По курсу «Гидравлика» студент выполняет контрольную работу, которая включает пять задач, из них четыре задачи посвящены изучению науки гидравлики и одна задача по применению теоретических основ гидравлики в инженерной практике.

Номера задач для выполнения контрольной работы выбираются по двум последним цифрам шифра и устанавливаются с помощью нижеприведенной таблицы 2. Например, для студента, имеющего шифр 123, номера задач находятся на пересечении строки 2 по горизонтали со строкой 3 по вертикали. Для указанного шифра студент решает задачи №№6, 18, 24, 35, 41.

Задание  1

ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ

(задачи к модулю 1)

(данные для решения задач 1 – 10 приведены в табл. 3 - 4)

Задача 1. (Рис. 1.1). Определить приведенную пьезометрическую высоту hх поднятия   пресной   воды   в   закрытом   пьезометре   (соответствующую абсолютному гидростатическому давлению в точке А), если показание открытого пьезометра h при атмосферном давлении р_ат, расстояние от свободной поверхности жидкости в резервуаре до точек А и В соответственно h₁ и h₂.

Задача 2. (рис. 1.2). Закрытый резервуар с морской водой снабжен открытым и закрытым пьезометрами. Определить приведенную пьезометрическую высоту h_х поднятия воды в закрытом пьезометре (соответствующую абсолютному гидростатическому давлению в точке А), если показание открытого пьезометра h при атмосферном давлении р_ат, а точка А расположена выше точки В на величину h₂.

Задача 3. (Рис. 1.3). Определить абсолютное гидростатическое давление в точке А закрытого резервуара с дистиллированной водой, если при атмосферном давлении р_ат высота столба ртути в трубке дифманометра h, а линия раздела между ртутью и водой расположена ниже точки В на  величину h₁, точка В – выше точки А на величину h₂.

Задача 4. (Рис. 1.4). Закрытый резервуар снабжен дифманометром, установленным в точке В, и закрытым пьезометром. Определить приведенную пьезометрическую высоту h_х поднятия пресной воды в закрытом пьезометре (соответствующую абсолютному гидростатическому давлению в точке А), если при атмосферном давлении р_ат высота столба ртути в трубке дифференциального манометра h, а точка А расположена на глубине h₁ от свободной поверхности.

Задача 5. (Рис. 1.5). Определить при атмосферном давлении р_ат высоту h_х поднятия ртути в дифференциальном манометре, подсоединенном к закрытому резервуару в точке В, частично заполненному дистиллированной водой, если глубина погружения точки А от свободной поверхности резервуара h₂, приведенная пьезометрическая высота поднятия воды в пьезометре (соответствующая абсолютному гидростатическому давлению в точке А) h₁.

Задача 6. (Рис. 1.6). К двум резервуарам А и В, заполненным морской водой, присоединен дифференциальный ртутный манометр. Составить уравнение равновесия относительно плоскости равного давления и определить разность давлений в резервуарах А и В, если расстояние от оси резервуаров до мениска ртути равны h₁ и h₂.

Задача 7. (Рис. 1.7). Дифференциальный ртутный манометр подключен к двум закрытым резервуарам с пресной водой, давление в резервуаре А равно р_А. Определить давление в резервуаре В – р_В, составив уравнение равновесия относительно плоскости равного давления, определить разность показания ртутного дифманометра h.

Задача 8. (Рис. 1.8). Резервуары А и В частично заполнены водой разной плотности (соответственно _А=998 кг/м³ , _В=1029 кг/м³) и газом, причем, к резервуару А подключен баллон с газом. Высота столба ртути в трубке дифманометра h, а расстояние от оси резервуаров до мениска ртути равны h₁ и h₂. Какое необходимо создать давление р_о в баллоне, чтобы получить давление р_В на свободной поверхности в резервуаре В?

Задача 9. (Рис. 1.9). К двум резервуарам А и В, заполненным нефтью, присоединен дифференциальный ртутный манометр.

Определить разность давлений в точках А и В, составив уравнение равновесия относительно плоскости равного давления. Разность показаний манометра h.

Задача 10. (Рис. 1.10). Резервуары А и В частично заполнены пресной водой и газом. Определить избыточное давление газа на поверхности воды закрытого резервуара В, если избыточное давление на поверхности воды в закрытом резервуаре А равно р_А, разность уровней ртути в двухколенном дифманометре h, мениск ртути в левой трубке манометра ниже уровня воды на величину h₁, в правой трубке – h₃ =0,25h₁, высота подъема ртути в правой трубке манометра h₂. Пространство между уровнями ртути в манометре заполнено этиловым спиртом.

