Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Мет. по самост.робот_- задачам ТМРГ / Мет. по самост.роботі- задачам ТМРГ

.pdf
Скачиваний:
5
Добавлен:
21.02.2016
Размер:
2.07 Mб
Скачать

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ УКРАЇНИ ДОНБАСЬКА НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ БУДІВНИЦТВА ТА

АРХІТЕКТУРИ

Кафедра “Водопостачання, водовідведення та охорона водних ресурсів”

Балінченко О.Й.

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

ДО САМОСТІЙНІЙ РОБОТИ

ПО ВИРІШЕННЮ ЗАДАЧ

З ДИСЦИПЛІНИ „ТЕХНІЧНА МЕХАНІКА РІДИНИ ТА ГАЗУ”

ДЛЯ СПЕЦІАЛЬНОСТ „ПЦБ” освітньо-кваліфікаційного рівня „Бакалавр” 6.092100

№ кода 2402

Завідуючий кафедрою : доцент, к.т.н. В.І. Нездоймінов.

Затверджено на засіданні кафедри ВВ і ОВР 7.10.2010 р. Протокол №2

Макіївка - 2010

УДК 532

Методичні вказівки до самостійній роботи по вирішенню задач з дісципліни

"технічна механіка рідини та газу" для спеціальності "ПЦБ" освітньо-

кваліфікаційного рівня "бакалавр"/Укладено: О.Й Балінченко –Макіївка:

ДОННАБА, 2010.-18 с.

Містять 5 типових задач, передбачених навчальною програмою курсу дисципліни. Кожна задача має 10 варіантів даних. Також передбачені основні розрахункові залежності до рішення кожного типу задач. В кінці завдань надається список літератури і в додатку - приклад виконання одного з варіантів.

Призначені для покращення підготовки студентів по курсу відповідної дисципліни за рахунок практичних обчислень гідравлічних об´єктів.

Укладач

доц., к.т.н. Балінченко

Рецензенти:

доц., к.т.н. Рожков В.С.

 

ас. Лісний В.І.

Відповідний за випуск:

доц., к.т.н. Нездоймінов В.І.

2

ЗМІСТ

 

 

Стор.

Задача №1.............................................................................................................

4

Задача №2.............................................................................................................

5

Задача №3.............................................................................................................

6

Задача №4.............................................................................................................

7

Задача №5.............................................................................................................

9

Література.............................................................................................................

10

Додаток (малюнки)..............................................................................................

12

Додаток 2. Приклад розрахунків до самостійної контрольної роботи..........

14

3

Самостійна робота, що включає 5-ть задач відповідного варіанту студента (остання цифра залікової книжки), виконується в термін вивчення курсу предмета „ТМРГ” (11-18 й навчальні тижні 3-го семестру) і оцінюється „заліком” чи „не заліком” по курсу предмета. Робота з „не заліком” повинна бути допрацьована студентом. У додатку 2 наведений приклад вирішення одного з варіантів даної самостійної роботи.

Задача №1

Побудувати епюри додаткового гідростатичного тиску води на поверхню

ґреблі, розрахувати силу тиску на 1 метр довжини вертикальної та похилої її

частин (мал .1 стор.12).Знайти координати точки їх дії, якщо:

глибина води h,

висота вертикальної частини плотини hАВ,

кут нахилу стінки ВС до горизонту = 30о.

Вихідні дані

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h, м

3

4.5

5.5

7

7

5

6

8

5.5

4

hАВ, м

2

3

4

5

3

4

5

3.5

3.5

2.5

Вказівки до рішення

Для збудування епюр гідростатичного тиску треба розрахувати збитковий тиск у точках А, В та С згідно з формулою:

Рзб = g h, Па

де = 1000 кг/мз;

g= 9.8 м/с2

h- глибина відповідної точки, м.

Рівнодіюча сила розраховується так:

Р = g hц.т. ,

де hц.т. - глибина центру ваги поверхні, перпендикулярної до сили,м;

hц.т. - площа поверхні, на яку діє рідина,м.

Координата центру тиску, точка прикладання сили Р:

lц.т.

lц.в.

 

Io

lц.в.

