Рис. 1. К задаче №2

выпуске на расстоянии от берега.

Границы применимости данного метода расчета: средняя скорость ветра 5,5 м/с, соответствующая наиболее неблагоприятному в санитарном отношении направлению ветра: в первом случае – вдоль берега, во втором – от берега.

Протяженность участка, на котором определяют среднюю глубину Нср, зависит от глубины водохранилища табл. 13.1.

Глубина водо-	Протяженность
хранилища, м	участка, м
3-4	50
5-6	160
7-8	200
9-10	250

Таблица 13.1

По известной кратности разбавления можно вычислить концентрацию загрязняющих веществ в расчетном створе или в сточной жидкости [4].

Задачи к практическим занятиям

Ктеме: ИСТЕЧЕНИЕ ЖИДКОСТИ ЧЕРЕЗ НАСАДКИ И ОТВЕРСТИЯ

1.Определить время опорожнения вертикального цилиндрического бака, полностью заполненного водой, через отверстие в его дне, если диаметр бака d=2м, высота

H=2,Nм, диаметр отверстия d=0,1м, а коэффициент расхода μ=0,6. Истечение происходит в атмосферу.

2. Определить расход и скорость вытекания воды из малого круглого отверстия диаметром d=0,03м в боковой стенке резервуара больших размеров. Напор над центром отверстия Н=1м температура воды 20оС. Использовать при определении коэффициентов истечения из малых отверстий в тонкой стенке от чисел Re рис. 1.

4. Определить расход и скорость истечения нефти и затем воды через отверстие с острыми краями диаметром d=1см, а также через коноидальный насадок того же

диаметра, если напор в баке поддерживается постоянным и равным H=4м. Кинематическая вязкость нефти ν=2·10-5м2/с.

5.В пароохладитель через трубку с отверстиями поступает охлаждающая вода

температурой 20оС с расходом Q=0,00278м3/с. Давление воды в трубке р1=1×106Па, в его корпусе p2=0,7×106Па. Определить, сколько отверстий диаметром d=0,003м нужно просверлить в трубке для обеспечения заданного расхода воды если ρ=998,2кг/м3 и ν =1,1×10−6 м2/с.

6.Из отверстия в тонкой стенке диаметром d=0,00Nм вытекает вода с температурой

115

20oС. Определить расход воды и сравнить с расходом глицерина, вытекающего в тех же условиях. Высота уровня жидкости над центром отверстия H=0,05м. Кинематическая вязкость воды ν =1,101 10−6 м2/с, глицерина ν =1,19 10−3 м2/с.

7. Определить время опорожнения цистерны с мазутом при следующих данных: объем мазута в цистерне W=50м3, диаметр цистерны d=2,8м, диаметр сливного (короткого, т.е. расчет как отверстия) патрубка d=0,1м, кинематическая вязкость мазута ν=6,9 10−5м2/с.

8. Определить расход воды Q вытекающей из-под щита (рис. 2). Напор перед щитом Н=2м, щит поднят на высоту а=0,7м, ширина перекрываемого щитом отверстия b=3м, глубина за щитом hб=1,2м. Использовать табл. 1. Предположительно истечение свободное.

Fr=v2/gH	Таблица 1
	ψ
0,002	1,04
0,005	1,02
0,01	0,99
0,02	0,98
0,03	0,97
0,04	0,965
>0,06	0,96	Рис. 2. К задаче № 8

Ктеме: РАСЧЕТ ТРУБОПРОВОДОВ

1.Определить напор (Н) необходимый для пропуска расхода воды Q= N·10 л/сек через стальной трубопровод диаметром d=250мм и длиной l=1200м.

2.Определить расход (Q) воды в чугунной водопроводной трубе d=200мм, длиной N=1000м, при напоре Н=10м.

3.Определить диаметр стального трубопровода и среднюю скорость движения воды в нем при следующих данных Q=100л/с, Н=Nм, l=1500м.

4.Определить потери напора (hw) при движении воды в системе последовательно соединенных трубопроводов, состоящей из четырех участков, если расход воды

Q=20л/с, диаметры трубопровода d1=250, d2=200, d3=150, d4=100мм, l1=100, l2=10N, l3=150, l4=50м. Удельные сопротивления труб A смотреть в табл. 2.

