103

Оглавление

Глава 1. ОСНОВЫ ГИДРОСТАТИКИ 9

1.1. Физические свойства жидкостей 9

Задачи 12

1.2. Гидростатическое давление. Закон Паскаля 15

Задачи 19

1.3. Эпюры гидростатического давления. Сила гидростатического давления на плоские стенки. Закон Архимеда 25

Закон Архимеда 28

Задачи 28

Глава 2. ОСНОВЫ ГИДРОДИНАМИКИ 36

2.1. Основные понятия и определения. Уравнения неразрывности потока 36

Задачи 38

2.2. Уравнение Бернулли для потока реальной жидкости 42

Задачи 44

Глава 3. ДВИЖЕНИЕ ЖИДКОСТИ ПО ТРУБАМ И ПОЖАРНЫМ РУКАВАМ 52

3.1. Линейные и местные потери напора 52

Местные потери напора можно определить по формуле Вейсбаха 56

3.2. Гидравлический удар 65

Таблица 3.1 65

Материал 65

Глава 4. ИСТЕЧЕНИЕ ЖИДКОСТИ ЧЕРЕЗ ОТВЕРСТИЯ И НАСАДКИ. ПОЖАРНЫЕ СТРУИ 70

4.1. Истечение жидкости через отверстия и насадки 70

Задачи 72

4.2. Вертикальные и наклонные струи. Реакция струи 76

Задачи 79

ПРИЛОЖЕНИЯ 81

Приложение 1 81

Плотность  и удельный вес  некоторых жидкостей 81

Приложение 2 82

Коэффициенты динамической  и кинематической  вязкости некоторых жидкостей 82

Приложение 3 83

Коэффициенты объёмного сжатия w и модули упругости К некоторых жидкостей 83

Приложение 4 84

Коэффициенты температурного расширения t жидкостей (для температуры около 18 С) 84

Приложение 5 85

Приложение 6 87

Материал и вид трубы 88

Состояние трубы 88

, мм 88

Тянутые из стекла и цветных металлов 88

Новые, технические гладкие 88

0,0000,0020,001 88

Бесшовные стальные 88

Новые и чистые, тщательно уложенные. 88

0,010,20,014 88

Стальные сваные 88

Новые и чистые 88

0,030,10,05 88

Клепанные свные 88

Легко клепанные 88

0,53,01,75 88

Оцинкованные железные 88

Новые и чистые 88

010,20,615 88

Чугунные 88

Новые асфальтированные 88

0,10,160,12 88

Деревянные 88

Из клепок, тщательно оструганных 88

0,10,30,2 88

Фанерные 88

Новые 88

Асбестоцементные 88

Новые 88

0,050,10,075 88

Бетонные 89

Новые из предварительно напряженного бетона 89

Приложение 7 89

Расчетные значения удельных сопротивлений для стальных и чугунных водопроводных труб 89

Приложение 8 91

Значения сопротивлений S для чугунных труб 91

Продолжение приложения 8 92

Значения сопротивлений S для чугунных труб 92

Значения поправочных коэффициентов Kп 93

Приложение 10 94

Значения скоростей движения воды V в зависимости от расхода и диаметра труб, м/с 94