Таблица 3

Исходные данные для решения задач 1-10

Таблица 4

Удельный вес и плотность некоторых жидкостей

Задание 2

ДАВЛЕНИЕ НА ПЛОСКУЮ СТЕНКУ

(задачи к модулю 2)

(данные для решения задач 11-20 приведены в табл. 5)

В задачах 11-20 необходимо построить эпюру гидростатического давления.

Задача 11. (Рис. 2.1). Шлюзовое окно закрыто щитом треугольной формы шириной а. За щитом воды нет, а глубина воды перед ним – h₁, при этом горизонт воды перед щитом совпадает с его вершиной. Определить силу гидростатического давления и положение центра давления на щит.

Задача 12. (Рис. 2.2). Плоский квадратный щит шириной b установлен с углом наклона к горизонту a. Глубина воды перед щитом – h₁, защиты – h₂. Определить силу абсолютного гидростатического давления и центр давления жидкости на щит.

Задача 13. (Рис. 2.3). Для сброса излишков воды используется донный водовыпуск, прямоугольный затвор которого имеет размеры а и b, угол наклона a. Глубина воды от ее свободной поверхности до нижней кромки затвора – h₁. Определить силу избыточного гидростатического давления жидкости на затвор водовыпуска.

Задача 14. (Рис. 2.4). Затвор донного водовыпуска треугольной формы имеет ширину а и высоту b. Угол наклона затвора a, нижняя кромка затвора находится в воде на глубине h₁. Определить силу абсолютного гидростатического давления жидкости и положение центра давления на затвор.

Задача 15. (Рис. 2.5). Цистерна диаметром D=1,4 м заполнена керосином (плотность r_к=830 кг/м³) на глубину h₁. Определить силу избыточного гидростатического давления р, которую необходимо приложить для открытия крышки А цистерны, а также найти координату точки приложения этой силы.

Задача 16. (Рис. 2.6). Отверстие шлюза-регулятора перекрытого  плоским металлическим затвором высотой а, шириной b и толщиной с=0,25 b; удельный вес материала, из которого он изготовлен g₃=11 кН/м³. Глубина воды слева от затвора h₁, а справа – h₂. Коэффициент трения скольжения f

=0,45. Определить начальную силу тяги Т, необходимую для открытия затвора, равнодействующую силы давления воды на затвор и положение центра ее приложения.

Задача 17. (Рис. 2.7). Прямоугольный щит высотой а, шириной b, толщиной с=0,25 b, массой т=1,8 т, с углом наклона a перекрывает отверстие в теле плотины. Нижняя кромка щита находится в воде на глубине h₁, коэффициент трения скольжения его направляющих f =0,3. Определить силу тяги Т, которая необходима для поднятия щита вверх.

Задача 18. (Рис. 2.8). Плоский прямоугольный щит размерами а´b, весом G=26 кН, перекрывает выходное отверстие резервуара. Глубина воды перед щитом от свободной поверхности воды до нижней его кромки h₁, за щитом – h₂. Определить начальную силу тяги Т троса, необходимую для открытия щита. Трением в шарнирах пренебречь.

Задача 19. (Рис. 2.9). Для создания подпора в реке применяется плотина Шануана, представляющая собой плоский прямоугольный щит, который может вращаться вокруг горизонтальной оси О. Угол наклона щита a, глубина воды перед щитом h₁, а за щитом – h₂. Определить положение оси вращения щита х_о, при котором в случае увеличения верхнего уровня воды выше плотины, щит опрокидывался бы под ее давлением.

Задача 20. (Рис.2.10). Ирригационный канал перегораживается плоским квадратным щитом шириной а, весом G=20 кН, с углом наклона a. Глубина воды перед щитом h₁, а за ним – h₂. Определить, пренебрегая трением в шарнире, начальную силу тяги Т, которую необходимо приложить для подъема щита.

Задание 3

ДЛИННЫЕ ТРУБОПРОВОДЫ. ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ И ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ТРУБ. СИФОННЫЙ ТРУБОПРОВОД. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ УДАР

(задачи к модулю 2)

(данные для решения задач 21-30 приведены в табл. 6)

Задача 21. (Рис. 3.1). От пункта А проложена водопроводная сеть: с последовательным и параллельным соединениями стальных, бывших в эксплуатации, трубопроводов, к двум водоемам на разных отметках и постоянной разницей уровней Н. Вода подается из одного водоема в другой посредством сифона с углами поворота a и b, выполненного из стального трубопровода диаметром d. От нижнего водоема отходит стальной трубопровод длиной L и диаметром d, заканчивающийся задвижкой. На последнем участке последовательного соединения трубопроводов имеется равномерно распределенный путевой объемный расход q и объемный расход в конце трубопровода Q₂.

Определить:

1. Объемный расход в сифоне.

