ВВЕДЕНИЕ
Часть курса "Гидромеханика" рассматривает законы равновесия и движения несжимаемых жидкостей; другая "Газовая динамика" – газов (сжимаемых жидкостей).
Для многих отраслей техники таких, как энергомашиностроение, гидроэнергетика, атомная энергетика, кораблестроение и многих других, курс является теоретической базой и находит применение в расчетах, проектировании, эксплуатации машин и пр.
Студенты-заочники самостоятельно работают над учебниками и учебными пособиями, после чего выполняют контрольные работы. Для лучшего усвоения курса студенты выполняют лабораторные работы и перед экзаменами прослушивают обзорные лекции по основным разделам курса.
Рекомендуется пользоваться основной литературой, однако для более подробного изучения отдельных вопросов и при выполнении контрольных работ может быть использована также дополнительная литература. Если в процессе проработки курса у студента будут возникать какие-либо вопросы, необходимо обращаться письменно или устно на кафедру института для консультации.
Особое внимание студент-заочник должен уделять понятию физической сущности явлений и процессов, а также освоению теоретических основ курса. Поэтому здесь не должно быть простого механического запоминания формул. Студент должен ясно себе представлять, как влияет тот или иной параметр, входящий в формулу, на характеристику исследуемого процесса, то есть понимать физическую сущность процессов и явлений.
ЛИТЕРАТУРА
Основная
1. Емцев Б.Т. Техническая гидромеханика. – М., 1978.
2. Повк И.Л. Техническая гидромеханика. – Л., 1976.
3. Балахонцев Е.В., Владиславлев Л.А. Гидромеханика и газовая динамика: Методические указания и контрольные задания.- М.: Высшая школа, 1980.
4. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. – М.; 1969.
5. Альтшуль А.Д., Киселев П.Г. Гидравлика и аэродинамика. – М.; 1975.
Дополнительная
6. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. – М., 1978.
7. Фабрикант Н.Я. Аэродинамика. – М., 1964.
8. Некрасов Б.Б. Гидравлика и ее применение на летательных аппаратах. – М; 1967.
9. Дейч М.Е. Техническая газодинамика. – М., 1974.
10. Давидсон В.Е. Основы газовой динамики в задачах. – М., 1965.
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
Студент- заочник выполняет шесть задач в контрольной работе: первая, вторая,
по гидростатике, третья и четвертая по гидродинамике, пятая и шестая по газовой динамике. Номера задач и варианты строк (варианты условий задачи) студент находит в таблице вариантов (см. таблица 1) по двум последним цифрам своего шифра. Так, например, при шифре 173015 студент в соответствии с двумя последними цифрами шифра (15) выбирает соответствующую строку в таблице и должен решить следующие задачи: 2, 5, 10, 17, 22 и 23. Номер строк (варианты к задачам) будут следующие: для задач 2 и 22 - 4; 5 и 23 – 8; 10 – 1; 17 -7.
Контрольная работа выполняется в тетради или на листах формата А4, сшитых между собой. При выполнении контрольной работы необходимо полностью выписать условия задач, цифровые данные и рисунки (схемы). Нужно давать объяснения для решения задач и подробные вычисления всех необходимых величин. Все полученные промежуточные и конечные величины должны быть выражены в единицах СИ.
Страницы должны иметь поля шириной 30 мм для замечаний рецензента, а в конце контрольной работы свободное место не менее, чем в полстраницы для развернутой рецензии. В конце контрольной работы студент приводит перечень учебной литературы, использованной им при выполнении контрольной работы. Выполненную контрольную работу пересылают в институт не позже чем за 10 дней до начала экзаменационной сессии. Студенты, прибывшие на сессию без зачтенных контрольных работ, к экзаменам не допускаются, а выполненные ими позднее указанного срока проверяются преподавателем после сессии.
При решении задач студент пользуется справочными данными, при необходимости задаваясь теми или иными параметрами, при этом должен делать ссылку на используемый материал, в тексте решения задачи. Для ускорения расчетов в конце методических указаний (в приложении) приводятся основные величины и графики необходимых параметров для расчетов.
Таблица 1 Варианты заданий
Последние две | Номера задач контрольной работы | Номера строк (вари- | ||||||||
цифры шифра | анты условий задачи) | |||||||||
З а д а ч и
З а д а ч а 1. Определить показание вакуумметра V (в ньютонах на квадратный сантиметр, Н/см2), установленного на крышке конденсатора (рис. I), частично затопленного водой. Показание ртутного вакуумметра, присоединенного к конденсатору, равно h) (см.табл. 2); расстояние от уровня воды, в конденсаторе до уровня вакуумметра 2,0 м.
Указания. При решении задачи использовать основное уравнение гидростатики. Литература 
; 
.
З а д а ч а 2. Вычислить, какое избыточное давление Ризб. будет в точке А трубопровода, заполненного водой (рис.2), если известны показания ртутных дифманометров h2и h4 (см. табл. 2); h2 = h4 = 0,5 м.