5.Определить расходы воды в трех параллельно соединенных участках стального трубопровода и потери напора в них, если суммарный

расход воды Q=80л/с, диаметры участков d1=250, d2=200, d3=150, l1=100, l2=10N, l3=150м.

6.Определить потери напора при протекании воды

через участок стального перфорированного

трубопровода длиной l=50м с непрерывной раздачей ее,
если диаметр трубопровода d=100мм и расход воды в
начале участка Q=20+N л/с, а в конце Qт=10л/с.
7. Определить высоту расположения оси насоса над
уровнем воды в колодце (рис. 3), если расход воды,
подаваемый насосом, Q=30л/с, длина трубы L=15м,
диаметр d=0,15м, насос работает при вакууме hвак=6,8м,	Рис. 3. К задаче № 7

116

Рис. 5. К задаче № 9

температура воды t=NоС, d/R=1,2, ξсетки=10, ξколена=0,44, коэффициент гидравлического трения λ=0,04.

						Таблица 2
		Удельные сопротивления труб A c2/м6 из различных			Значения коэффициента
		материалов в зависимости от условного диаметра.			Кп для стальных и
	D мм				чугунных труб
		Стальные		Полиэтиленовые
			Чугунные
		электросварные		типа Г	V, м/с	Кп
			ГОСТ 9583-75
		ГОСТ 10704-76		ГОСТ 1899-73
	50	3686	11540	6051	0,2	1,41
	60	2292	-	2431	0,3	1,28
	75	929	-	-	0,4	1,2
	80	454	953	927	0,5	1,15
	100	173	312	324	0,6	1,115
	125	76,4	96,7	93	0,7	1,085
	150	30,7	37,1	45,9	0,8	1,06
	175	20,8	-	-	0,9	1,04
	200	6,96	8,09	5,07	1,0	1,03
	250	2,19	2,53	1,31	1,1	1,015
	300	0,85	0,95	0,71	1,2	1,0
	350	0,373	0,437	-
	400	0,186	0,219	-
	450	0,099	0,199	-
	500	0,058	0,0678	-

8. Определить расход воды (Q), пропускаемый самотечной трубой (рис. 4), длиной l=50м и диаметром d=250 м, при разности уровней воды в колодцах Н=2,Nм, предполагается квадратичный режим движения, эквивалентная шероховатость

стенок =2мм. Коэффициенты местных

сопротивлений ξсетки=6,0, ξвыхода=1,0.

Рис. 4. К задаче № 8

9. Определить при какой разности уровней воды в сосудах (Н) скорость движения воды в сифонном трубопроводе (рис. 5) составит 1,N м/с. Длина трубопровода l=65м, диаметр d=150мм. Коэффициент гидравлического трения λ=0,035, ξсетки=10, ξколена1=0,25, ξколена2=0,10, ξвыхода=1,0.

10. Насос, перекачивающий воду при температуре t=NоС с расходом 40л/с, может создать максимальную вакууметрическую

высоту на всасывающей линии 7м, не разрывая при этом струи жидкости (рис. 5). Диаметр трубопровода d=200мм, длина l=10м, эквивалентная шероховатость стенок

117

=0,1мм, на всасывающей линии имеется сетка (ξ=10) , колено (ξ=0,2), задвижка (ξ=0,35).

11.Определить ударное повышение давления в стальной трубе диаметром d=0,2м и толщиной стенок d=5мм при мгновенном закрытии крана, если расход воды Q=60л/с, модули упругости Ев=1,9·109Па, Ecт=2,12×1011Па.

12.Определить скорость распространения ударной волны и величину повышения давления при мгновенном закрытии крана на трубопроводе из стальных труб диаметром 62мм и средней скорости движения жидкости 0,N м/сек. По трубопроводу

движется нефть плотностью 840кг/м3, модуль упругости которой равен 1325×106Па.

