Вариант 6

Для данной схемы напорного трубопровода произвести следующие расчеты:

1. Определить напор Н₁ для пропуска транзитного расхода воды Q_тр, и путевого с удельным расходом q по новым чугунным трубам.

2. Определить гидравлические уклоны на всех участках трубопровода.

3. Построить график напоров по длине трубопровода.

4. Определить необходимый напор Н₂ для пропуска заданного расхода Q через отверстие диаметром d₀, выполненное в стене толщиной =4d₀, разделяющей резервуары А и В.

5. Определить силы давления на разделяющую стенку (слева и справа), если ее ширина b=15d₁, а также точки их приложения.

Данные для расчета взять из таблицы 6.

Таблица 6 – Данные для расчета варианта 6

№ варианта	Qтр, л/с	L1, м	L2, м	L3, м	d1, мм	d2, мм	q, л/см	N	d0 ,мм
1	10	20	10	15	75	36	0,3	1/4	100
2	10	30	10	15	75	40	0,5	1/2	140
3	20	30	15	10	100	36	0,4	1/2	80
4	20	40	15	10	100	40	0,25	3/4	100
5	30	40	20	15	200	50	0,1	3/8	120
6	30	50	20	15	200	75	0,15	5/8	150
7	25	50	25	10	150	50	0,3	1/2	130
8	25	40	25	10	100	75	0,4	1/4	100
9	15	40	12	20	75	50	0,25	1/2	90
0	15	20	12	30	100	75	0,35	1/4	120

N – степень закрытия задвижки;

q – удельный расход на единицу длины участка трубопровода, л/c×м.

Вариант 7

Для данной схемы напорного трубопровода произвести следующие расчеты:

1. Определить напор Н₁, для пропуска жидкости вязкостью  расходом Q по стальным новым трубам.

2. Определить гидравлические уклоны на всех участках трубопровода.

3. Построить график напоров по длине трубопровода.

4. Определить необходимый напор Н₂ для пропуска заданного расхода Q через конический сходящийся насадок диаметром d₀ и длиной 4d₀. присоединенный к малому отверстию в тонкой стене.

5. Определить силы давления на стенки резервуаров, если их ширина b=29d₁, а также точки их приложения.

Данные для расчета взять из таблицы 7.

Таблица 7 – Данные для расчета варианта 7

№ варианта	Q, л/с	L1, м	d0, мм	d1,.мм	d2, мм	d3, мм	10^-6, м^2/с	
1	20	20	30	150	75	50	1,2	5
2	30	20	40	75	50	40	2,0	6
3	40	10	50	100	75	50	1,1	8
4	25	10	40	125	75	50	1,5	4
5	20	20	50	150	100	75	2,0	1,5
6	35	30	40	150	100	75	15,0	2
7	12	10	40	75	50	40	12,1	3
8	15	10	30	125	100	50	22,0	4
9	10	10	30	100	50	40	14,5	5
0	8	15	40	150	75	50	10,9	6

 – коэффициент сопротивления вентиля;

 – угол наклона, для четных номеров принять 45°, для нечетных 30°;

L₂=L₃=1,9L₁ – длины участков.

Применение уравнения Бернулли

Расчетно-графическая работа посвящена гидравлическому расчету короткого трубопровода. Общим методом решения задач является составление уравнения Бернулли для двух сечений трубопровода, расположенных последовательно по направлению движения потока.

. ₍₁₎

где z– геометрический напор, т. е. расстояние по вертикали от центра тяжести сечения до произвольно выбранной горизонтальной плоскости, взятой в качестве плоскости сравнения;

p/g– пьезометрический напор, т.е. отношение давления в данном сечении к удельному весу жидкостиg;

v²/2g– скоростной напор в данном сечении;

v– средняя скорость жидкости в указанном сечении;

 – коэффициент неравномерности распределения местных скоростей по сечению потока, выбираемый в зависимости от режима движения жидкости, для трубопроводов =1;

h_п1-2– потери напора между выбранными сечениями.

Расчеты с использованием уравнения Бернулли делятся на ряд характерных этапов:

Выбор положения плоскости сравнения

Обязательным требованием при выборе положения плоскости сравнения является ее горизонтальность, т. е. она должна быть перпендикулярна линии действия сил тяжести. Для упрощения расчетов и исключения возможных ошибок при определении геометрических напоров плоскость сравнения 0-0 выбирают таким образом, чтобы z₂ = 0. Пример выбора плоскости сравнения приведен на рисунке 8а. Но иногда целесообразно выбирать и другие положения плоскости сравнения, например, вдоль оси горизонтальной части трубопровода. Пример выбора плоскости сравнения приведен на рисунке 8б.

Выбор расчетных сечений

Часто уравнение Бернулли применяют для определения разности пьезометрических напоров, под действием которых жидкость с заданным расходом Qдвижется в напорных трубопроводных системах. Если же напор известен, то по уравнению определяют расход жидкости или необходимый диаметр трубопровода. Для сокращения числа неизвестных величин, входящих в уравнение (1), целесообразно сечения 1–1 и 2–2 выбирать таким образом, чтобы наибольшее количество членов уравнения было известно, или же легко определялось. Величины давлений выбирают как в абсолютных, так и в относительных значениях, но в идентичных значениях для обоих сечений. Если в сечении 1–1 выбрана величина избыточного давления, то и в сечении 2–2 тоже должно быть указано избыточное давление. В тех случаях, когда в одном из сечений давление равно атмосферному, давления удобно выбирать в избыточных значениях. Примеры выбора расчетных плоскостей приведены на рисунках 8а и 8б.

Пример составления уравнения Бернулли

Рассмотрим пример составления уравнения Бернулли для трубопровода, представленного на рисунке 8а.

Выбираем плоскость сравнения 0–0 таким образом, чтобы все сечения напорной системы лежали выше этой плоскости, а центр тяжести выходного сечения трубопровода совпадал с ней.

Рисунок 8а – Выбор плоскости сравнения

Рисунок 8б – Выбор плоскости сравнения

Выбираем расчетные сечения: 1–1 – по свободной поверхности жидкости в напорном резервуаре, а 2–2 – на выходе из трубопровода.

В сечениях 1–1 и 2–2 известны следующие величины: z₁ =H,p₁=p_изб +р_атм,v₁ =0 (т.к. приток и отток из резервуара равны между собой, т. е. уровень воды постоянный),z₂ =H,p₂=p_атм,v₂=Q/₂. Таким образом, после подстановки указанных величин в исходное уравнение (1), получим конечный вид уравнения Бернулли для случая, представленного на рисунке 8а:

. (2)

В уравнении пока неизвестны потери напора h_п1-2и скоростной напорв конечном сечении. Определение потерь напора будет рассмотрено ниже, а скоростной напор определяется с использованием уравнения неразрывности потока.

Из уравнения неразрывности следует, что скорости обратно пропорциональны площадям живых сечений:

Q=v₁₁=v₂₂= ... =v_n _n . (3)

Тогда по известному расходу можно найти значение скорости в конечном сечении v₂=Q/₂и скоростной напор.