Дальков М.П. Гидравлика УрИ ГПС МЧС России Екатеринбург 2017

1.1 Ответить на теоретические вопросы:

  1. Основные физические свойства жидкостей. Их размерности в системе СИ.
  2. В чем отличие жидкостей от твердых тел и газов.

Задача 1.

В вертикальном стальном резервуаре, заполненном наполовину, хранится нефть (рис.1). Плотность нефти, при начальной температуре, равна 855 кг/м³. Определить массу хранящейся нефти и колебания ее уровня в резервуаре, если температура в течение года принимает значения от t1 ºС (зима) до t2 ºС (лето). Коэффициент температурного расширения нефти, температуры и вид резервуара принять согласно исходным данным.В вертикальном стальном резервуаре, заполненном наполовину, хранится нефть (рис.1). Плотность нефти, при начальной температуре, равна 855 кг/м³. Определить массу хранящейся нефти и колебания ее уровня в резервуаре, если температура в течение года принимает значения от t1 ºС (зима) до t2 ºС (лето). Коэффициент температурного расширения нефти, температуры и вид резервуара принять согласно исходным данным.

Исходные данные к задаче

Таблица №1

Вариант αТ, 1/°С t1, °С Вид резервуара t2, °С
00 0,00065 -25 РВС-10000 30
В корзину – 120 RUB

Варианты задачи: 01, 02, 03, 04, 05, 06, 07, 08, 09, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99.

Методические указания.pdf

2.421 Ответить на теоретические вопросы:

  1. Объясните понятия абсолютного и избыточного давления, вакуума. Какими приборами измеряется давление, вакуум. Устройство и принцип работы этих приборов.
  2. Вывод основного уравнения гидростатики и его физический смысл. Что такое поверхность равного давления и каким уравнением она описывается? Что является поверхностью равного давления для жидкости в поле сил тяжести?

Задача 2.

Какое усилие необходимо приложить к окончанию рычага гидравлического пресса (F), чтобы поднять груз массой G, при условии, что диаметр меньшего поршня d, а диаметр большего поршня D. Плечи рычага a и b. Силой трения пренебречь.Объясните понятия абсолютного и избыточного давления, вакуума. Какими приборами измеряется давление, вакуум. Устройство и принцип работы этих приборов. Вывод основного уравнения гидростатики и его физический смысл. Что такое поверхность равного давления и каким уравнением она описывается? Что является поверхностью равного давления для жидкости в поле сил тяжести? Задача 2. Какое усилие необходимо приложить к окончанию рычага гидравлического пресса (F), чтобы поднять груз массой G, при условии, что диаметр меньшего поршня d, а диаметр большего поршня D. Плечи рычага a и b. Силой трения пренебречь.

Исходные данные к задаче

Таблица № 3

Вариант G, кг а, м b, м d, мм D, мм
00 1100 0,3 1 120 300
В корзину – 150 RUB

Варианты задачи: 01, 02, 03, 04, 05, 06, 07, 08, 09, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99.

Методические указания.pdf

2.422 Ответить на теоретические вопросы:

  1. Гидростатическое давление и его свойства. Что такое “эпюра давления”? Принцип построения эпюр давления. Использование эпюр давления для определения величины гидростатического давления и центра давления.
  2. Методика определения силы и центра давления жидкости на цилиндрические поверхности.

Задача 3

Определить на какой высоте z установится уровень ртути в сосуде относительно точки А, если манометрическое (избыточное) давление в этой точке составляет рa. Жидкости находится в равновесии. Плотность ртути принять равной 13600 кг/м³, вода 990 кг/м³.

Значения давления рa и высоты h принять по таблице согласно своему варианту.

Гидростатическое давление и его свойства. Что такое “эпюра давления”? Принцип построения эпюр давления. Использование эпюр давления для определения величины гидростатического давления и центра давления. Методика определения силы и центра давления жидкости на цилиндрические поверхности. Определить на какой высоте z установится уровень ртути в сосуде относительно точки А, если манометрическое (избыточное) давление в этой точке составляет рa. Жидкости находится в равновесии. Плотность ртути принять равной 13600 кг/м³, вода 990 кг/м³. Значения давления рa и высоты h принять по таблице согласно своему варианту.

Исходные данные к задаче

Таблица № 4

Вариант ра h, см
00 3,5 кгс/см² 50
В корзину – 150 RUB

Варианты задачи: 01, 02, 03, 04, 05, 06, 07, 08, 09, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99.

Методические указания.pdf

10.227 Ответить на теоретические вопросы:

  1. Как определяется средняя скорость в живом сечении потока? Что такое гидравлический радиус и гидравлический диаметр и зачем введены эти понятия? Чем отличается равномерное движение от неравномерного? Понятие идеальной жидкости.
  2. Приведите вывод уравнения неразрывности для элементарной струйки и для потока жидкости и объясните его физический смысл.

