Учебная работа. Расчеты гидравлических величин

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...

Расчеты гидравлических величин

МИНИСТЕРСТВО
ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

МОГИЛЁВСКИЙ
государственный УНИВЕРСИТЕТ ПРОДОВОЛЬСТВИЯ

Кафедра
«Теплохладотехники»

КОНТРОЛЬНАЯ
РАБОТА №1

по
дисциплине «Гидравлика и гидропривод»

студента
4 курса

Гидростатика

 

задача
№1

Закрытый
резервуар заполнен доверху жидкостью Ж температуры t1.

В
вертикальной стенке резервуара имеется прямоугольное отверстие, закрытое
крышкой. Крышка поворачивается вокруг оси О. Мановакуумметр показывает
манометрическое давление Рм или вакуум Рв.

Жидкость
нагревается до температуры t2.

Весом
крышки пренебречь.

Резервуар
считается абсолютно жёстким.

Определить
минимальное начальное F1 и конечное F2
усилия, которые следует приложить для удержания крышки.

построить
эпюры гидростатического давления жидкости на стенку, к которой прикреплена
крышка.

Исходные
данные

Н

А

d

В

Ж

t1

t2

h

Рм

Рв

R

м

м

м

м

0С

0С

м

кПа

кПа

м

12

8

4

8

Спирт

20

40

1,5

7

1

0,6

рисунок

 


Решение

Для
определения усилий F1 и F2, которые следует приложить для
удержания крышки, необходимо определить горизонтальную составляющую силы
суммарного давления жидкости на цилиндрическую стенку (крышку) сосуда которые в
нашем случае изменяются в зависимости от изменения значения температуры
жидкости находящейся в объёме сосуда.

 


Спроецируем
все силы на ось Ох:

Fx
+
P0
— Rx = 0

F
= Rx = ρg
hcSx
+ P0Sx

 

Где:

ρ
– плотность жидкости при определённом значении температуры (кг/м3)

g
ускорение свободного падения (9,81 м/с2)

hc

глубина центра тяжести вертикальной проекции криволинейной поверхности (м)

Sx

площадь вертикальной поверхности проекции АВС (м3)

P0

давление на свободной поверхности (Па)

Исходя
из начальных условий задачи, возьмём из справочника жидкости при температуре t2
=
40 0С, определяем с помощью формулы:

ρ2
= ρ1 /(1+β∆
t)

Где:

β
объемный коэффициент теплового расширения Спирт – 1,1·10-3(1/К);

t
– разность температур (t2-t1) (К).

 

Рассчитаем
глубину центра тяжести криволинейной поверхности hc:

hc
= Н –
h
+
R
= 12 – 1,5 + 0,6 = 11,5 (м)

Рассчитаем
площадь вертикальной поверхности проекции АВС:

Sx
=d·2R=4·2·0,6=4,8
(м3)

Из
условия – сосуд находится под избыточным давлением Рм
= 7000 Па это давление и будет давлением на свободной поверхности жидкости в
сосуде Р0 т.е. Рм = Р0.

Рассчитаем
усилие F1 необходимое для удержания крышки:

 

F1
= ρ1g
hcSx
+
P0Sx
= 790·9,81·11,5·4,8 + 7000·4,8 = 427794,48 + 33600 =

 =461394,48
(Н)

Рассчитаем
усилие F2 необходимое для удержания крышки:

F2
= 772,99·9,81·11,5·4,8 + 7000·4,8 = 418583,36 +
33600 = 452183,36 (Н)

Построим
эпюру гидростатического давления жидкости на стенку, к которой прикреплена
крышка:

РН=
ρgН +
P0
= 790·9,81·11,5 + 7000= 89033 + 7000=96033 (Па)

Вертикальная
составляющая силы давления равна весу жидкости в объеме тела давления:

 

V=πR2d/2=(3,14·0,62·4)/2=2,26
(м3)

Fy=G=ρ·g·V=790·9,81·2,26=17514,8
(Па)

Р0

 

 


Эпюра
гидростатического давления

 

Задача
№2

Определить
расход жидкости вытекающей через насадок из резервуара, в котором
поддерживается постоянный уровень жидкости Н. Диаметр насадка d.