2. Распределение объемного расхода воды Q₁ в параллельных ветвях водопровода.

3. Потери напора по длине трубопровода на участках последовательного соединения.

4. Повышение давления Dр в трубопроводе при внезапном закрытии задвижки.

Задача 22. (Рис. 3.2). Из источника А вода подается в разветвленную сеть. Магистральный трубопровод имеет последовательно участки с объемным расходом Q₂, длиной L, диаметрами d, d/2, d/3 и параллельные ветви с объемным расходом Q₁, имеющие диаметры d/2. На одном из участков имеется путевой объемный расход воды q. По ответвлению вода подается в резервуар, который связан посредством сифонного трубопровода с другим резервуаром. Разница уровней в резервуарах Н. Сифонный трубопровод выполнен с углами поворота a и b, имеет сетку с обратным клапаном. От нижнего резервуара отходит чугунный трубопровод с толщиной е, в котором перед закрытием задвижки имеется давление р_о, а давление при мгновенном закрытии задвижки возрастает до р.

Определить:

1. Распределение расхода в ветвях трубопровода на параллельных участках.

2. Потери напора на последовательных участках трубопровода.

3. Начальную скорость V_o движения воды в чугунном трубопроводе с задвижкой.

4. Диаметр сифона.

Задача 23. (Рис. 3.3). В тепличном комбинате стальные трубопроводы для подачи питательного раствора (кинематическая вязкость n=0,01 см²/с) разветвляются на три участка: последовательный с путевым объемным расходом воды q и объемным расходом Q₂, параллельный с объемным расходом Q₁ и участок длиной L, толщиной стенки е и объемным расходом Q, в конце которого установлена задвижка. Резервуары с питательным раствором сообщаются посредством сифона с углами поворота a и b. Движение в сифоне происходит с разностью напоров Н. Последовательные и параллельные участки трубопроводов имеют длину L, диаметры d, d/2, d/3, d/4.

Определить:

1. Повышение давления Dр при внезапном закрытии задвижки.

2. Распределение расхода в параллельных ветвях участка.

3. Потери напора h₁, h₂, h₃ на последовательных участках трубопровода.

Задача 24. (Рис. 3.4). Из пункта А вода подается по чугунному трубопроводу в открытые емкости с разницей между верхней и нижней отметками – Н. Емкости сообщаются посредством сифона с объемным расходом Q_сиф, выполненного из чугунных труб с углами поворота a и b. Трубопровод с объемным расходом Q₂ состоит из последовательных участков каждый длиной L и диаметрами d, d/2, d/4. Параллельный участок состоит из двух ветвей каждая длиной L и диаметром d/2. От нижней емкости отходит чугунный трубопровод с толщиной стенок е и диаметром d, заканчивающийся задвижкой. Начальное избыточное давление в трубопроводе – р_о, начальная скорость – V_о.

Определить:

1. Потери напора по длине трубопровода при последовательном соединении.

2. Распределение расхода Q₁ в трубопроводе на участках с параллельным соединением.

3. Напряжение s при внезапном закрытии трубопровода.

4. Диаметр сифона.

Задача 25. (Рис. 3.5). Из нефтехранилища А нефть подается в накопительный резервуар, где поддерживается постоянный уровень. Из резервуара-накопителя нефть поступает в приемный резервуар под напором Н при помощи сифонного нефтепровода диаметром d под углами a и b. От хранилища А по чугунному трубопроводу нефть подводится к двум параллельным ветвям каждая длиной L и диаметром d/2 с объемным расходом Q₁. Система последовательно соединенных трубопроводов состоит из двух участков каждый длиной L, диаметрами d, d/2 с объемным расходом Q₂. Третий участок, кроме транзитного объемного расхода Q₁, имеет равномерно распределенный путевой объемный расход q. От приемного резервуара отходит чугунный трубопровод диаметром d, толщиной стенок е и объемным расходом Q, заканчивающийся задвижкой.

Определить:

1. Объемный расход в сифоне.

2. Повышение давления Dр в чугунном трубопроводе при внезапном закрытии задвижки.

3. Потери напора по длине нефтепровода на участках последовательного соединения.

4. Распределение расхода нефти на параллельных участках нефтепровода.

Задача 26. (Рис. 3.6). Водопроводная сеть, выполненная из чугунных трубопроводов толщиной стенок е, состоит из последовательных и параллельных участков, двух резервуаров, сообщающихся при помощи сифона, и отходящего от нижнего резервуара чугунного трубопровода объемным расходом Q₂ с задвижкой. Один из последовательных участков имеет путевой объемный расход q. Горизонты уровней в резервуарах разнятся на величину Н. Сифонный трубопровод с углами поворота a и b имеет обратный клапан с сеткой и пропускает объемный расход Q_сиф. Перед закрытием задвижки давление р_о, после мгновенного закрытия задвижки давление – р.

