Глава 5.Гидромеханика

Задачи

1. В замкнутом сосуде находится вода под давлением Уровень воды в пьезометре, подсоединенного к стенке сосуда, равен 1 м над уровнем жидкости в сосуде. Плотность жидкости 1000 кг/ Определить внешнее давление на жидкость.

Ответ: Запишем основное уравнение гидростатики относительно точки подсоединения пьезометра: ,

где h высота подсоединения пьезометра над уровнем жидкости в сосуде.

+1000·9,8·1=1,08· Па

2. Определить высоту вакуума в точке А, точке подсоединения пьезометра к сосуду с жидкостью. Абсолютное давление в т.А равняется 0,4 . Плотность жидкости 1000 кг/

Ответ: Абсолютное давление в т. А:

со стороны жидкости, находящейся в пьезометре: (1).

со стороны жидкости, находящейся в сосуде: = = 0,4·9,8·10⁴ Па.

Тогда из уравнения (1):

h_вак = =0.6 м

3.Определить абсолютное и избыточное давление и силу давления жидкости на днище, если высота жидкости в сосуде h= 1м. Поверхность днища сосуда равна 1м². Плотность жидкости 1000 кг/м³. Давление над жидкостью равняется атмосферному.

Ответ: Абсолютное давление жидкости на днище сосуда: = Па.

Избыточное давление, создаваемое жидкостью: = 9,8·10³ Па.

Сила давления на днище сосуда: P = Н.

 

4.Вода из вертикально расположенного трубопровода а) диаметром d=100 мм; б) движущаяся со скоростью w = 6 м/с, растекается в пространстве между двумя горизонтальными параллельно расположенными дисками-плоскостями, наружный диаметр которых D =1200 мм. Расстояние между дисками h=100 мм., вода со скоростью ω=0,25 м/с вытекает в атмосферу. Определить давление в точке, удаленной от оси вертикальной трубы на расстояние 0,3 м. Так же определить а) скорость воды в трубе; б) диаметр вертикального трубопровода.

Ответ: Для сечения 1-1:

.

Для сечения 2-2:

.

Расход жидкости: 0,0942 м³/с.

Тогда скорость воды во втором сечении:

.

Уравнение Бернулли для сечений 1-1 и 2-2:

; ;

а) Находим площадь поперечного сечения трубопровода:

S= = =0,00785м²;

Из уравнения расхода:

= / S= 0,0942/0,00785=12м/с.

б) Из уравнения расхода находим:

S= / = 0,0942/6=0,0157м²;

=0,141м.

 

 

5.Из бака переменного сечения вытекает вода через нижнее отверстие диаметром d=50 мм. Диаметр верхней части бака =3000 мм, нижней - =1000мм. Время истечения жидкости из верхней части бака =60 мин., нижней части - 3 мин. Коэффициент расхода = 0,62. Определить объем жидкости в баке.

Ответ: Время истечения жидкости из верхней части бака:

τ₁= ·( - ) = ·( - )

Время истечения жидкости из нижней части бака:

τ₁= · = ·

 

6.Из цилиндрической емкости, диаметр которой D =1000мм, вода вытекает через нижнее, боковое отверстие, расположенное на расстоянии h=20 мм от днища. Диаметр отверстия d=20 мм. Время опорожнения емкости 30 мин. Коэффициент расхода = 0,62. Определить количество жидкости, находившейся в емкости.

Ответ: Время истечения воды из бака:

τ₁= ·( - );

 

 

7.Из бака диаметром D=1000мм при постоянном напоре h =25 м выливается вода через нижнее отверстие диаметром d=20 мм. Коэффициент расхода . Определить скорость истечения воды из отверстия бака.

Ответ: =µ = 0,62 · = 4,35 м/с.

 

8. В кожухотрубном теплообменнике число труб n=111 штук. Диаметр кожуха равен 400 мм. Диаметр трубок 25х2 мм. Определить эквивалентный диаметр межтрубного пространства.

