Выбор варианта контрольной работы

Минобрнауки России

Федеральное ГОСУДАРСТВЕННОЕ бюджетное ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ФИЛИАЛ «БЕЛГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. В.Г.ШУХОВА

В г. НОВОРОССИЙСКЕ»

(БГТУ им. В.Г. Шухова в г.Новороссийске)

Методические указания и задания к выполнению контрольной работы по дисциплине

«МЕХАНИКА ЖИДКОСТИ И ГАЗА»

и специальности:

Разработала: Горбань Т.Л.

Новороссийск 2012

Цель преподавания дисциплины

Цель дисциплины – является освоение студентами законов механики жидкостей и газов и в той степени, которая позволяет решать задачи, связанные с указанными выше сферами применения этих законов

Задачи дисциплины – углубленное освоение студентами теоретических основ механики жидкости и газа, выработка навыков практического использования справочной, нормативной, патентной и научно-технической литературы для решения конкретных инженерных задач.

Задачи изучения дисциплины

В результате ознакомления с курсом дисциплины студент должен изучить:

· элементы технической термодинамики; законы гидростатики;

· законы движения потоков жидкостей и газов;

· особенности работы трубопроводов и каналов для транспортировки жидкостей и газов;

Знать:

· основные физические свойства жидкостей и газов и факторы, на эти свойства влияющие;

· законы равновесия жидких и газообразных сред;

· основные законы движения сплошной среды;

· режимы движения жидкостей и газов и структурные особенности потоков этих сред;

· энергетику потоков жидкостей и газов, закономерности, описывающие потери энергии при их движении;

· законы истечения жидких и газообразных сред;

· свойства вязко- пластичных жидкостей и их движение по трубам.

· особенности работы трубопроводов и каналов для транспортировки жидкостей и газов.

Уметь:

· производить расчеты равновесия жидкостей и газов, движения этих сред в трубопроводах и каналах, их истечения через отверстия и сопла;

· проводить экспериментальные исследования в области механики жидкостей и газов, пользоваться экспериментальной аппаратурой;

· проектировать системы подачи и эвакуации жидких и газообразных сред и определять необходимые для этого параметры энергетической аппаратуры.

Владеть:

· Методами расчета равновесия жидкостей и газов, движения этих сред в трубопроводах и каналах

· Методиками проведения экспериментальных исследований, пользоваться экспериментальной аппаратурой.

· Методами проектирования подачи и отведения жидкостей и газов.

Методические указания для выполнения контрольной работы

Выполнение контрольной работы студентами заочной и очной формы обучения предусмотрено государственным образовательным стандартом и специальности: 270105 (290500) «Городское строительство и хозяйство» Филиала БГТУ имени В. Г. Шухова в городе Новороссийске.

При выполнение контрольной работы студент должен проработать литературные источники по поставленной проблеме, а так же приобрести определенные навыки использования физико-механических и химических процессов.

Оформление контрольной работы

Контрольная работа выполняется на листах белой бумаги формата А4 с помощью набора текста на компьютере, используя текстовой редактор Word, шрифтом 14 пунктов, через 1,5 интервала.

Поле слева – 25 мм, справа – 10 мм, сверху – 25мм, снизу – 30 мм. Нумерация страниц текста курсовой работы и приложений должна быть сквозной. Номера страниц проставляют в верхнем правом углу листа арабскими цифрами без точки в конце. Номер страницы на титульном листе не указывают, но включают в общее количество страниц.

Общий план построения текста контрольной работы, разбивка на разделы, подразделы, пункты должна отвечать требованиям логики и иметь заголовок. Каждый раздел рекомендуется начать с нового листа.

Заголовки структурных элементов контрольной работы и разделов основной части следует располагать с абзацного отступа без точки в конце и печатать строчными буквами, начиная с первой прописной, не подчеркивая.

Заголовки подразделов и пунктов следует начать с абзацного отступа и печатать с прописной буквы вразрядку, не подчеркивая, без точки в конце.

Если заголовок включает несколько предложений, их разделяют точками. Переносы слов в заголовках не допускаются.

Пункты и подпункты основной части следует начать печатать с абзацного отступа.

Нумерация страниц контрольной работы выполняется арабскими цифрами, соблюдая сквозную нумерацию по всему тексту работы. Номер страницы проставляют в правом верхнем углу без точки в конце.

Иллюстрации и таблицы, расположенные на отдельных листах, компьютерные распечатки включают в общую нумерацию страниц контрольной работы.