Определить:

1. Распределение объемного расхода Q₁ в трубопроводах при параллельном соединении.

2. Диаметр сифона.

3. Потери напора по длине последовательно соединенных участков трубопровода.

4. Определить начальную скорость V_о в чугунном трубопроводе.

Задача 27. (Рис. 3.7). Два бассейна сообщаются чугунным сифоном, имеющим обратный клапан с сеткой с углами поворотов a и b. Отметки уровней воды отличаются на величину Н. От нижнего бассейна отходит бетонная труба диаметром d, длиной L, с объемным расходом Q, с задвижкой. Магистральные асбестоцементные трубопроводы имеют последовательные и параллельные участки. Объемный расход в трубопроводе с параллельными участками – Q₁, с последовательным соединением участков – Q₂. На конечном участке последовательного соединения происходит равномерная путевая раздача q.

Определить:

1. Распределение расхода по параллельным ветвям.

2. Потери напора на последовательных участках.

3. Повышение давления Dр в трубопроводе при внезапном закрытии задвижки.

4. Объемный расход в сифоне Q_сиф.

Задача 28. (Рис. 3.8). Из водоисточника А вода подается в накопительный резервуар, где поддерживается постоянный уровень. Из резервуара-накопителя вода поступает в приемный резервуар при помощи стального сифонного водопровода, имеющего углы поворота a и b, пропускающего объемный расход Q_сиф. Стальной трубопровод диаметром d, длиной L, толщиной стенок е , отходящий от нижнего резервуара, заканчивается задвижкой. Система последовательно соединенных трубопроводов длиной L и диаметрами d, d/2, d/3, d/4 пропускает транзитом из источника А объемный расход Q₂ к потребителю. Система трубопроводов с параллельными ветвями заканчивается последовательным участком с равномерно распределенным путевым объемным расходом q.

Определить:

1. Повышение давления Dр в трубопроводе при внезапном закрытии задвижки.

2. Диаметр сифона.

3. Распределение расхода в трубопроводах с параллельным соединением.

4. Потери напора на участках трубопровода при последовательном соединении.

Задача 29. (Рис. 3.9). Два хранилища с керосином сообщаются со стальным сифоном, имеющим длину L и диаметр d. Отметки уровней керосина в хранилищах отличаются на величину Н. От нижнего хранилища отходит стальная труба диаметром d с задвижкой и толщиной стенок е. От пункта А отходят стальные трубопроводы с последовательным и параллельным соединениями, имеющие объемные расходы соответственно Q₂ и Q₁. На втором участке последовательного соединения производится равномерная путевая раздача воды q.

Определить:

1. Объемный расход в сифоне при заданном диаметре.

2. Потери напора на участках с последовательным соединением.

3. Начальную скорость V_о движения керосина в стальном трубопроводе, при которой давление при мгновенном закрытии задвижки достигает величины р, если перед закрытием задвижки в трубопроводе давление р_о.

4. Распределение расхода в параллельных ветвях трубопровода.

Задача 30. (Рис. 3.10). Из источника А вода подается по чугунному трубопроводу в водоем со скоростью V_о, где поддерживается уровень, который сообщен с другим водоемом посредством сифона. Чугунный  сифон имеет диаметр d и углы поворота a и b. От второго водоема отходит чугунный трубопровод диаметром d толщиной стенки е, в котором перед закрытием задвижки создается давление р_о. Другой участок системы водоснабжения имеет трубопроводы с параллельным и последовательным соединениями. Путевой объемный расход в конце последовательного участка составляет q.

Определить:

1. Распределение расхода в параллельных ветвях трубопровода.

2. Потери напора в последовательно соединенных трубопроводах.

3. Объемный расход в сифоне Q.

4. Напряжение s в стенках трубопровода при внезапном закрытии задвижки, если до закрытия вода в нем двигалась со скоростью V_о

Задание 4

МЕСТНЫЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ. ИСТЕЧЕНИЕ ЖИДКОСТИ ЧЕРЕЗ ОТВЕРСТИЯ И НАСАДКИ

(задачи к модулю 4)

(данные для решения задач 31 – 40 приведены в табл. 7)

Сравнить расход воды через насадок с расходом через отверстия в тонкой стенке того же диаметра. Коэффициент расхода для отверстия m=0,62; расчет коротких трубопроводов произвести без учета работы насадка и наоборот.