 

 

 

4

де lц.в.- координата центра ваги поверхні, перпендикулярної до сили,м;

Io- центральний момент інерції тій самій поверхні, м4 :

- для прямокутної площини:

Io bl

3

 

 

 

 

36

 

 

 

 

 

 

-

для трикутника:

Io

 

bl3

12

 

 

 

 

 

-

для кола:

Io

 

d4

 

64

 

 

 

 

Задача №2

Розрахувати силу тиску води на 1 м ширини затвору та кут її нахилу до горизонту , якщо його діаметр D (мал. стор.12).

Вихідні дані

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

D, м

1.5

2

2.5

3

1.3

1.7

2.2

2.8

3.5

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вказівки до рішення

Сумарна сила тиску:

P P2x P2y

де Рх - горизонтальна складова сили, Н;

Ру - вертикальна складова сили, Н.

Рх = g h'с. yoz,

де h'с - глибина центру ваги вертикальної проекції затвору, м;

yoz - площа цієї вертикальної проекції, м2.

Ру = g Wт.т.,

Wт.т - об’єм тіла тиску, тобто об’єм, який розміщений над затвором:

зверху розміщена вільна поверхня рідини, а бокова поверхня - це сукупність вертикальних променів, проведених з крайніх точок затвору до вільної поверхні рідини, м3.

5

Кут нахилу ά визначає напрям сили Р відносно сил Рх (мал.2.стор.12):

містить – вгору(позитивна).

arctg Px

Py

Якщо тіло тиску містить рідину, Pу діє униз (негативна), якщо не містить – вгору(позитивна). Рх завжди позивна, знак кута ά залежить від знаку Pу .

 

 

 

 

 

 

 

Задача №3

 

 

 

 

 

 

Розрахувати тиск води Р1

у трубі меншого діаметру (переріз 1-1, мал.3

стор. 12), якщо:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тиск у трубі більшого діаметру Р2;

 

 

 

 

 

 

 

 

витрата води Q = 5 л/с;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

діаметри d1 та d2;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

рух води у трубопроводі - турбулентний.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вихідні дані

 

0

1

2

 

3

4

5

6

7

8

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р2, кПа

 

10

10

20

 

20

30

40

40

50

50

30

 

 

d1, мм

 

50

50

50

 

40

40

40

32

32

25

25

 

 

d2, мм

 

100

125

150

 

125

150

175

80

75

80

75

 

Вказівки до рішення

Треба записати рівняння Бернуллі для перерізів 1-1 та 2-2:

2 2

Z1 Py1 21Vg 1 Z2 Py2 22Vg 2 h1 2

відрахування 0-0 провести через вісь труби.

Z1 та Z2 - геометрична висота центру ваги до площини відрахування;

Z1 = Z2 = 0

P1 , P2 - п’єзометричні висоти у перерізах, які відповідають тиску Р1 та Р2;

6

V1

 

Q

,

 

 

 

Q

 

- швидкісні напори у перерізах,

 

 

 

= 1.

1

 

2

 

 

 

V

2

 

 

 

 

1

 

2

 

 

 

 

 

 

2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1V1

, 2V2

- середні швидкості рідини у перерізах трубопроводу;

 

 

 

2g

 

 

2g

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h

 

V1 V2 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2g

-- втрата напору (енергії) при несподіваному розширенні

 

 

 

1 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

трубопроводу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Після підстановки компонентів рівняння маємо:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V22

V1 V2 2

 

V12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P1 P2 2g

 

 

2g

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2g

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача №4

Розрахувати діаметр трубопроводу довжиною l, який подає воду з річки до берегового колодязя, а також напір Н (мал. 4 стор. 13), якщо:

витрата води, яка відбирається насосом з колодязя - Q;

температура води t, оС.

Вихідні дані

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Q, л/с

20

40

60

80

100

80

60

40

20

50

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t, оС

20

15

10

5

20

15

5

10

15

20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l, м

50

75

100

125

150

200

150

100

75

50

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Доповнення:

1.Швидкість руху вільної поверхні води у річці та колодязі дорівнює нулю.

2.Розрахований діаметр труби округляти до більшого за сортаментом: 50, 75, 100, 125, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450 та 500 мм.

3.Коефіцієнти місцевих опорів прийняти: вхід в трубу з сіткою та зворотним клапаном вх.кл. = 3, вихід - вих = 1.0.