Ответ: м=32мм.

 

9. В межтрубном пространстве кожухотрубчатого теплообменника с числом труб n=111 штук протекает вода, расход которой равен 5000 кг/ч. Диаметр кожуха равен 400 мм. Диаметр трубок 25х2 мм. Определить режим течения воды в межтрубном пространстве. Плотность жидкости принять равным 1000 кг/ .

Ответ: Критерий Рейнольдса: =756

Re=756<2320 режим ламинарный

10. Скорость движения воды в трубном пространстве двухходового кожухотрубчатого теплообменника 0,08 м/с. Длинно труб – 2 м, диаметр трубок 25х2 мм. Определить сопротивление трубного пространства на трение, если температура воды 20ºС.

Ответ.: Критерий Рейнольдса: =1680

Так как Re =1680<2320, режим течения будет ламинарным.

Коэффициент трения при ламинарном режиме: =0,038.

Сопротивление от потери давления на трение:

∆p =: = 0,038 = 2310 Па.

11. Скорость движения воды в трубном пространстве четырехходового кожухотрубчатого теплообменника =1 м/с. Диаметр кожуха равен 600мм. Длина труб - 3м, диаметр трубок 25х2. Общее число труб n= 210. Относительная шероховатость е =0,2мм. Определить сопротивление трубного пространства на трение, если температура воды 20 ºС.

Ответ Потеря давления на трение

12(7). Из вертикального отверстия диаметром 20 мм, расположенного в тонкой стенке бака вытекает компактная струя под напором Н =15 м. Коэффициент расхода . Определить силу воздействия струи на вертикальную площадку, расположенную на пути ее воздействия.

Ответ: Скорость струи:

= µ = 0,62 · = 10,63 м/с.

Сила воздействия на площадку:

R = ρS₀ = 1000·0,785·0,02²·10,63² = 35 Н.

13(8).Из вертикального отверстия диаметром 25мм, расположенного в тонкой стенке бака вытекает компактная струя под напором Н =25 м. Коэффициент расхода . Определить силу воздействия струи на площадку, расположенную на пути воздействия струи, если она смещается от бака со скоростью 0,3 м/с

Ответ:: Скорость струи:

= µ = 0,62 · = 13,73 м/с.

Сила воздействия на площадку:

R = ρS₀( ₀ -υ)² = 1000·0,785·0,025²·(13,73-0,3)² = 88,3 Н.

 

14(9). Вода движется по разветвленному трубопроводу к точкам потребления Д и С из начальной т.А. Потребной напор в т. С 10·1 МПа, в т. Д 3·1 МПа. Объемный расход в т. С 8 м/ч, т. Д 15 м/ч Геометрические напоры в т.А -12м, т. Б - 8 м, т. С - 7 м, т. Д- 10 м, длина участков АБ – 100 м, БС- 60 м, БД -80 м. Определить потери напора на участках АБ, БС, БД и диаметры труб всех линий трубопровода и напор в т.А

Ответ 9

15. По длинному трубопроводу диаметром 800 мм и толщиной стенки 10 мм, длиной 200м протекает вода под давлении 3 МПА и температуре 20 ºС со скоростью 5 м/с. Модуль упругости воды равен, стали. Определить рост давления в трубопроводе при гидравлическом ударе, возникший при мгновенной остановки движения воды в нем, а также скорость распространения волны гидравлического удара.

Ответ

16 Пленочное течение жидкости задача потеряна

17.Движение пленки жидкости, взаимодействущей с газовым потоком

18.По трубопроводу квадратного сечения 100х100мм движется вода. Определить эквивалентный диаметр трубопровода: а) при напорном течение; б) без напорном течение когда жидкость заполняет половину сечению трубопровода

Ответ.

19.На основе примера 10 определить потери давления на от местных сопротивлений на трубных пространствах. Скорость воды в трубах 0,4м/с, температура 20С

20.Определить на основе примера 10 и 19 определить полное сопротивление трубного пространства