Задача 31. (Рис. 4.1). Из открытого резервуара при постоянном напоре Н₁ вода температурой t=50 ^оС вытекает с одной стороны в атмосферу по короткому трубопроводу диаметром d₁ и длиной l₁ шероховатостью стенок D=1 мм, задвижкой, коэффициент сопротивления которой x_з и на конце диффузором x_диф=0,9, площадь живого сечения которого за расширением S₂=2S₁ c другой стороны, вода подается в другой резервуар через затопленный внешний цилиндрический насадок (насадок Вентури). Разность уровней между ними Н. Насадок имеет диаметр d_н, длину l_н=5d₁ и коэффициент расхода насадки m_н.

Определить:

1. Скорость истечения υ₂, расход воды Q₂ и коэффициент гидравлического трения l по короткому трубопроводу.

2. Расход через насадок Q_н.

Задача 32. (Рис. 4.2). К открытому резервуару с правой стороны подсоединен короткий стальной трубопровод, состоящий из двух участков длиной l₁ и l₂, диаметрами d₁ и d₂ и снабженный краном, коэффициент сопротивления которого x_кр. Истечение воды температурой t=10 ^оС происходит по короткому трубопроводу в атмосферу под постоянным напором Н₁. С левой стороны присоединен внутренний цилиндрический насадок (насадок Борда) диаметром d_н и длиной l_н=5d_н с коэффициентом расхода насадки m_н, истечение происходит при разности уровней в резервуарах Н.

Определить:

1. Скорость υ и расход Q вытекаемой воды из короткого трубопровода, расход через насадок Q_н.

Задача 33. (Рис. 4.3). К закрытому резервуару, на свободной поверхности которого действует манометрическое давление р_м, с правой стороны подсоединен чугунный трубопровод переменного сечения диаметрами d₁ и d₂. На первом участке длиной l₁ установлен вентиль, коэффициент сопротивления которого x_в. Второй участок длиной l₂, заканчивается  соплом  диаметром  d_с=d₁  с  коэффициентом  сопротивления x=0,06 (коэффициент сжатия струи на выходе из сопла e=1). С левой стороны находится затопленный конически сходящийся насадок диаметром выходного сечения d_н, истечение из которого происходит при постоянной разности уровней Н, коэффициентом расхода m_н и длиной l_н=5 d_н. Трубопровод и насадок подсоединены на глубине Н₁, температура воды t=+10 ^оС.

Определить:

1. Скорость истечения υ_с и расход Q_н, вытекающей из сопла воды.

2. Расход воды через затопленный насадок Q_н.

Задача 34. (Рис. 4.4). Истечение происходит из открытого резервуара в атмосферу при постоянном напоре воды Н₁ по короткому трубопроводу переменного поперечного сечения диаметрами d₁ и d₂ и длинами l₁ и l₂, для которых коэффициенты гидравлического трения соответственно равны l₁ и l₂. На втором участке трубопровода имеются два колена с плавным поворотом и понижением трубопровода на Н₂=1,5 м и задвижка, коэффициент сопротивления каждого поворота x_к, коэффициент сопротивления задвижки x_з. Истечение из конически  расходящегося насадка диаметром выходного сечения d_н и длиной l_н=5 d_н происходит под уровень при постоянной разности уровней Н. Коэффициент скорости и коэффициент расхода насадка равны j_н=m_н.

Определить:

1. Скорость истечения υ_тр и расход Q_тр через короткий трубопровод.

2. Скорость истечения υ_н и расход Q_н через затопленный конически расходящийся насадок.

Задача 35. (Рис. 4.5). Из открытого резервуара по короткому стальному трубопроводу постоянного поперечного сечения d₁ и длиной l₁ с краном, коэффициент сопротивления которого x_кр, заканчивающимся соплом диаметром d_с=0,5 d₁, вытекает вода в атмосферу при t=+30 ^оС. Истечение происходит под напором Н₁. С другой стороны к резервуару подсоединен коноидальный насадок диаметром выходного сопла d_н и длиной l_н=5 d_н, истечение из которого происходит при разности уровней в резервуарах Н с коэффициентом расхода насадки m_н.

Определить:

1. Скорость истечения из сопла υ_с и расход воды по короткому трубопроводу Q_с.

2. Расход воды через затопленный коноидальный насадок Q_н.

Задача 36. (Рис. 4.6). Вода при температуре t=15 ^оС из резервуара А подается в резервуар В по трубопроводу, состоящему из двух участков длиной l₁ и l₂ диаметром d₁ и d₂. Коэффициент гидравлического трения l. Коэффициент потерь при входе в трубу x_вх. С другой стороны на том же уровне к резервуару А подсоединен внешний цилиндрический насадок (насадок Вентури) диаметром d_н и длиной l_н=5 d_н. Коэффициент скорости насадки j_н.

Определить:

1. Напор Н₁, который нужно поддержать в баке А, чтобы наполнить бак В, объемом W_в=18 м³ за 30 мин.

