- •1.Информация о дисциплине
- •1.1. Предисловие
- •1.2. Содержание дисциплины и виды учебной работы
- •1.2.1. Содержание дисциплины «Гидравлика» для специальностей 151001.65 и 150202.65 по гос
- •1.2.2. Объем дисциплины и виды учебной работы для специальности 150202.65
- •1.2.3. Объем дисциплины и виды учебной работы для специальности 151001.65
- •2. Рабочие учебные материалы
- •2.1. Рабочая программа (102 часа)
- •Раздел 1. Основные теоретические положения (24 часа)
- •1.1. Физико-механические свойства жидкости. Модель сплошной среды и ее гидродинамические параметры (4 часа)
- •1.2. Гидростатика. Дифференциальные уравнения гидростатики Эйлера
- •1.3. Элементы кинематики сплошной среды (4 часа)
- •Раздел 2. Гидравлическое сопротивление и диссипация энергии потока вязкой жидкости (26 часов)
- •2.1.Основные понятия и определения (2 часа)
- •2.2. Потери давления (напора) по длине потока и местные гидравлические потери (16 часов)
- •2.3. Законы гидравлического сопротивления при ламинарном движении (4 часа)
- •2.4. Законы гидравлического сопротивления при турбулентном движении (4 часа)
- •Раздел 3. Гидравлические напорные системы (26 часов)
- •3.1.Основные понятия и определения (2 часа)
- •3.2.Методика гидравлического расчета напорных систем (12 часов)
- •3.3.Гидравлический удар (6 часов)
- •3.4. Истечение жидкости через отверстия и насадки (6 часов)
- •Раздел 4. Одномерные потоки газа (21 час)
- •4.1. Некоторые сведения из прикладной газовой динамики (9 часов)
- •4.2. Истечение газа из резервуара (12 часов)
- •2.2. Тематический план дисциплины
- •2.2.1. Тематический план дисциплины
- •2.2.2. Тематический план дисциплины
- •2.2.3.Тематический план дисциплины
- •2.2.4. Тематический план дисциплины
- •2.2.5. Тематический план дисциплины
- •2.4. Временной график изучения дисциплины
- •2.5. Практический блок
- •2.5.1. Практические занятия
- •2.5.1.2. Практические занятия для студентов очно-заочной формы обучения специальности 151001.65
- •2.5.2.2. Лабораторные работы для студентов очно-заочной формы обучения специальности 150202.65
- •2.5.2.3. Лабораторные работы для студентов очно-заочной формы обучения специальности 151001.65
- •2.5.2.4. Лабораторные работы для студентов заочной формы обучения специальности 150202.65
- •2.5.2.5. Лабораторные работы для студентов заочной формы обучения специальности 151001.65
- •2.6. Балльно-рейтинговая система оценки знаний
- •3. Информационные ресурсы дисциплины
- •3.1. Библиографический список
- •3.2. Опорный конспект
- •Введение
- •Раздел 1. Основные теоретические положения
- •1.1. Физико-механические свойства жидкости. Модель сплошной среды и ее гидродинамические параметры Изучаемые вопросы:
- •Вопросы для самопроверки:
- •1.2. Гидростатика. Дифференциальные уравнения гидростатики Эйлера Изучаемые вопросы:
- •Вопросы для самопроверки:
- •1.3. Элементы кинематики сплошной среды Изучаемые вопросы:
- •Вопросы для самопроверки:
- •1.4. Основы динамики жидкости Изучаемые вопросы:
- •Вопросы для самопроверки:
- •Раздел 2. Гидравлическое сопротивление и диссипация энергии потока вязкой жидкости
- •2.1. Основные понятия и определения Изучаемые вопросы:
- •Вопросы для самопроверки:
- •2.2. Потери давления (напора) по длине потока и местные гидравлические потери Изучаемые вопросы:
- •Вопросы для самопроверки:
- •2.3. Законы гидравлического сопротивления при ламинарном движении Изучаемые вопросы:
- •Вопросы для самопроверки:
- •2.4. Законы гидравлического сопротивления при турбулентном движении Изучаемые вопросы:
- •Вопросы для самопроверки:
- •Раздел 3. Гидравлические напорные системы.
