ГИДРАВЛИКА И НЕФТЕГАЗОВАЯ ГИДРОМЕХАНИКА

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Печатается по постановлению Редакционно-издательского совета Нижневартовского государственного гуманитарного университета

Рецензент: д-р физ.-мат. наук, профессор П.М. Косьянов (Тюменский индустриальный университет)

Гидравлика и нефтегазовая гидромеханика: методические указания для студентов, обучающихся по направлению подготовки 21.03.01 Нефтегазовое дело, профиль «Эксплуатация и обслуживание технологических объектов нефтегазового производства» / Сост. Т.Б. Кочина, В.Г. Краснов, Н.Н. Родионцев. - Нижневартовск: НВГУ, 2016. - 39 с.

Методические указания для студентов, обучающихся по направлению подготовки 21.03.01 Нефтегазовое дело, профиль «Эксплуатация и обслуживание технологических объектов нефтегазового производства» содержат основные формулы и справочные данные, необходимые для решения задач на практических занятиях, а также варианты заданий для выполнения контрольных работ в процессе самостоятельной работы студентов.

© Кочина Т.Б., 2016 © Краснов В.Г., 2016 © Родионцев Н.Н., 2016 © НВГУ, 2016

Тематический план издания учебно-методической литературы для внутривузовского пользования на первое полугодие 2016 года Позиция № 4-1

Подписано в печать 15.06.2016. Формат 60×84/16 Усл. печ. листов 2,4. Тираж 50 экз.

Отпечатано в Издательстве НВГУ

2

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

1. ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ В СИСТЕМЕ СИ

Система единиц физических величин – совокупность основных и производных физических величин, образованная в соответствии с принципами для заданной системы физических величин.

В 1960 году была утверждена Международная система единиц, физических величин (русское обозначение СИ, международное SI). В настоящий момент она состоит из семи основных единиц (некоторые из них приведены в табл.1) и ряда единиц производных. Производные единицы СИ образованы на основе уравнений связи между физическими величинами (табл. 2).

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

4

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

2. ОСНОВНЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЖИДКОСТИ

Жидкость обладает текучестью – малым сцеплением частиц, отсутствием сил трения между частицами в состоянии покоя вследствие чего она легко принимает форму сосуда, в который помещена.

При изучении общих закономерностей с целью упрощения задачи жидкость иногда представляют в виде идеальной среды, абсолютно несжимаемой и лишенной сил внутреннего трения. Такую жидкость называют идеальной. В гидравлике учитывают

3.Расширение жидкости при нагревании характеризуется температурным коэффициентом объемного расширения βt , 1/град, выражающим относительное изменение объема жидкости при изменении температуры на один градус:

где V2, V1 – объемы жидкости при значениях температуры t2 и t1.

4.Сжимаемость жидкости характеризуется коэффициентом объемного сжатия βV, 1/Па, представляющим собой относительное изменение объема жидкости, приходящееся на единицу изменения давления:

Обратная величина коэффициента объемного сжатия есть модуль упругости жидкости:

V

где V1 и V2 – объемы жидкости при значениях ρ1 и ρ2.

5.Свойство жидкости оказывать сопротивление касательным силам, стремящимся сдвинуть одни частицы по отношению к другим, называются вязкостью.

5

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Вязкость жидкости является важным свойством реальной жидкости, проявляющимся при ее движении.

Динамическая вязкость μ, Па с, - сила трения, приходящаяся на единицу площади соприкасающихся слоев жидкости при градиенте скорости, равном единице. Она определяется из закона трения Ньютона:

где du – градиент скорости (отношение приращения скорости на границах слоя жидкости к dn

его толщине).

Кинематическая вязкость v, м2/с – отношение динамической вязкости к плотности жидкости:

Проверь себя:

1.Зависимость изменения объема жидкости при изменении температуры – (продолжить)

……

2.Размерность удельного веса жидкости - ….

3.При нагревании пресной воды от 4° до 100°, ее плотность - …..

Задачи по теме: ЗАДАЧА 1.

Определить температурный коэффициент объемного расширения воды βt , если при

о

увеличении температуры с 5 до 15 С объем воды, равный 8000л, увеличился на 6 л. РЕШЕНИЕ По формуле (4)

ЗАДАЧА 2.

При протекании минерального масла по трубе касательное напряжение на внутренней поверхности трубы τ = 2 Па. Найти значение кинематической вязкости масла, если скорость в трубе изменяется по закону u = 35y – 380 y2, плотность масла ρ = 883 кг/м3.

РЕШЕНИЕ

Используя уравнения (7) и (8), находим μ и v :

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Рис. 1

Градиент скорости du 35 2 380y.

ЗАДАЧА 3.

Определить модуль упругости жидкости воды Е, если при изменении давления в 10 МПа первоначальный объем 100 л изменяется на 0,5 л.

ОТВЕТ: ЕВОДЫ = 2 104 кгс/см2.

ЗАДАЧА 4.

Определить удельный вес воды γ, если плотность ее ρ = 1000 кг/м3. ОТВЕТ: γ = 104 Н/м3.

7

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

3.ГИДРОСТАТИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ

3.1.Гидростатическое давление в точке

Полное или абсолютное гидростатическое давление в данной точке А равно:

где pо – внешнее давление или давление на свободной поверхности; pизб - избыточное давление, давление столба жидкости высотой h;

где h – глубина погружения точки под уровень свободной поверхности (рис.2). Полное давление всегда положительно (pаб ≥ 0).

Рис. 2

Вакуумметрическим давлением или вакуумом называют недостачу (дефицит) давления до атмосферного:

Максимальное значение вакуума, выраженное в метрах столба жидкости, численно равно:

hвак.мак pат ,

g

т.е. зависит от величины барометрического давления.

При «нормальном» барометрическом давлении (760 мм. рт. ст.) наибольшее значение вакуума равно hвак = 10,33 м. вод. ст.

В обычных технических расчетах принимают hвак.мак.= 10,0 м. вод. ст., т.е. равным одной технической атмосфере.

8

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

3.2. Давление жидкости на плоскую стенку

Давление жидкости на плоскую стенку равно силе Р (рис. 3), определяемой по следующей зависимости:

где hц.т. – глубина погружения центра тяжести плоской стенки, т.е. расстояние по вертикали от уровня свободной поверхности до центра тяжести;

ω – площадь плоской стенки.

Точка D приложения силы Р называется центром давления. Место положения точки D определяется по формуле:

где hц.д. – расстояние по вертикали от уровня свободной поверхности до точки приложения силы Р,

I0 – момент инерции площади относительно 0-0 проходящей через центр тяжести площади.

Рис. 3

Уравнение (13) может быть записано и несколько иначе:

Нанесение графического изображения изменения гидростатического давления на любую поверхность в зависимости от глубины называется эпюрой давления.

Для построения эпюры гидростатического давления на плоскую поверхность необходимо в каждую точку поверхности восстановить перпендикуляр, отложить на нем в

9

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

масштабе значение избыточного давления (глубин) и концы перпендикуляров соединения линией (рис.4.)

Значение силы гидростатического давления на плоскую прямоугольную стенку может быть определено не только по зависимости (12), но и как произведение площади эпюры Sэп на ширину стенки b

P = Sэп b

Точка D приложения равнодействующей силы Р может быть найдена графическим путем, как центр тяжести площади эпюры. Равнодействующая сила проходит через эту точку перпендикулярно к плоской стенке.

Сила гидростатического давления жидкости на горизонтальное дно будет равна

где h – глубина воды в резервуаре; ω – площадь дна.

Рис. 4

10