2. Скорость истечения воды через насадок в предложении, что в резервуаре А находится вода под напором Н₁, определенным из предыдущего условия.

Задача 37. (Рис. 4.7). Вода при температуре t=20 ^оС из резервуара А подается в резервуар В со скоростью υ=0,5 м/с по стальному трубопроводу диаметром d₁ и длиной l₁. Уровень воды в баке А поддерживается постоянным Н₁. Коэффициенты сопротивления: входа в трубу x_вх; крана x_кр; колена без закругления x_{кол 1}; колена с закруглением x_{кол 2}. На глубине Н₁ к резервуару подсоединен внутренний цилиндрический насадок (насадок Борда) диаметром d_н и длиной l_н=5 d_н при коэффициенте скорости для насадка j_н.

Определить:

1. Время заполнения водой резервуара В объемом W_в=1,15 м³ и потери напора в трубопроводе.

2. Скорость истечения воды из насадка υ_н.

Задача 38. (Рис. 4.8). Из резервуара А, заполненного водой на высоту Н₁, находящегося под манометрическим давлением р_м, вода подается в резервуар В на высоту Н₂=Н₁+Н по стальному трубопроводу длиной l₁ и диаметром d₁, с коленом и задвижкой, коэффициент сопротивления задвижки x_з; каждого колена с закруглением x_кол при коэффициенте гидравлического трения l₁. К резервуару А на глубине Н₁ подсоединен конически сходящийся насадок диаметром выходного сечения d_н и длиной l_н=5 d_н, истечение из которого происходит в атмосферу коэффициентами расхода m_н и скоростью j_н. Кинематическая вязкость воды n=1,24´10^-6 м²/с. Скоростным напором и изменением уровня в баке А пренебречь.

Определить:

1. Режим течения, расход Q_тр и скорость υ_тр протекающей по трубопроводу воды.

2. Скорость V_н и расход Q_н, проходящий через конически сходящийся насадок.

Задача 39. (Рис. 4.9). Из резервуара А, на свободной поверхности которого избыточное давление р_м, вода температурой t=15 ^оС поступает в резервуар В по трубопроводу переменного сечения, состоящему из двух участков длиной l₁ и l₂ и диаметрами d₁ и d₂, с задвижкой и коленом, коэффициенты сопротивлений: колена x_1к, полностью открытой задвижки x_з и потерь на вход в трубу x_вх и соответственно коэффициенты гидравлического трения на первом участке l₁, на втором - l₂. Разность уровней в резервуарах Н₂=Н₁+Н.

На глубине Н₁ к резервуару А подсоединен конически расходящийся насадок диаметром выходного сечения d_н и длиной l_н=5 d_н, истечение из которого происходит в атмосферу с коэффициентами расхода и скорости m_н=j_н. Скоростным напором и изменением уровня в резервуаре А пренебречь.

Определить:

1. Режим течения, скорость υ_тр и расход воды Q_тр, поступающей в резервуар В по трубопроводу.

2. Скорость υ_н и расход воды Q_н через конически расходящийся насадок.

Задача 40. (Рис. 4.10). Вода при температуре t=20 ^оС подается из резервуара А в резервуар В по короткому трубопроводу, состоящему из двух участков длиной l₁ и l₂ и диаметрами d₁ и d₂ с коэффициентом гидравлического трения l, снабженному краном с коэффициентом сопротивления x_кр. Разность уровней в резервуарах равна Н. На глубине Н₁ к резервуару А подсоединен коноидальный насадок диаметром выходного сечения d_н и длиной l_н=5 d_н, коэффициент расхода насадка m_н.

Определить:

1. Расход Q_тр, поступающий в резервуар В по короткому трубопроводу.

2. Расход воды через коноидальный насадок Q_н.

Исходные данные для решения задач 31-40

Таблица 7

Задание 5

ВЫБОР ЦЕНТРОБЕЖНОГО НАСОСА, ПРОВЕРКА ЕГО РАБОТЫ НА СЕТЬ

(задачи к модулю 4)

(данные для решения задач 41 – 50 приведены в табл. 8)

Задача 41. (Рис. 5.1). Для поддержания постоянного уровня в резервуаре Н_г вода из берегового колодца перекачивается центробежным насосом с объемным расходом Q. Всасывающий и нагнетательный трубопроводы имеют соответственно: длины l_вс, l_н; диаметры d_вс, d_н; коэффициенты сопротивления трения l_вс=0,025, l_н=0,03; суммарные коэффициенты местных сопротивлений x_вс=8; x_н=12.

1. Произвести выбор центробежного насоса. Построить его рабочие характеристики Н=f(Q), h=f(Q).