- •3.1. Основные понятия и определения Изучаемые вопросы:
- •Вопросы для самопроверки:
- •3.2. Методика гидравлического расчета напорных систем Изучаемые вопросы:
- •Вопросы для самопроверки:
- •3.3. Гидравлический удар Изучаемые вопросы:
- •Вопросы для самопроверки:
- •3.4. Истечение жидкости через отверстия и насадки Изучаемые вопросы:
- •Вопросы для самопроверки:
- •Раздел 4. Одномерные потоки газа
- •4.1. Некоторые сведения из прикладной газовой динамики Изучаемые вопросы:
- •Вопросы для самопроверки:
- •4.2. Истечение газа из резервуара Изучаемые вопросы:
- •Вопросы для самопроверки:
- •3.3.1. Глоссарий
- •3.3.2. Принятые обозначения: на основе латинского алфавита
- •На основе греческого алфавита:
- •Безразмерные комплексы
- •3.4. Методические указания к выполнению лабораторных работ
- •3.4.1. Общие указания
- •Охрана труда и техника безопасности
- •III. Описание лабораторной установки
- •IV. Порядок выполнения работы
- •V. Содержание отчета
- •III. Описание лабораторной установки
- •V. Содержание отчета
- •3.5. Методические указания к выполнению практических занятий
- •Практическая работа №1 Определение гидравлических потерь
- •Методические указания к решению
- •Практическая работа №2 Расчет напорной гидравлической системы
- •Методические указания к решению
- •Практическая работа n3 Определение величины гидравлического удара в трубопроводе
- •Методические указания к решению
- •Практическая работа №4 о пределение пропускной способности предохранительного клапана
- •Методические указания к решению
- •4. Блок контроля освоения дисциплины
- •4.1. Задания на контрольные работы и методические указания к их выполнению
- •4.1.1. Задания на контрольную работу Задача № 1
- •Методические указания к выполнению задачи 1
- •Задача № 2
- •Методические указания к решению:
- •4.2. Текущий контроль Тест №1
- •Тест №2
- •Тест №3
- •Тест №4
- •Правильные ответы на тренировочные тесты текущего контроля
- •4.3. Итоговый контроль
- •Вопросы к зачету:
- •Содержание
- •1. Информация о дисциплине..................................................................................3
Методические указания к решению
Внутренний диаметр трубопровода d следует подбирать исходя из формулы Дарси для потерь по длине :
где - коэффициент гидравлического трения,
- средняя скорость потока в трубопроводе,
где S – площадь поперечного сечения потока в трубопроводе:
Коэффициент определяется по формулам:
Ламинарный режим Re<2300:
Турбулентный режим Re>2300
соответствующий закону сопротивления гладкой стенки.
Число Рейнольдса:
В преобразованном виде формула записывается следующим образом:
Задаваясь значениями d=(10…25)* м, определяем среднюю скорость , число , затем коэффициент гидравлического трения . Подставляя значения d и в уравнение, вычисляем его правую часть. Левая часть уравнения определяется, исходя из баланса давления жидкости в трубопроводе:
Поскольку , получаем:
Подобным образом проводим дальнейшие расчеты и сводим их в табл.2.
Таблица 2
d ,м |
S, м2 |
V, м/с |
Re |
|
∆p1,МПа |
Далее решаем эту задачу графоаналитическим методом.
Строим график , проецируем точку , полученную в левой части уравнения и находим искомую величину
Практическая работа №2 Расчет напорной гидравлической системы
Рис.2. Схема напорной гидравлической системы
Напорная гидравлическая система состоит из двух открытых резервуаров 1 и 5, вертикального 2 и горизонтального 3 трубопроводов. На горизонтальном трубопроводе установлен вентиль 4. При постоянной разности уровней вода из резервуара 1 поступает в резервуар 5. Заданы (табл.3) длины трубопроводов и внутренние диаметры и , коэффициент сопротивления вентиля , разность уровней Z.
Определить расход воды в системе.