13. Определить продолжительность закрытия задвижки стального трубопровода (t), необходимую для предотвращения повышения давления воды в нем при гидравлическом ударе свыше 2ат. Диаметр трубопровода 100 мм, толщина стенки

δ=5,5мм, длина N км, расход воды 5400 м3/ч (Ев=1,9·109Па, Ecт=2,12·1011Па).

14. В конце системы, состоящей из двух последовательно соединенных трубопроводов установлена задвижка. Определить повышение давления перед задвижкой при ее закрытии, если время закрытия t=0,2с, расход воды Q=0,02м3/с; диаметры трубопроводов d1=0,2м, d2=0,1м, длина l1=100м, l2=200м. Определить наименьшее время закрытия задвижки, исключающее прямой гидравлический удар.

Толщина стенок трубопровода δ= 5×10-3м, температура воды NоС.

15.На стальном трубопроводе диаметр, которого 200мм и толщина стенок 10мм, установлена задвижка, время закрытия которой 8,2 сек. Определить повышение давления в трубопроводе на расстоянии N км, если по трубопроводу перекачивается вода со скоростью 1,8м3/мин.

16.В стальном трубопроводе длиной l=200м, диаметром d=0,2м и толщиной стенок

δ=5·10−3м расход воды Q=0,1м3/с. Расчетная температура воды NоС. Определить наименьшее время закрытия задвижки tмин, чтобы повышение давления в конце

трубопровода, вызванное гидравлическим ударом, было не более рмакс=4×105Па. Чему будет равно повышение давления в случае мгновенного закрытия задвижки.

18. Сравнить повышение давления в результате прямого гидравлического удара в

трех стальных трубопроводах с толщиной стенок δ=5,5 мм и внутренними диаметрами 50, 100, 200мм и при движении в этих трубопроводах воды с одинаковыми средними скоростями. Результаты выразить в процентах, приняв за 100% повышение давления в трубопроводе радиус, которого равен 50мм.

Ктеме: РАВНОМЕРНОЕ ТЕЧЕНИЕ ЖИДКОСТИ В КАНАЛАХ

1.Определить расход воды по трапециидальному каналу при следующих данных:

ширина канала по дну b=1,2м, угол наклона боковых стенок к горизонту β=60о, уровень воды в канале h=80cм. Гидравлический уклон дна канала i=0,000N. Стенки

из естественного грунта, диаметр частиц dcред=0,25мм. Проверить скорость на размыв и заиление (табл. 3).

2.Определить расход жидкости и требуемый уклон дна канала трапециидального сечения при следующих данных: ширина канала по дну b=0,8м, уровень жидкости h=0,6м, скорость движения жидкости v=0,Nм/сек. Стенки канала из естественного грунта (n=0,025). Коэффициент откоса m=1,2. Коэффициент Шези определить по

118

формуле Павловского.

3.Определить расход воды Q в бетонном лесосплавном лотке практической формы, имеющим следующие размеры поперечного сечения: b=0,4м, B=1,0м, h=0,8м,

h1=0,3м. Уклон дна лотка i=0,00N. Коэффициент шероховатости для бетонного лотка n=0,014.

4.По трапециидальному каналу протекает 0,65м3/сек воды со средней скоростью 1,1 м/сек. Глубина воды 0,Nм, коэффициент откоса m=1,5м. Стенки – грубое бетонирование n=0,014. Определить ширину дна канала и гидравлический уклон.

5.Определить коэффициент шероховатости русла реки (n) по следующим данным гидрометрических измерений: Q=225м3/с, w=150м2, B=75м и I=0,0004.

6.Большая равнинная река, русло которой сформировалось из мелкого гравия и крупного песка, имеет относительно равномерное течение. Ширина реки b=200м, средняя глубина на рассматриваемом участке h=2,5м, уклон водной поверхности i=0,000N. Определить среднюю скорость течения (v) и расход воды (Q).

8. По металлическому лотку прямоугольного сечения шириной 0,6м сбрасывается нефть. Продольный уклон лотка i=0,0125. Определить, какой расход (Q) пропускает

лоток при глубине h=0,2м. Кинематическая вязкость нефти ν=1*10-4м2/с.

9.Определить уклон i водосточного коллектора прямоугольного сечения шириной b=1,4м, который обеспечивал бы при глубине h пропуск расхода Q=N,1м3/с. Коллектор выполнен из сборного железобетона, n=0,015.