2. Построить характеристику трубопровода Н_тр=f(Q) и определить рабочую точку насоса.

3. Определить мощность на валу насоса для рабочей точки насоса. КПД насоса определить по характеристике h=f(Q).

4. Как изменяется напор и мощность насоса, если подачу воды задвижкой увеличить на 15%?

Задача 42. (Рис. 5.2). Для орошения полей вода (температура воды t оС) из реки подается с помощью центробежного насоса с объемным расходом Q на высоту Н_г. Всасывающий и нагнетательный чугунные трубопроводы, бывшие в эксплуатации, имеют соответственно: диаметры d_вс, d_н и длины l_вс, l_н. Местные потери h_н во всасывающем трубопроводе принять равными 100% от потерь по длине h₁, а местными потерями напора в нагнетательном трубопроводе пренебречь.

1. Подобрать центробежный насос.

2. Определить рабочую точку при работе насоса на сеть.

3. Определить мощность на валу насоса для рабочей точки. КПД для расчета найти по характеристике центробежного насоса.

4. Как изменится мощность на валу насоса, если подачу воду уменьшить на 15%.

Задача 43. (Рис. 5.3). Для обогрева ремонтных мастерских используется котельная, в которую из подземного источника вода температурой t ^оС подается на высоту Н_г центробежным насосом с объемным расходом Q. Всасывающий и нагнетательный стальные трубопроводы имеют соответственно: диаметры d_вс, d_н и длины l_вс, l_н. Местные потери h_м во всасывающем трубопроводе принять равными 100% от потерь по длине h₁, а местными потерями в нагнетательном трубопроводе пренебречь.

1. Подобрать насос. Построить рабочие характеристики насоса Н=f(Q) и h=f(Q).

2. Определить напор и подачу насоса по рабочей точке при его работе на трубопровод, найти мощность на валу насоса.

3. Как изменится напор и мощность насоса, если подачу воды увеличить на 10%.

Задача 44. (Рис. 5.4). Подача питательного раствора температурой t ^оС объемом W=50 м³ из резервуара к стеллажу гидропонной теплицы на высоту Н_г осуществляется насосом за время Т=15 мин. Трубы стальные, бывшие в эксплуатации. Длина трубопровода от резервуара до насоса l_вс, диаметр d_вс; длина и диаметр трубопровода от насоса до стеллажа – l_н, d_н. Коэффициенты местных сопротивлений следующие: входа из резервуара в трубу x_вх=0,5, выхода из трубы в поддон секции x_вых=1,0, поворота трубы x_пов=0,5.

1. Произвести выбор центробежного насоса, начертит его рабочие характеристики Н=f(Q), h=f(Q).

2. Построить характеристику трубопровода для подачи раствора Н_тр=f(Q) и определить рабочую точку при работе насоса на сеть.

3. Определить мощность на валу насоса, приняв удельный вес раствора g.

Задача 45. (Рис. 5.5). Центробежный насос перекачивает воду из открытого резервуара А в закрытый цилиндрический резервуар В водонапорной башни на высоту Н_г. Давление на свободной поверхности в баке р_о=0,147 Мпа. Трубы всасывания и нагнетания имеют соответственно: диаметры  d_вс,  d_н  и  длины  l_вс,  l_н. Коэффициент гидравлического трения l=0,03. Местными потерями в нагнетательном трубопроводе пренебречь. Суммарный  коэффициент  местных  сопротивлений  всасывающей линии x_вс=6.

1. Подобрать насос, который обеспечит подачу воды Q. Построить рабочие характеристики насоса Н=f(Q) и h=f(Q).

2. Построить характеристику трубопровода Н_тр=f(Q). Найти рабочую точку при работе насоса на сеть.

3. Найти потребную мощность насоса для пропуска заданного объемного расхода.

4. Определить подаваемый объемный расход при параллельной работе двух одинаковых насосов на общий трубопровод с теми же данными. Начертить схему подключения насосов.

Задача  46. (Рис. 5.6). Для  подкормки  растений  из резервуара  А питательный раствор удельным весом g=9,81 кн м3  перекачивается в стеллаж В на высоту Н_г центробежным насосом с объемным расходом Q. В узле С часть раствора отводится по ответвлению в резервуар А, где перемешивается через перфорированный трубопровод. Трубопровод всасывания имеет длину l_вс, диаметр d_вс. Нагнетательный трубопровод имеет длину до точки С – l = l_вс, от т. С до стеллажа В и от т. С до резервуара А – l_св = l_са = 2 l_вс, диаметр d_н. Коэффициент сопротивления трения в трубах l=0,025, суммарный коэффициент местных  сопротивлений всасывающей линии x_вс=4. Местными потерями в линиях нагнетания пренебречь.