Разделы, подразделы, пункты, подпункты следует нумеровать арабскими цифрами.

Разделы должны иметь порядковую нумерацию в пределах основной части и обозначаться арабскими цифрами без точки, например, 1, 2, 3 и т.д.

Пункты должны иметь порядковую нумерацию в пределах каждого раздела или подраздела. Номер пункта включает номер раздела и порядковый номер подраздела или пункта, разделенные точки, например, 1.1, 1.2, 1.3, и т.д.

Выбор варианта контрольной работы

При изучении курса «Механика жидкости и газа» студент должен выполнить контрольную работу и сдать ее на проверку за 2 дня до экзамена. В контрольной работе студент должен решить 10 задач.

При решении задач цифровые значения исходных данных выбираются по последней цифре зачетной книжки студента.

Например, номер зачетной книжки 3040804, вариант контрольной работы –4.

Перед решением задачи студент должен проработать соответствующий раздел курса по учебнику или учебному пособию по дисциплине “гидравлика”.

Контрольная работа оформляется на компьютере, используя текстовой редактор Word, шрифтом Times New Roman 14 пунктов, через 1,5 интервала.

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА:

Задача 1

Участок трубопровода заполнен водой при атмосферном давлении.

Требуется:

Определить повышение давления в трубопроводе при нагреве воды на ∆t⁰С и закрытых задвижках на концах участка.

Примечание. Коэффициент температурного расширения и объемного сжатия принять: β_t=0,000014⁰С, β_р=0,0005 МПА

Исходные

данные

Вариант

∆t, С

Указания к решению задачи 1

При решении задачи необходимо воспользоваться коэффициентами объемного сжатия b_W и температурного расширения b_t.

где DW – изменение объема W, соответствующее изменению давления на величину Dp или температуры на величину Dt.

Из этих формул находим искомую величину Dp при изменении температуры на заданную величину Dt°C.

Задача 2

Плавающее тело имеет объем W и массу M. Определить его грузоподъемность в воде при осадке в 0.75 от общей высоты h и суммарное давление на боковые плоскости. Ширина плавающего тела b=5м, длина l=20м.

Параметр	Номер варианта
Параметр	1	2	3	4	5	6	7	8
W, м³	1000	950	900	850	800	750	700	650
М, т	6,0	5,5	5,0	4,5	4,0	3,5	3,0	3,5

Указания к решению задачи 2

Уравнение равновесия жидкости, выведенное Эйлером в 1755г., выражает функциональную зависимость изменения давления от плотности жидкости и координат точки в пространстве

dP=ρ(Xdx+Ydy+Zdz),

где X,Y,Z – проекции ускорения массовых сил на координатные оси x,y,z, м/с².

Уравнение позволяет определить значения давления в любой точке жидкости. Для покоящейся жидкости, находящейся под действием только силы тяжести, X=0, Y=0, Z=-q. Интегрируя для этих условий уравнение Эйлера, получим закон распределения давления в покоящейся жидкости или основное уравнение гидростатики:

P=P₀+ρgh,

где P – полное абсолютное давление внутри жидкости, Па; P₀ – внешнее давление на свободную поверхность, Па; h – глубина погружения выбранной точки, м;

ρ – плотность жидкости, кг/м³.

Разницу между полным и атмосферным давлением называют избыточным давлением. Если P>P_атм избыточное давление называют манометрическим (P_м)

P_м = P - P_атм

Вакуум (или разряжение) недостаток полного давления до атмосферного (P<P_атм)

P_вак=P_атм-P

Приборы для измерения давления в жидкости измеряют, как правило, не абсолютное давление, а избыточное по отношению к атмосферному (манометрическое или вакуумметрическое). При этом полное давление P=P_атм±P_изб. Дифференциальные манометры показывают разность давлений в двух произвольных точках. В системе СИ давление измеряется в паскалях (1 Па = 1Н/м²). В инженерной практике применяются также другие внесистемные единицы измерения давления, связанные между собой следующими соотношениями:

1 ат(техн.)=1 кгс/см²=9,81·10⁴Па=10 м вод.ст.=736 мм рт.ст.

Следует различать также атмосферу физическаю (атм), равную атмосферному давлению 760 мм рт. ст. (1 атм (фщ)= =1,0332 кгс/см²=101,325 кПа = 760 мм рт. ст.).

Сила давления жидкости на плоскую произвольно ориентированную поверхность равна произведению полного гидростатического давления в центре тяжести рассматриваемой площадки на площадь этой смоченной поверхности S.