10.При каком наполнении (h), бетонный канал трапециидального сечения пропустит расход Q=38м3/с, если ширина его b=2Nм, заложение откосов m=0,5, уклон i=0,00025.

			Таблица 3
N	Характеристика грунта или облицовка канала		Vмакс, м/с
1	Илистый грунт, разложившийся торф		0,25-0,5
2	Супесь, пылевытый песок, легкие суглинки, глины мягкие, средний	0,7-0,8
	лесс
3	Малоразложившийся осоково-гипновый торф	0,1-1,0
4	Суглинки средние и плотные, плотный лесс	1-1,2
5	Малоразложившийся сфагновый торф	1,2-1,5
6	Глины	1,2-1,8
7	Одерновка	0,8-1,0
8	Булыжная мостовая	1,5-3,5
9	Бетонная и железобетонная облицовка	5,0-10,0
10	Деревянный лоток	6,5

11.Бетонный канал трапециидального сечения, предназначенный для пропуска расхода воды Q=7,5м3/с, по гидрогеологическим условиям может иметь глубину не более h=1,2м. Определить ширину канала b, необходимую для пропуска заданного расхода, при уклоне i=0,0004 и заложения откосов m=1м.

12.Определить расход жидкости (Q) в круглой стальной трубе (n=0,012), если ее

диаметр d=200мм, степень наполнения h/d=0,75, а уклон i=0,00N.

13.Для круглой стальной трубы (n=0,012) диаметром d=400мм определить уклон i, если расход протекающей жидкости равен Qчаст=80л/с, степень наполнения h/d.

119

14.Подобрать диаметр круглой стальной трубы, если Qчаст=30л/с, i=0,00N, h/d=0,8.

15.Определить степень наполнения круглой стальной

трубы диаметром d=300мм, Qчаст=20л/с при уклоне i=0,00N.

16.Определить нормальную (Q при h/d=0,75) и

максимальную (Qmax при h/d=0,95) пропускную способность дренажной трубы диаметром d=0,6м а также скорость течения воды v в ней при уклоне трубы i=0,00N (С определить по Маннингу, при решении рекомендуется использовать рис. 6).

17.Определить какого диаметра и с каким уклоном

нужно заложить дренажные гончарные трубы, чтобы Рис. 6. К задачам № 14-16 обеспечить пропуск расхода грунтовых вод Q=10л/с по

трубе со смоченным периметром χ =62,8см.

Ктеме: ИСТЕЧЕНИЕ ЖИДКОСТИ ЧЕРЕЗ ВОДОСЛИВЫ

1.Определить расход воды через прямоугольный водослив с тонкой стенкой без бокового сжатия, если ширина порога водослива b=1,Nм, высота порога P=0,9м, уровень воды в верхнем бьефе h1=1,6м, уровень воды в нижнем бьефе h2=0,4м.

2.Определить напор на пороге треугольного водослива с тонкой стенкой с углом при вершине α=900, установленного в канале, если расход воды Q=0,Nм3/с.

3.Определить расход воды в оросительной системе, проходящей через водослив трапецеидального сечения, ширина которого по дну равна b=0,3м, напор на водосливе H=20cм. Уклон стенок 1:4.

4.Определить сколько щитов нужно снять с верхнего ряда затвора плотины (водослив с тонкой стенкой), чтобы обеспечить пропуск в нижний бьеф расхода воды Q=13,5м3/с. Напор над верхней кромкой остающегося ряда щитов Н=1м. Возвышение

кромки над дном русла P=3м. Глубина воды в нижнем бьефе hнб=1,5м. Ширина щита b=1,Nм.

5.Через разборчатую плотину пропускается паводковый расход Q c напором Н=0,N. Определить расход на 1м ширины плотины, если высота водосливной стенки p1=0,6м.

Порог плотины имеет прямоугольную форму (m=0,32), толщина δ=1м, водослив не затоплен.