4.середня швидкість, що рекомендована у трубопроводах – 1-2 м/с.

Вказівки до рішення

7

Використовуючи витрату води Q по прийнятій середній швидкості V

знаходять площу перерізу труби:

Q

V

(у м2),

звідки:

d 4 1.13

(у м),

За сортаментом приймається близький більший за стандартом діаметр dст( в м) , після чого розраховують фактичну швидкість води (в м/с):

Vф

 

Q

 

4Q

ст

2

 

 

 

dст

Розрахунок різниці рівнів води у річці та колодязі можна провести, якщо зв’язати порівнянням Бернуллі перерізи 1-1 на поверхні води у річці та 2-2- у

колодязі:

Після аналізу компонентів:

Z1 =H; Z2 = 0; V1 = V2 0; P1 = P2 = Pат

маємо:

H

h1 2

 

V

2

 

 

 

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2g

 

d

де = вх.кл. + вих

- коефіцієнт Дарсі;

 

Ke

 

68 0.25

 

 

 

 

 

 

 

0.11

 

 

 

d

 

Re

 

 

Ке (чи екв)- еквівалентна шорсткість, умов. одиниць;

Re- число Рейнольдса;

Vd

8

 

 

- кінематична в’язкість води, яка залежить від температури води,м2/с:

t, оС

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

, см2

1.67

1.57

1.47

1.39

1.31

1.24

1.17

1.12

1.06

1.01

[ ] =в см2/с перераховується в 10-6 м2/с.

Задача №5

Розрахувати витрату води Q, яка тече крізь бетонну греблю, якщо напір

над її центром Н, а її діаметр d, довжина l (мал 5).

Вихідні дані

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Н, м

12

9

8

8

11

9

12

9

12

11

d, м

1.0

1.0

1.25

1.25

1.5

1.5

1.8

1.8

2.0

2.0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l, м

7.0

5.0

3.0

8.0

4.0

6.0

5.0

7.0

12.0

8.0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вказівки до рішення

Витрати води (в м3/с) розраховуються за формулою:

Q 2gH

- коефіцієнт витрати, умовних одиниць;

- площа перерізу труби, м2;

Н – напір,м.

Щоб знайти , треба усвідомити, як працює труба: як насадок, чи як

“короткий трубопровід”?

Якщо l<4d , то труба працює , як отвір.

=0,62 по довіднику для круглих отворів

Якщо 4d l 8d- це насадок.

Окрім того, найбільший вакуум Нвак в ньому не повинен перевищувати

8м = Нвакдоп, який знаходять за формулою:

9

Якщо l 8d

Нвак = 0,8 Н,

Якщо вірні обідві умови, = 0.82.

, то це “короткий трубопровід”:

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

1

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d

 

= вх + вих

= 0.02 – задля цьоґо випадку.

Література

Література основна:

1.Чугаев Р.Р. Гидравлика, Энергоиздат, Ленинградское отделение,

Л.: 1982.- с.3-351.

2.Ю.М.Константінов, О.О.Гіжа „Технічна механіка рідини і газу” Київ: Вища школа, 2002 р.

3.В.В.Смислов. Гідравліка і аеродинаміка. Київ.: Вища школа,1971р.

4.Сборник задач по гидравлике /под редакцией проф. В.А.Большакова. К.: «Вища школа», 1975.-298 с.

5.Калицун В.И., Кедров В.С., Ласков Ю.М., Сафонов П.В. Гидравлика, водоснабжение и канализация. М: Стройиздат, 1980.-315 с.

Довідкова література:

1.Справочник по гидравлическим расчетам./ под ред. П.Г. Киселева М.: Энергия, 1974 г. -312 с.

2.Справочник по гидравлике / под редакцией проф. В.А.Большакова. Киев.: Головное издательство издательского объединения «Вища школа», 1977 г.-215 с.

3.В.А.Большаков, Ю.М. Константинов и др. Справочник по гидравлике. Киев.: Головное издательство издательского объединения «Вища школа», 1988 г.-350 с.

4.Шевелев. Ф.А., Шевелев А.М. Таблицы для гидравлического расчета труб. М.:Стройиздат,1976 г.-115 с.

5.Теплов А.В. Основы гидравлики. “Энергия”, Ленинградское отделение, 1971. -207 с.

10

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.