Решить задачу:

Определить, какое необходимо создать давление с помощью насоса, чтобы лафетный ствол обеспечивал расход равный Q. Потерями напора местными и по длине пренебречь. Диаметр выходного отверстия лафетного ствола d принять по таблице. Схема подсоединения лафетного ствола показана на рисунке 7. Плотность воды 1000 кг/м³.Как определяется средняя скорость в живом сечении потока? Что такое гидравлический радиус и гидравлический диаметр и зачем введены эти понятия? Чем отличается равномерное движение от неравномерного? Понятие идеальной жидкости. Приведите вывод уравнения неразрывности для элементарной струйки и для потока жидкости и объясните его физический смысл. Решить задачу: Определить, какое необходимо создать давление с помощью насоса, чтобы лафетный ствол обеспечивал расход равный Q. Потерями напора местными и по длине пренебречь. Диаметр выходного отверстия лафетного ствола d принять по таблице. Схема подсоединения лафетного ствола показана на рисунке 7. Плотность воды 1000 кг/м³.

Исходные данные к задаче

Таблица № 5

Вариант d, мм Q, л/с
00 28 28
В корзину – 150 RUB

Варианты задачи: 01, 02, 03, 04, 05, 06, 07, 08, 09, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99.

Методические указания.pdf

7.308 Ответить на теоретические вопросы:

  1. Приведите уравнения движения идеальной и реальной жидкости и поясните, что характеризуют отдельные их члены.
  2. Напишите уравнение Бернулли для элементарной струйки идеальной жидкости и для потока реальной жидкости. Объясните его физический смысл и дайте геометрическую интерпретацию.

Решить задачу:

Рассчитать, какое минимальное давление необходимо создать на насосе автоцистерны, чтобы подать ствол РС-70 (ствол А) в окно 3-го этажа с расходом Q и длиной рукавной линии L. Рукавная линия проложена из рукавов диаметром dрук и одного разветвления. Коэффициент местных потерь ξствола = 0,343, ξразвл = 0,5. Плотность воды 1000 кг/м³.Приведите уравнения движения идеальной и реальной жидкости и поясните, что характеризуют отдельные их члены. Напишите уравнение Бернулли для элементарной струйки идеальной жидкости и для потока реальной жидкости. Объясните его физический смысл и дайте геометрическую интерпретацию. Решить задачу: Рассчитать, какое минимальное давление необходимо создать на насосе автоцистерны, чтобы подать ствол РС-70 (ствол А) в окно 3-го этажа с расходом Q и длиной рукавной линии L. Рукавная линия проложена из рукавов диаметром dрук и одного разветвления. Коэффициент местных потерь ξствола = 0,343, ξразвл = 0,5. Плотность воды 1000 кг/м³.

Исходные данные к задаче

Таблица № 7

Вариант Q, л/с L, м dрук, мм
00 7,2 190 77
В корзину – 250 RUB

Варианты задачи: 01, 02, 03, 04, 05, 06, 07, 08, 09, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99.

Методические указания.pdf

8.184 Ответить на теоретические вопросы:

  1. Объясните причины сжатия струи при истечении жидкости через отверстия. Какие бывают виды сжатия? Что такое инверсия струи и в каких случаях наблюдается это явление?
  2. Как определяются скорость и расход жидкости при истечении через отверстие? Связь между коэффициентами скорости, расхода и степени сжатия.

Решить задачу:

В бак, разделенный перегородкой на два отсека, поступает расход воды Q (рис. 12). В перегородке имеется отверстие диаметром d1 = 75 мм. Из второго отсека вода вытекает в атмосферу через внешний цилиндрический насадок диаметром d2. Определить, на каких уровнях h1 и h2 установится вода в отсеках при достижении стационарного режима. Плотность воды 1000 кг/м³. Исходные данные для расчета приведены в таблице.Объясните причины сжатия струи при истечении жидкости через отверстия. Какие бывают виды сжатия? Что такое инверсия струи и в каких случаях наблюдается это явление? Как определяются скорость и расход жидкости при истечении через отверстие? Связь между коэффициентами скорости, расхода и степени сжатия. Решить задачу: В бак, разделенный перегородкой на два отсека, поступает расход воды Q (рис. 12). В перегородке имеется отверстие диаметром d1 = 75 мм. Из второго отсека вода вытекает в атмосферу через внешний цилиндрический насадок диаметром d2. Определить, на каких уровнях h1 и h2 установится вода в отсеках при достижении стационарного режима. Плотность воды 1000 кг/м³.