Построить
эпюру давления на стенку, в которой расположен насадок.

определить
длину насадка.

 


 

Исходные
данные рисунок

Н

α

d

h

м

0

м

м

14

6

0.03

8


Решение

Расход жидкости
определяется как произведение действительной скорости истечения на фактическую
площадь сечения:

Произведение ε
и φ принято обозначать буквой и называть коэффициентом
расхода, т.е. μ = εφ.

Так как жидкость
вытекает из резервуара через конический расходящийся насадок то ε=1,
а μ = φ.

Так как насадок
конический расходящийся с углом 60, то φ = μ = 0,45

Так как профиль
отверстия истечения жидкости представляет собой круг, то его площадь
вычисляется по формуле:

 

S0=πd2/4=3,14·0,009/4=0,00071
(м2)

Вычислим высоту напора Нн

 

Нн=Н-h=14-8=6
(м)

Рассчитаем расход
жидкости через насадок:

 

Для определения длинны
насадка воспользуемся графиком для конических расходящихся насадков,
приведённым в книге: А.Д.Альтшуля «Примеры расчета по гидравлике» Москва.
стройиздат 1977г.

Так как μ
= 0,45
, а Ѳ=60
приблизительно значение соотношения l/d1будет
равно l/d1
4 => l=14d1=14·0,03=0,48 (м)

 

Эпюра
давления на стенку в которой расположен насадок


 

 


Из
большого закрытого резервуара, в котором поддерживается постоянный уровень,
вытекает в атмосферу жидкость Ж по трубопроводу.

Расход
жидкости Q.

Температура
жидкости t.

Длинна
труб l1 и l2.

Диаметр
труб d1
и d2.

Трубы
изготовлены из материала М.

Определить
напор Н.


 

исходные
данные

Р0

l1

d1

l2

d2

t

Ж

h

M

Q

кПа

м

м

м

м

0С

м

л/с

1.1

150

0.015

800

0.03

10

Спирт

0.2

Пластмасса

0.05

Рисунок

 


Решение

Эта задача
решается на основе применения уравнения Д. Бернулли. Для плавно изменяющегося
потока вязкой жидкости, движущейся от сечения 0-0 к сечению 1-1:

и от сечения
1-1 к сечению 2-2, уравнение Д. Бернулли имеет вид:

Hнап=Hh=z0
— расстояние от центра тяжести сечений 0-0 до произвольно выбранной
горизонтальной плоскости сравнения.

Исходя
из начальных условий задачи, возьмём из справочника t1
= 20 0С,
ρ1 = 790 кг/м3, а плотность жидкости
при температуре t2
= 10 0С,
определяем с помощью формулы:

 

ρ2
= ρ1 /(1+β∆
t)

Где:

β
объемный коэффициент теплового расширения вода – 1,1·10-3(1/К);

t
– разность температур (t2-t1) (К).

ρ2
=
790/(1+1,1·10-3·(-10)) = 798, 8 кг/м3

Исходя
из начальных условий задачи, возьмём из справочника t1
= 20 0С,
υ1 = 1,55·106 м2/с, а кинематическую
вязкость жидкости при температуре t2
= 10 0С,
определяем с помощью формулы:

υ2
=υ1ρ1 /ρ2
=1,51·10-6·790/798,8=1,49·10-6
(м2/с)

Для
расчёта средней скорости на втором участке трубопровода v2 воспользуемся
формулой:

Откуда:

Выразим
v1
из уравнения неразрывности:

Рассчитаем
число Рендольса и определим характер течения потока:

Так
как Re1
и Re2
< 2320
то течение потока носит ламинарный характер,
поэтому для расчёта гидравлического сопротивления (коэффициента трения) воспользуемся
формулой Пуазейля:

Для
расчёта линейного сопротивлении трубопровода, воспользуемся формулой
Дарси-Вейсбаха:

Рассчитаем
местные сопротивления трубопровода на участках:

Для
вычисления общего сопротивления трубопровода, воспользуемся выражением:

Общее
сопротивление трубопровода равно сумме линейного сопротивления трубопровода и
местных сопротивлений трубопровода на данном участке.