Приложение 11 95

Значения сопротивления Sp одного стандартного пожарного рукава длиной 20 м 95

Приложение 12 97

Значения коэффициентов местного сопротивления 97

Внезапное расширение 97

2/1 97

1 97

2 97

3 97

4 97

5 97

6 97

7 97

8 97

9 97

10 97

вр 97

0 97

1 97

4 97

9 97

16 97

25 97

36 97

49 97

64 97

81 97

Внезапное сужение 97

2/1 97

0,01 97

0,1 97

0,2 97

0,4 97

0,6 97

0,8 97

1 97

в.с. 97

0,5 97

0,45 97

0,4 97

0,3 97

0,2 97

0,1 97

0 97

Диффузор 97

 97

10 97

20 97

30 97

40 97

50 97

60 97

70 97

k 97

0,17 97

0,41 97

0,71 97

0,9 97

1,03 97

1,12 97

1,13 97

Конфузор 97

1 97

10 97

20 97

30 97

40 97

50 97

60 97

70 97

80 97

90 97

100 97

120 97

140 97

k1 97

0,4 97

0,21 97

0,19 97

0,17 97

0,18 97

0,2 97

0,22 97

0,24 97

0,38 97

0,39 97

0,48 97

0,6 97

Продолжение приложения 12 97

Плавный поворот трубы 97

d/R 97

0,4 97

0,5 97

0,6 97

0,7 97

0,8 97

0,9 97

1 97

1,2 97

1,4 97

1,6 97

1,8 97

2 97

пов 98

0,14 98

0,15 98

0,16 98

0,18 98

0,21 98

0,24 98

0,29 98

0,44 98

0,66 98

0,98 98

1,41 98

1,98 98

Резкий поворот (колено без закругления) 98

 98

30 98

40 98

50 98

60 98

70 98

80 98

90 98

кол 99

0,2 99

0,3 99

0,4 99

0,55 99

0,7 99

0,9 99

1,1 99

Выход из трубы в резервуар больших размеров 99

Вход в трубу из резервуара 99

Приложение 13 99

Значения сопротивлений S для гидрантов и колонок 99

Приложение 14 100

Значения сопротивлений S для водомеров (для Q л/с) 100

Приложение 15 101

Значения коэффициентов местного сопротивления, сжатия, скорости и расхода для насадков различной формы 101

Приложение 16 101

Значение сопротивлений Sн и проводимостей p насадков (для Q л/с) 101

Приложение 17 102

Таблица напоров, расходов и длин компактных струй для насадок диаметром до 25 мм 102

Приложение 18 104

Радиусы действия компактной части струй лафетных стволов (при угле наклона радиуса действия компактной струи 30) 104

Приложение 19 105

Характеристики пожарных насосов, установленных на пожарных автомобилях и мотопомпах 105

Глава 1. Основы гидростатики

1.1. Физические свойства жидкостей

Основными физическими свойствами жидкостиявляются: текучесть, плотность, удельный вес, вязкость, сжимаемость, температурное расширение.

Плотность жидкости– физическая величина, численно равная отношению массы жидкости к ее объёму.

(1.1)

где  – плотность жидкости, кг/м³;

m – масса жидкости; кг;

W– объём жидкости,м³.

Удельный вес – физическая величина, численно равная отношению веса жидкости к ее объёму.

(1.2)

где  – удельный вес жидкости, Н/м³;

G – вес жидкости, Н.

Между удельным весом  и плотностью  имеется зависимость

(1.3

где g = 9,81 м/с² – ускорение свободного падения.

Значения идля воды и некоторых других жидкостей при различной температуре приведены в приложении 1.

Вязкость – свойство жидкости оказывать сопротивление относительному сдвигу смежных слоёв. Вязкость характеризуется коэффициентами динамической вязкости , Пас, и кинематической вязкости , м/с. Между этими коэффициентами имеется зависимость

(1.4)

Значения коэффициентов динамической и кинематической вязкости для некоторых жидкостей приведены в приложении 2.

Сжимаемость – свойство жидкости изменять свой объём при изменении давления. Сжимаемость характеризуется коэффициентом объёмного сжатия _w, который можно определить по формуле

(1.5)

где _w – коэффициент объёмного сжатия, 1/Па;

W – первоначальный объём жидкости, м³;

W– изменение объёма жидкости,м³;

p – изменение давления, Па.

Величина, обратная коэффициенту объёмного сжатия, называется модулем объёмной упругости К. Модуль объёмной упругости измеряется в Па.

(1.6)

Коэффициенты объёмного сжатия жидкостей мало меняются при изменении температуры и давления. Значение коэффициентов объёмного сжатия и модулей упругости для некоторых жидкостей приведены в приложении 3.

Температурное расширение – свойство жидкости изменять свой объём при изменении температуры. Температурное расширение характеризуется коэффициентом температурного расширения , который может быть определен из выражения

(1.7)

где – коэффициент температурного расширения, 1/К;

W – первоначальный объём жидкости, м³;

–изменение объёма жидкости, м³;

–изменение температуры, К.

