. Формула для определения расхода.
Гидравлические струи. Высота и дальность полета струи. Динамическое воздействие струи на преграду.
Методические указания
Перед выполнением задания по тому или иному разделу курса следует внимательно изучить основные положения и законы соответствующего курса и ответить на контрольные вопросы.
В однородной, покоящейся под действием сил тяжести жидкости, согласно основному уравнению гидростатики:
поверхность равного давления есть горизонтальная плоскость не зависимо от формы сосуда. Поэтому, если сосуд имеет несколько отводов, отделений, сообщающихся между собой и заполненных однородной жидкостью, то горизонтальная плоскость, пересекающая жидкость в разных отделениях сосуда, будет поверхностью равного давления.
Следует обратить внимание на определение понятий : расход и средняя скорость потока. Необходимо усвоить уравнение неразрывности для потока конечного размера.
Уравнение Бернулли является основным уравнением гидродинамики. Поэтому нужно уметь записать уравнение Бернулли и уметь объяснить геометрический и энергетический смысл всех его слагаемых и их размерность, а также представлять в каких случаях оно применимо.
При определении потерь напора предварительно следует выяснить режим движения жидкости. Для этого необходимо уметь вычислить число Рейнольдса и знать его критическое значение. Зависимость коэффициента сопротивления трения от числа Рейнольдса и относительной шероховатости следует проанализировать на графиках Никурадзе и Мурина.
Обратить внимание на то, что если скорость в задаче нужно определить, задачу приходится решать путем последовательного приближения, считая в первом приближении трубу “шероховатой”, режим турбулентным, а коэффициент принять по данным для квадратичной зоны сопротивления. Во втором приближении по вычисленной скорости и числу Рейнольдса Re уточнить значение и повторить расчет.
При построении напорных и пьезометрических линий для коротких трубопроводов следует обратить внимание на то, что:
Напорная линия вдоль потока только понижается;
Пьезометрическая линия проходит ниже напорной на расстоянии равном скоростному напору V2/2g, соответствующему данному сечению потока;
При истечении в атмосферу пьезометрическая линия проходит к оси потока в выходном сечении, а при истечении под уровень приходит к уровню жидкости водоема.
При расчете длинных трубопроводов величина скоростного напора мала по сравнению с общим напором и практически напорная и пьезометрическая линии совпадают. Для того, чтобы решить задачу об истечении жидкости из отверстия, необходимо предварительно из условия задачи определить: влияет ли толщина стенки на характер истечения, “малое” отверстие или “большое”, каков тип сжатия струи.
При определении расхода из различных типов насадок следует помнить, что расчетным сечением является выходное сечение насадка и все справочные коэффициенты отнесены к этому сечению.
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ:
Каковы основные свойства жидкости, чем отличается капельная жидкость от газообразной, идеальная от реальной?
Какова зависимость между удельным весом и плотностью?
Сравните напоры и величины давления в двух любых точках покоящегося объема жидкости.
Какова максимальная величина вакуума и высоты вакуума?
Напишите зависимость между абсолютным давлением и вакуумом, между манометрическим и абсолютным давлением.
Зависит ли подъемная сила в случае полностью погруженного в жидкость тела от давления на свободной поверхности и от глубины погружения?
Как записывается уравнение неразрывности (уравнение расхода) для потока конечного размера при установившемся движении?
Напишите самостоятельно уравнение Бернулли для реальной элементарной струйки и для целого потока. Чему примерно равен поправочный коэффициент в выражении скоростного напора, подсчитанного через среднюю скорость при равномерном движении?
Как можно определить скорость в данной точке потока?
Чему равен гидравлический радиус для круглой трубы при полном и неполном заполнении?
Как определить смоченный периметр для потока в открытом трапецеидальном канале?
Как определить режим движения жидкости, если водопровод некруглого поперечного сечения? Как отличаются значения критических чисел Рейнольдса, подсчитанных по гидравлическому диаметру и гидравлическому радиусу?
Всеобщий закон перехода количества в качество на примере режимов движения.
Что такое относительная шероховатость?
Каковы особенности ламинарного и турбулентного движения жидкости?
Как практически определить коэффициенты сопротивления трения при ламинарном и турбулентном режимах движения жидкости в трубах?
Чему равна потеря напора при выходе потока из трубы в водоем большого сечения?
Что называется короткими и длинными трубопроводами?
Что такое коэффициент сопротивления системы?
Как зависят потери напора по длине потока от диаметра трубы при постоянном расходе?
Что такое совершенное, несовершенное, неполное сжатие струи?
Почему второе расчетное сечение при составлении уравнения Бернулли принимается в сжатом сечении свободно вытекающей струи, а не по сечению, совпадающему с плоскостью отверстия? Вспомните, для каких сечений потока уравнение Бернулли не применимо?
Чему равен расчетный коэффициент сжатия струи для цилиндрического насадка?
Чем объяснить то, что при одинаковом напоре и диаметре “в свету” расход через цилиндрический насадок больше, чем при истечении через отверстие, а расход через конический расходящийся насадок больше, чем через цилиндрический?
Каково предельное значение напора, при котором трубка длиною в четыре диаметра, работает как насадок?
Перечислите типы насадок и их практическое применение.