Найдём
уровень жидкости в резервуаре:

Так
как жидкость имеет ламинарный характер движения, то поправочный коэффициент (коэффициент
Кориолиса) α=2

Вычислим

 

 


задача№4

Центробежный
насос, графическая характеристика которого задана, подаёт воду на
геометрическую высоту Нг. температура воды t. Трубы
всасывания и нагнетания имеют длину
соответственно и . Эквивалентная шороховатость
∆э. избыточное давление в нагнетательном резервуаре Р2
остаётся постоянным. избыточное давление во всасывающем резервуаре Р1.

Найти
рабочую точку при работе насоса на сети. определить для неё допустимую высоту
всасывания.

исходные
данные

Нг

∆э

Р0

Р1

м

мм

м

м

м

м

кПа

кПа

5

0.03

6

0.3

1150

0.250

11

13

рисунок


Решение

Рассмотрим
работу насоса на разомкнутый трубопровод, по которому жидкость перемещается из
нижнего бака с давлением Р0, в верхний бак с давлением Р1.

Запишем
уравнение Бернулли для потока жидкости во всасывающем трубопроводе (линия
всасывания) для сечений О-О и Н-Н:

И
уравнение Бернулли для потока жидкости в напорном трубопроводе (линия нагнетания)
для сечений К-К и 1-1:

Рассматривая
выше представленные равнения, найдём приращение удельной энергии жидкости в
насосе для единицы её веса:

Величина

Определяется
трубопроводом и носит название кривой потребного напора, а величина (принимая
αк=αн=1)

называется
напором насоса. Напор насоса является функций его объемной подачи, т.е. объёма
подаваемой жидкости в единицу времени Q.

Зависимость
основных технических показателей насоса, в том числе напора, от подачи при
постоянных значениях частоты вращения, вязкости и плотности жидкости на входе в
насос называется характеристикой насоса.

необходимым
условием устойчивой работы насоса, соединённого трубопроводом, является
равенство, развиваемого насосом напора, величине потребного напора трубопровода.

Для
расчета коэффициента гидравлического сопротивления (коэффициент трения)
воспользуемся формулой Шифринсона:

Для
расчёта линейного сопротивлении трубопровода, воспользуемся формулой Дарси-Вейсбаха
(турбулентное течение жидкости):

Для
вычисления общего сопротивления трубопровода, воспользуемся выражением:

Общее
сопротивление трубопровода равно сумме линейного сопротивления трубопровода и
местных сопротивлений трубопровода на данном участке.

Гидравлическое
сопротивление вентиля по Л.Г.Подвидзу – 5,8 ед.

Поворот
трубы – 1 ед.

Вычислим
потребный напор:

13

 

Рабочая
точка насоса:

Q=0,172 м3/с

Н=34
м

Допустимая
высота всасывания: Н=36 м.

задача№5

На
шток гидроцилиндра действует сила F.

диаметр
поршня гидроцилиндра D а диаметр штока d.

Определить
давление, развиваемое насосом гидропривода, чтобы сохранить равновесие.

Силами
трения в гидроцилиндре и в сети пренебречь.

D

 

исходные
данные
          
                   Рисунок

 

F

d

p2

 

F

 

D

кН

мм

d

 

мм

180

15

30

p1

 


Решение

Для
решения данной задачи используем условие равновесия поршня гидроцилиндра,
которое выглядит следующим образом:

Где: R = — F;

Так
как штоковая полость гидроцилиндра сообщается с атмосферой, то р1=0

Из
условия равновесия выразим р2 какое и будет являться
давлением развиваемым наносом гидропривода при котором сохраниться равновесие в
гидроцилиндре.

Ответ:
254 мПа.


список использованной
литературы

1)   Р.Р.Чугаев
«Гидравлика». Ленинград энергоиздат ленинградское отделение 1982г.

2)   А.Д.Альтшуль
«Примеры расчётов по гидравлике». Москва. Стройиздат. 1977г.

3)   Н.З.Френкель
«Гидравлика». 1956г.

4)   А.А.Шейпак
«Гидравлика и гидропневмопривод»

Учебная работа. Расчеты гидравлических величин