Исходные данные к задаче

Таблица №7

Вариант d2, мм Q, л/с
00 70 27
В корзину – 150 RUB

Варианты задачи: 01, 02, 03, 04, 05, 06, 07, 08, 09, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99.

Методические указания.pdf

12.41 Ответить на теоретические вопросы:

  1. Каковы причины возникновения гидравлического удара? Как изменяется во времени давление у задвижки при гидравлическом ударе? Что такое прямой и непрямой гидравлический удар?
  2. Как рассчитать величину повышения давления в трубопроводе при прямом и непрямом гидравлическом ударе? Отчего зависит скорость ударной волны? Приведите примеры возникновения гидравлического удара при эксплуатации пожарной техники. Как можно уменьшить или предотвратить ударное повышение давления?

Решить задачу:

Стальной водовод от насосной станции до водонапорной башни имеет длину L, диаметр 100 мм, толщину стенок 5 мм. Напор воды перед водонапорной башней равен Н, расход воды Q. Температура воды 20ºС.

Определить величину повышения давления при гидравлическом ударе, фазу удара, напряжение в стенке трубопровода и время безопасного закрытия задвижки. Сравнить напряжение в стенке при гидравлическом ударе с допустимым значением (для стали σдоп = 30 ГПа) и сделать вывод о возможном разрушении трубопровода.

Исходные данные к задаче

Таблица №9

Вариант Н, м L, м Q, л/с
00 75 70 28
В корзину – 150 RUB

Варианты задачи: 01, 02, 03, 04, 05, 06, 07, 08, 09, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99.

Методические указания.pdf

9.174 Ответить на теоретические вопросы:

  1. Поясните понятия “свободная струя”, “незатопленная струя”, “затопленная струя”, “сплошная струя”, “раздробленная струя”. Причины распада сплошных струй и как обеспечить получение дальнобойных пожарных струй.
  2. Методика расчета огибающих кривых компактной и раздробленной части струи. Как зависит максимальная высота струи от давления перед насадкам и диаметра насадка? Способы получения распыленных струй.

Решить задачу:

Определить максимальную дальность боя и силу реакции струи, получаемой при помощи лафетного ствола. Угол наклона ствола 30º, диаметр насадка d, напор воды на выходе из насадка Н.

Во сколько раз измениться дальность боя струи и сила реакции струи если:

а) в два раза увеличить напор;

б) в два раза увеличить диаметр насадка.

Исходные данные к задаче

Таблица №11

Вариант Н, м d, мм
00 35 32
В корзину – 150 RUB

Варианты задачи: 01, 02, 03, 04, 05, 06, 07, 08, 09, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99.

Методические указания.pdf

10.229 Ответить на теоретические вопросы:

  1. Расчет каких аппаратов пожарной техники основан на уравнении Бернулли? Привести пример методики расчета одного из указанных аппаратов.
  2. Сущность метода анализа размерностей. Вид формул для определения линейных и местных потерь напора. От каких величин зависят коэффициенты линейных (λ) и местных (ζ) потерь напора.

Решить задачу:

Вода по трубопроводу диаметром d и длиной l перекачивается с расходом Q. Уровень воды в резервуаре постоянный и равен Н. Определить давление при входе в насос, если температура воды равна t = 20ºС, эквивалентная шероховатость стенок трубы Δ, коэффициент сопротивления задвижки ξзадв, поворота – ξпов (коэффициент сопротивления входа в трубопровод ξвх = 0,5). Числовые значения параметров приведены в таблице.

Расчет каких аппаратов пожарной техники основан на уравнении Бернулли? Привести пример методики расчета одного из указанных аппаратов. Сущность метода анализа размерностей. Вид формул для определения линейных и местных потерь напора. От каких величин зависят коэффициенты линейных (λ) и местных (ζ) потерь напора. Решить задачу: Вода по трубопроводу диаметром d и длиной l перекачивается с расходом Q. Уровень воды в резервуаре постоянный и равен Н. Определить давление при входе в насос, если температура воды равна t = 20ºС, эквивалентная шероховатость стенок трубы Δ, коэффициент сопротивления задвижки ξзадв, поворота – ξпов (коэффициент сопротивления входа в трубопровод ξвх = 0,5).

Исходные данные к задаче

Таблица №12

Вариант d,

мм

 l,

м

 Q,

л/с

 Н,

м

 Δ,

мм

 ξзадв

 

 ξпов

 
00 75 2000 10 8 1 0,6 0,5
В корзину – 200 RUB

Варианты задачи: 01, 02, 03, 04, 05, 06, 07, 08, 09, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99.

Методические указания.pdf