Коэффициенты температурного расширения для некоторых жидкостей приведены в приложении 4.

Задачи

1. Определить массу воды в рукаве диаметром 51 мм и длиной 20 м.

Решение. Масса воды определяется из формулы (1.1)

Плотность воды по приложению 1

Объём воды

Тогда

2. Определить вес воды в рукавах диаметром 66 мми 77мми дли-ной 20м.

3. Определить массу дизельного мазута, находящегося в цистерне объёмом 50 м³, если плотность мазута составляет 920кг/м³.

4. Определить, какой объём займет нефть, имеющая массу 2010³кги плотность 900кг/м³.

5. Определить плотность нефтепродуктов, если их масса составляет 17,510³кг, объём 20м³.

6. Определить вес этилового спирта в объёме 20 литров.

7. Уровень мазута в вертикальном цилиндрическом баке диаметром 2 мпонизился на 0,5м. Определить массу израсходованного мазута, если его плотность при температуре 20Сравна 990кг/м³.

8. При гидравлических испытаниях допускается утечка воды, которая за одни сутки не должна превышать 3 лс квадратного метра смоченной поверхности. Возможно ли принять в эксплуатацию резервуар прямоугольной формы, имеющий размеры в плане 126м, в котором уровень воды за одни сутки понизился с 3,5мдо 3,48м. Определить массу убывшей воды.

Решение. Объём убывшей воды составил

Масса убывшей воды

Площадь смоченной поверхности

Утечка воды с одного квадратного метра смоченной поверхности при гидравлических испытаниях

что превышает установленную норму.

9. Определить, возможно ли принять в эксплуатацию цилиндрический резервуар диаметром 12 м, в котором уровень воды за одни сутки понизился с 5мдо 4,985м.

10. Определить предельную массу воды, убывшей за одни сутки в результате гидравлических испытаний цилиндрического резервуара диаметром 18 м. Определить предельное снижение уровня воды, если первоначальный уровень составлял 3,9м.

11. Определить коэффициент динамической вязкости нефти, если коэффициент кинематической вязкости составляет 0,62410^-4м²/с. Плотность нефти 750кг/м³.

12. Водовод пожарного водопровода диаметром 300 мми длиной 50м, подготовленный к гидравлическим испытаниям, заполнен водой при атмосферном давлении. Определить объём воды, которую необходимо дополнительно подать в водовод, чтобы избыточное давление в нем поднялось до 5МПа. Деформацией труб водовода пренебречь.

Решение. Из уравнения (1.5) находим, что объём воды, который необходимо дополнительно подать в водовод, определяется как

Коэффициент объёмного сжатия воды

Первоначальный объём воды

Тогда

13. При гидравлическом испытании технологического трубопровода длиной 200 ми диаметром 250мм, заполненного керосином, давление было поднято до 1,5МПа. Через один час давление упало до 1,0МПа. Определить объём вытекшего через неплотность керосина. Коэффициент объёмного сжатия керосина принять= 8010^-111/Па. Деформацией трубопровода пре- небречь.

14. Манометр на технологической емкости, полностью заполненной нефтью, показывает 0,5 МПа. При выпуске 40лнефти показания манометра упали до 0,1МПа. Определить объём ёмкости, если коэффициент объёмного сжатия нефти= 8010^-111/Па.

15. В вертикальном цилиндрическом резервуаре диаметром 5 мнаходится 1,210⁵кгнефти, плотность которой при 0Ссоставляет 800кг/м³. Определить колебания уровня нефти в резервуаре при изменении температуры от 0Сдо 30С.

16. Определить колебания уровня воды в баке водонапорной башни при изменении температуры от 10 Сдо 35С. В водонапорном баке диаметром 3мнаходится 20м³воды. Коэффициент температурного расширения воды принять равным 210^-41/К.

17. Предельная высота уровня бензола в вертикальном цилиндрическом резервуаре диаметром 12 мравна 10мпри температуре 10С. Определить, до какого уровня возможно налить бензол при возможном повышении температуры до 30С. Расширением резервуара пренебречь.