6.Какой напор (Н) установится на пороге лесосплавной плотины с повышенным флютбетом (по образу водослива с широким порогом) при пропуске расхода

Q=200м3/сек, ширине водослива b=20+Nм, глубине воды в нижнем бьефе hн.б=4,5м и высоте порога P=1,5м. Порог плотины имеет закругленное входное ребро, а береговые устои – криволинейно заостренное очертание в плане (а=0,06). Ширина реки перед плотиной B=30+Nм. При расчетах использовать табл. 4.

7.Определить ширину прямоугольного водослива (b) с тонкой стенкой для пропуска через него расхода Q=50л/с при напоре Н=0,2м и свободном истечении. Высота

порога водослива Р=0,5м, глубина воды в нижнем бьефе h н.б.=0,Nм, ширина подводящего канала не превышает b.

8.Для контроля сточной воды на подводящем канале прямоугольного сечения шириной 2м установлен водослив с тонкой стенкой высотой Р=2м. Определить расход воды в канале Q, если напор на водосливе Н=0,65м и глубина воды в нижнем

120

бъефе hнб =1,2м.

						Таблица 4
	Значения коэффициентов затопления sз для водосливов с широким порогом
	Hб-P	σз	Hб-P	σз	Hб-P	σз
	Ho		Ho		Ho
	0,80	1,00	0,87	0,93	0,94	0,70
	0,81	0,99	0,88	0,90	0,95	0,65
	0,82	0,99	0,89	0,87	0,96	0,59
	0,83	0,98	0,90	0,84	0,97	0,50
	0,84	0,97	0,91	0,81	0,98	0,40
	0,85	0,96	0,92	0,78
	0,86	0,95	0,93	0,74

Ктеме: ФИЛЬТРАЦИЯ В ПОРИСТЫХ СРЕДАХ

1.В центре кругового пласта (R=1км, h=10м, Kп=0,5 мкм2, m=0,2) расположена

скважина (rс=0,1м, Н=2000м). Вязкость нефти µ=10-2Па×с, плотность ρ=870 кг/см3, абсолютное пластовое давление рпл=20МПа. Необходимо определить будет ли скважина фонтанировать, если ее открыть в атмосферу и чему будет равен ее дебит при давлении на забое pс=19МПа.

2.Определить давление на расстоянии 10м и 100м от оси скважины при плоско-

радиальной фильтрации нефти, при Kп=0,5 мкм2, h=10м, pс=7,84МПа, rс=0,1м, ρ=870 кг/см3, µ=4·10-3Па*с, Q=2·105кг/сут.

3.Определить какое давление необходимо поддерживать на забое совершенной газовой скважины, чтобы при соблюдении закона Дарси ее дебит составлял

Q=9,35×106м3/сут. Исходные данные: µ=0,014·МПа·с, h=25м, rс=0,1м, Kп=0,25 мкм2, Rк=900м.

К теме: ЗАГРЯЗНЕНИЕ ВОДОТОКОВ СТОЧНЫМИ ВОДАМИ

1.Определить кратность разбавления сточной воды, если у берега реки с расходом

Qв=10 +Nм3/с производится выпуск сточных вод с расходом Qcт=1,0м3/c и скоростью истечения из выпуска v0=0,3м/c, фоновая концентрация cв=0, коэффициент Шези C=9,3м0,5/с. Глубина потока H=2,5м, ширина – 60+N.

2.Определить кратность разбавления сточной воды в створе удаленном на расстояние L=500м от выпуска в реке при двух случаях: выпуск в стержне реки,

выпуск у берега. В реку с расходом Qв=100+N м3/с (при 95% обеспеченности) производится сосредоточенный выпуск сточных вод. Средняя скорость движения

воды в реке vср=0,35м/с, средняя глубина потока H=3м, С=47,6 м0,5/с. Расход сточных вод Qcт=0,4 м3/с при скорости выпуска v0=0,6м/c. (Расчет начального разбавления не требуется).

3.Определить кратность начального разбавления сточными водами речных, если в

реку, в которой глубина потока H=6,0м и скорость течения vр=0,3 м/с, производится сброс сточных вод рассеивающим выпуском. Суммарный расход сточных вод

Qcт=1,06м3/сут, скорость истечения из отверстий выпуска v0=N,0м/с, число отверстий N=10.

121