F = ( P₀+ ρgh_c ) S,

где h_c – глубина погружения центра тяжести плоской поверхности.

Сила давления жидкости на криволинейные поверхности определяется как равнодействующая сил, действующих на соответствующие оси,

F_х = ( P₀+ ρgh_c ) S'

где S' – проекция площадки S на плоскость, перпендикулярную оси ox – yoz

F_y = ( P₀+ ρgh_c ) S''

F_z = P₀S'''+ ρgW_т.д.

где S'', S''' – проекции площадки S на плоскости XOZ, XOY соответственно; W_т.д. – объем, образованный рассматриваемой площадкой S, ее проекцией на горизонтальную плоскость XOY, совпадающую со свободной поверхностью или с ее продолжением, и вертикальными образующими, проходящими через крайние точки рассматриваемой поверхности. Этот объем иногда называют телом давления W_Т.Д.. Согласно закону Архимеда на твердое тело, погруженное в покоящуюся жидкость, действует сила гидростатического давления, равная весу жидкости в объеме погруженного тела (W), направленная вертикально вверх и проходящая через центр тяжести тела

F_z = ρgW,

При плавании тела выталкивающие силы жидкости, действующие с боков тела, уравновешиваются между собой, а сила, действующая на тело снизу (выталкивающая архимедова сила F_z), уравновешивается его весом.

G_т = ρ_т.д.gW_т=Мg

В зависимости от соотношения сил F_A и G_т возможны следующие три случая равновесия плавающего тела: F_A>G_т – всплывает на поверхность жидкости; F_A<G_т - тонет; F_A=G_т – плавает в погруженном состоянии. Соответственно, грузоподъемность тела G=F_z-G_T_.

Задача №3

Из открытого резервуара, в котором поддерживается постоянный уровень, по стальному трубопроводу (эквивалентная шероховатость k_э=0,1 мм), состоящему из труб различного диаметра d и различной длинны ℓ, вытекает в атмосферу вода, расход которой Q, температура t⁰C (рис. 3)

Рис.3

Требуется:

1.Определить скорости движения воды и потери напора (по длине и местные) на каждом участке трубопровода.

2.Установить величину напора H в резервуаре.

3.Построить напорную и пьезометрическую линии.

Исходные данные	Номер варианта
Исходные данные	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Q, л/с	0,6	0,4	1,5	1,0	0,5	10,0	8,0	5,0	2,0	1,2
ℓ₁, м	1,0	0,5	1,5	1,0	0,3	5,0	5,0	2,0	1,5	0,5
ℓ₂, м	1,0	0,5	1,5	1,0	0,3	2,5	2,5	2,0	3,0	1,0
ℓ₃, м	1,0	0,5	1,5	1,0	0,3	6,0	5,0	2,0	1,5	0,5
d₁, мм	25	15	25	20	15	100	50	75	32	15
d₂, мм	32	20	40	25	20	50	100	50	50	20
d₃, мм	25	15	32	15	15	75	50	32	32	25
t, ^oC	10	20	30	40	50	60	40	30	20	10

Указания к решению задачи 3

Эту задачу решают на основе применения уравнения Д. Бернули. Для плавно изменяющегося потока вязкой жидкости, движущейся от сечения 1 к сечению 2, уравнение Д. Бернулли имеет вид:

где z₁ и z₂ – расстояние от произвольно выбранной горизонтальной плоскости сравнения до центров тяжести живых сечений 1 и 2;

Р₁и Р₂ – давление в центрах тяжести живых сечений 1 и 2;

V₁и V₂ – средние скорости движения жидкости в живых сечениях 1 и 2;

α₁ и α₂ – коэффициенты кинетической энергии (коэффициенты Кориолиса) – поправочные коэффициенты, представляющие собой безразмерную величину, равную отношению истинной кинетической энергии потока в рассматриваемом сечении к кинетической энергии, посчитанной по средней скорости. Для турбулентного режима движения значение α можно принять равным 1;

h_1-2 – потери напора на преодоление сил сопротивления при движении потока от сечения 1 до сечения 2;

= - удельный вес жидкости;

- плотность жидкости;

- ускорение свободного падения

Решение задачи выполняется в следующем порядке:

1.Составляют уравнение Д.Бернулли в общем виде для сечений 0-0 и 3-3. Сечение 0-0 совпадает со свободной поверхностью жидкости в резервуаре, сечение 3-3 – выходное сечение. При написании уравнения Д. Бернулли следует помнить, что индексы у всех членов уравнения должны быть одинаковыми с названиями сечений, к которым они относятся. Например, величины относящиеся к сечению 0-0, следует обозначать z₀, Р₀, , V₀.