Таблица 3
Параметры\ Цифра шифра |
Варианты и исходные данные |
|||||||||
00 |
01 |
02 |
03 |
04 |
05 |
06 |
07 |
08 |
09 |
|
Н,м \предпоследняя |
4,0 |
2,5 |
4,5 |
3,5 |
3,0 |
2,7 |
4,2 |
5,0 |
4,5 |
3,5 |
. \последняя |
4,5 |
3,8 |
5,0 |
4,2 |
3,5 |
4,0 |
5,1 |
4,7 |
3,9 |
4,1 |
мм \последняя |
32 |
40 |
50 |
25 |
20 |
32 |
50 |
40 |
25 |
32 |
\предпоследняя |
4,0 |
5,2 |
4,8 |
4,5 |
5,1 |
3,8 |
5,5 |
4,9 |
6,1 |
4,7 |
\последняя |
9,0 |
7,9 |
10 |
8,4 |
7,0 |
8,0 |
10,2 |
9,4 |
7,8 |
8,2 |
мм \последняя |
15 |
20 |
25 |
13 |
10 |
20 |
32 |
25 |
15 |
15 |
Методические указания к решению
Расход воды Q в системе определяется по величине средней скорости потока в сечении трубопровода 3 и площади сечения
Для определения средней скорости необходимо применить уравнение Бернулли для контрольных сечений 1-2 и 2-2 (рис. 4.2) с учетом гидравлических потерь в трубопроводе и наметив плоскость сравнения 0-0, совпадающей с уровнем в баке 2 и приняв значения средних скоростей в контрольных сечениях равными нулю.
Гидравлические потери в трубопроводе состоят из потерь по длине в трубах 2 и 3 - , и в местах потерь: на входе в трубопровод из бака 1- , на повороте трубопровода - , в сужении трубопровода - в вентиле - и на выходе из трубопровода в бак 2 -
Выразив потери напора по длине по формуле Дарси
и местные по формуле Вессбаха
м ,,
составим их сумму, вынося общий множитель за скобки. В скобках получим коэффициент сопротивления системы равный сумме коэффициентов сопротивления по длине и , коэффициентов местных сопротивлений: на выходе из бака 1 - , на повороте трубопровода - , на сужении трубопровода - , в вентиле - , на входе в бак 2 - . Коэффициенты , и являются приведенными (к скорости в трубе 3), т.е. умноженными на отношение площадей сечения труб - = .
Численные значения коэффициентов местных сопротивлений: =0.5; =1,1; =0,5 [1- ]; =1. Коэффициент сопротивления по длине равен , где гидравлический коэффициент трения в первом приближении определяется по формуле Прандтля – Никурадзе:
,
причем эквивалентную шероховатость стенки можно считать равной 0,5 мм.
Порядок вычислений
1. Определяем коэффициенты гидравлического трения и .
2. Вычисляем приведенные коэффициенты сопротивления:
; ; и коэффициенты и .
3. Вычисляем коэффициент сопротивления системы :
4. Записываем уравнение Бернулли в общем виде и в преобразованном виде:
.
В уравнении (4.6) ; (атмосферное давление); (из условия неразрывности течения) ;
, - гидравлические потери.
Уравнение Бернулли в преобразованном виде:
Приняв значения коэффициентов кинетической энергии и равными единице, решаем уравнение
Z = [1 - + ] м, откуда
Обозначим
- коэффициент скорости.
Определим его численные значения и скорость .
По формуле определяется расход .
5. Проверка вычисленных значений коэффициентов и .
Коэффициенты и соответствуют так называемой квадратичной области сопротивления при турбулентном течении. Здесь эти коэффициенты зависят только от относительной шероховатости стенки трубы - . Эта область находится на графике зависимости λ= ( , приведенном в [2] в диапазоне Re > , где Re - число Рейнольдса, определяемое по формуле
Определив по расходу и сечению трубы скорость и рассчитав числа Рейнольдса и , сопоставляем эти числа с предельным значением Re>
Если полученные числа Re >, то уточнений не требуется. В противном случае надлежит вычислить коэффициенты и по графику