1. Подобрать насос. Начертить рабочие характеристики Н=f(Q) и h=f(Q).

2. Определить рабочую точку при работе насоса на сеть.

3. Определить мощность насоса N_н.

4. Как изменится напор и мощность насоса, если подачу воды увеличить на 20%? Как (последовательно или параллельно) надо подключить второй насос с целью увеличения расхода при работе на один трубопровод?

Задача 47. (Рис. 5.7). Из водоисточника в водонапорную башню вода температурой t ^оС перекачивается по стальному трубопроводу центробежным насосом с объемным расходом Q. Отметка уровня воды в источнике - Ñ _ис=27 м, отметка уровня воды в резервуаре водонапорной башни - Ñ _б=95 м. Всасывающий и нагнетательный трубопроводы имеют соответственно: длины l_вс, l_н; диаметры d_вс, d_н. Местными потерями в нагнетательном трубопроводе пренебречь, во всасывающем трубопроводе местные потери напора принять равными 100% от потерь по длине.

1. Произвести выбор центробежного насоса. Построить его рабочие характеристики Н=f(Q), h=f(Q). Построить характеристику трубопровода Н_тр=f(Q) и по рабочей точке насоса проверить его режим работы на трубопровод.

2. Определить мощность на валу насоса для рабочей точки насоса. КПД насоса h_н определить по характеристике h=f(Q).

3. Как изменится напор и мощность насоса, если подачу воды уменьшить задвижкой на 22%?

4. Как изменится объемный расход, если параллельно подключить второй насос? Начертить схему подключения насосов.

Задача 48. (рис. 5.8). Из резервуара А животноводческого помещения после биологической очистки сточные воды температурой t ^оС перекачиваются центробежным насосом с объемным расходом Q по стальному трубопроводу в общий резервуар-водосборник В. Перепад горизонтов в резервуаре А и водосборнике В равен Dh=1,5 м. Всасывающий и нагнетательный трубопровод имеют соответственно длины l_вс, l_н; диаметры d_вс, d_н. Местными гидравлическими потерями пренебречь.

1. Подобрать насос. Начертить рабочие характеристики насоса Н=f(Q) и h=f(Q), построить характеристику трубопровода Н_тр=f(Q).

2. Определить рабочую точку при работе насоса на сеть и мощность на валу насоса. Коэффициент полезного действия насоса определить по характеристике h=f(Q).

3. Как изменится напор и мощность насоса при уменьшении задвижкой подачи воды на 25%?

4. Как изменится подаваемый объемный расход, если параллельно подключить второй насос на общий трубопровод с теми же данными? Начертить схему подключения насосов.

Задача 49. (Рис. 5.9). В сливной системе навозоудаления вода для смыва забирается из резервуара-накопителя А центробежным насосом и подается в одинаковом количестве Q в два помещения В и С, которые находятся на высоте h_в=4 м, h_c=9 м. Трубопровод АК имеет приведенную длину l=50 м, трубы КС и КВ имеют одинаковую длину l_КС=l_кв=l₂=100 м, диаметр всех труб равняется d_кв=d_КС=d_АК. Коэффициент сопротивления трения во всех трубах l=0,025. Суммарный коэффициент местных сопротивлений всасывающей линии x_вс=5.

1. Определить, какое дополнительное сопротивление необходимо ввести в трубу КВ путем прикрытия задвижки, чтобы обеспечить требуемое равенство расходов.

2. Подобрать центробежный насос, начертить его рабочие характеристики Н=f(Q), h=f(Q).

3. Определить рабочую точку при работе насоса на сеть. Подсчитать мощность на валу насоса.

4. Определить подаваемый объемный расход при параллельной работе двух одинаковых насосов на общий трубопровод с теми же данными. Начертить схему подключения насосов.

Задача 50. (Рис. 5.10). Вода температурой t ^оС из водохранилища в оросительную систему подается на высоту Н_г по стальному трубопроводу центробежным насосом с объемным расходом Q. Всасывающий и нагнетательный трубопроводы имеют соответственно: длины l_вс, l_н и диаметры d_вс, d_н. Местными потерями в нагнетательном трубопроводе пренебречь, во всасывающем трубопроводе местные потери напора принять равными 100% от потерь по длине.

1. Произвести выбор центробежного насоса. Построить рабочие характеристики насоса Н=f(Q), h=f(Q).

2. Построить характеристику трубопровода Н_тр=f(Q). Определить рабочую точку при работе насоса на сеть.

3. Определить мощность на валу насоса для рабочей точки. КПД насоса для расчета определить по характеристике h=f(Q).

4. Как изменится подаваемый объемный расход при параллельной работе двух одинаковых насосов на общий трубопровод с теми же данными? Начертить схему подключения насосов.