2.Намечают горизонтальную плоскость сравнения. При горизонтальном трубопроводе в качестве таковой берут плоскость, проходящую по оси трубопровода. После этого устанавливают, чему равно каждое слагаемое, входящее в уравнение Д. Бернулли, применительно к условиям решаемой задачи. Например, z₀=H (искомая величина напора в резервуаре); P₀=P_a (атмосферное давление); V_o =0 (скорость движения воды в резервуаре) и т. д.

3.После подстановки всех найденных величин в уравнение Бернулли, и его преобразования записывают расчетное уравнение в буквенном выражении для определения искомой величины H.

4.Определяют скорости движения воды на каждом участке.

5.По скоростям движения воды вычисляют числа Рейнольдса и устанавливают режим движения на каждом участке. Значение кинематического коэффициента вязкости следует взять .

6.Определяют потери напора по длине каждого участка ( ) и в каждом местном сопротивлении: вход в трубу из резервуара h_вх, внезапное расширение h_вр и внезапное сжатие h_вс. Потери напора по длине следует определить по формуле Дарси

где ℓ– длина расчетного участка;

– коэффициент гидравлического трения (коэффициент Дарси);

d – диаметр трубопровода;

V – средняя скорость движения потока на рассматриваемом участке.

Средняя скорость определяется по уравнению неразрывности (уравнение расхода)

Коэффициент может быть определен по формуле А.Д. Альтшуля

где k_э- эквивалентная шероховатость труб;

- число Рейнольда.

Потери напора в местных сопротивлениях вычисляют по формуле Весбаха

h_м=

где V – средняя скорость за данным сопротивлением;

- безразмерный коэффициент местного сопротивления (берут по справочнику)

При вычислении потери напора на вход в трубу коэффициент местного сопротивления _вх= 0,5.

Потерю напора при внезапном расширении трубопровода можно определить по формуле Борда

где V₁ и V₂ – средние скорости течения до и после расширения.

7.После определения потерь напора по длине и в местных сопротивлениях вычисляют искомую величину – напор Н в резервуаре.

8.Строят напорную линию. Напорная линия показывает, как изменяется полный напор

Н = z +Р / + V²/2g (полная удельная) энергия по длине потока. Значение Н откладывают от осевой линии трубопровода (коэффициент Кориолиса α можно принимать равным 1, α≈1).

Потерю напора при внезапном сужении определяют по формуле

h_вс = 0,5 ;

При построении напорной линии нужно вертикалями выделить расчетные участки. Таких участков в данной задаче будет три. Далее в произвольно выбранном вертикальном масштабе откладывают от осевой линии величину найденного уровня жидкости в резервуаре Н. Проводя по этому уровню горизонтальную линию, получаем линию исходного (первоначального) напора. От уровня жидкости в резервуаре по вертикали, отвечающей сечению при входе жидкости в трубопровод, откладывают в масштабе вниз отрезок, равный потере напора при входе жидкости в трубу (потеря напора в местном сопротивлении h_вх).

На участке ℓ₁ имеет место потеря напора по длине трубопровода h₁. Для получения точки, принадлежащей напорной линии в конце участка ℓ₁, нужно от линии полного напора после входа жидкости в трубу отложить по вертикали в конце участка ℓ₁ вниз в масштабе отрезок, соответствующий потере напора на участке ℓ₁, Затем от точки полного напора в конце участка ℓ₁ откладывается в масштабе отрезок, соответствующий потере напора в местном сопротивлении (внезапное расширение или сужение) и так до конца трубопровода. Соединяя точки полного напора, получим напорную линию.

Пьезометрическая линия показывает, как изменяется пьезометрический напор z + Р/ (удельная потенциальная энергия) по длине потока. Удельная потенциальная энергия меньше полной удельной энергии на величину удельной кинетической энергии . Поэтому, чтобы построить пьезометрическую линию, нужно вычислить на каждом участке величину и отложить ее числовое значение в масштабе в низ от напорной линии. Откладывая соответствующее значения в начале и в конце каждого участка и соединяя полученные точки, строим пьезометрическую линию.

График напорной и пьезометрической линий будет построен правильно в том случае, если при их построении были выдержаны принятые вертикальный и горизонтальный масштабы, а также верно вычислены все потери напора и все скоростные напоры .

Для того чтобы проверить правильность построения напорной и пьезометрической линий, необходимо помнить следующее:

Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 328; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!