Указания. То же, что и к задаче 1
З а д а ч а 3. Определить силу Р, необходимую для подъема щита А, закрывающего
прямоугольное отверстие высотой h= 4 м и шириной в = 0,6 м (рис.3). Напор воды
перед щитом H (см. табл. 2); коэффициент трения в направляющих щита при подъеме
f = 0,02); вес щита1 т.Электродвигатель какой мощности нужно установить для полного подъема щита за t = 120 c, если КПД передачи равен 0,70?
Указания. На поверхности воды и за щитом давление атмосферное. Литература: 
; 
.
З а д а ч а 4. По условиям предыдущей задачи определить цент приложения полной силы давления воды на щит А и момент этой силы относительно центра тяжести щита.
З а д а ч а 5. Какой должен быть минимальный вес груза G, приложенного на расстоянии а = 5 м от центра шарнира А (рис. 4), чтобы щит В под воздействием давления воды не поворачивался около центра А? Ширина щита в 
= 4 м. Напор Hвыбрать из табл. 2.
Указания. Трением в шарнире Апренебречь. Литература: 
; .
З а д а ч а 6. Определить горизонтальную составляющую силу давления воды и координату центра давления этой силы, действующей на сферический сосуд А(рис.5), если избыточное давление на поверхности воды равно Р (см. табл. 2). H = 5 м; D = 2 м, d = 0,5 D.
З а д а ч а 7. Вертикальный щит (рис. 6) перегораживает канал. Ширина канала в = 4 м, глубина H (см. табл.2). Определить силу тяги Т, необходимую для подъема щита, если m = 1000 кг, а коэффициент трения щита в пазах f = 0,5.
З а д а ч а 8. Определить силу давления R гидравлического пресса 1 на тело 2, если на скалку 3 действует давление Р (см. табл.2). Площадь сечения поршня S = 144 см2, КПД = 0,85 (рис.7) Указания. Литература: 
; .
З а д а ч а 9. Определить разность уровней бензина h у стенок сосуда А (рис. 8), движущегося по горизонтальной плоскости с ускорением a (см. табл.2). Длина сосуда L=12м.
Указания. При решении задачи использовать дифференциальное уравнение поверхности уровня. Литература: 
; 
.
З а д а ч а 10. Решить предыдущую задачу 9, выбрав ускорение a из табл. 2 и заменив бензин водой.
З а д а ч а 11. Определить, при каком значении коэффициента динамической вязкости нефти µ произойдет изменение режима движения от ламинарного и турбулентному, если нефть протекает по трубе диаметром d = 0,2 м с расходом Q (см. табл. 2).
Указания. Литература: 
; 
.
З а д а ч а 12. Определить необходимый напор H составного короткого трубопровода, имеющего размеры диаметров: первого d1 = 250 мм, второго d2 = 200 мм. Во втором трубопроводе установлена диафрагма с отношением площади отверстия к площади сечения трубопровода ωр/ ω тр = 0,5 (рис. 9). Отношение R/ d2 = 5 (колено). На конце трубопровода установлен вентиль, который полностью открыт. Расход трубопровода Q (см. табл. 2).
Указания. Уровень в баке А считать постоянным; потери по длине трубопровода не учитывать. Литература: 
; 
.
З а д а ч а 13. Найти высоту расположения резервуара H2 (рис. 10), если L = 430 м, D = 300 мм, H = 5 м, Z = 49 м, Z = 48 м, Q на табл.2. Жидкость – вода.
З а д а ч а 14. Шестеренчатый насос А (рис.11) перекачивает минеральное масло в открытый бак В с постоянным уровнем H (см. табл. 2). Диаметр трубопровода d = 0,05 мм, расход масла Q = 50 л/мин; длина трубопровода 
= 200 м.Коэффициент кинематической вязкости ٧= 0,1 см2/с. Определить, какое манометрическое давление будет создавать насос в начале трубопровода.
Указания. Местные потери составляют 2% от потерь по длине. Литература: 
; 
.
З а д а ч а 15. Определить, какое давление ρ2 будет в конце горизонтального составного трубопровода (рис.12), если в начале его давление равно ρ1 (см.табл.2). Трубы новые, стальные: диаметры: d 1= 0,15, d 2= 0,125 и d 3= 0,1 м; длина 1 = 20, 2 = 15 и 3 = 10 м. Расход нефти равен Q (см. табл. 2). Рассчитать и построить пьезометрическую линию.
Указания. Учесть местные потери в местах внезапного сужения трубопровода. Кинематический коэффициент вязкости нефти принять равным ٧= 0,09 см2/с. Литература: 
; 
.
З а д а ч а 16. Охладитель состоит из трех параллельных труб, каждая из которых имеет длину = 15 м (рис. 13). Диаметр труб d = 0,025 м. Абсолютная шероховатость труб ∆? = 0,1 мм. Определить перепад давления на охладители, если расход воды в подводящей магистрали равен Q (см. табл.2).
Указания. Литература: ; 
.
З а д а ч а 17. Определить расход масла, вытекающего из бака с постоянным уровнем, через цилиндрический насадок в атмосферу (рис. 14). Высота уровня масла в баке H, абсолютное давление на поверхности уровня в баке Р (см.табл.2). Диаметр насадка d = 0,125 м.
Указания. Литература: 
; 
.
З а д а ч а 18. Определить время t опорожнения сосуда А на высоту h = 0,7 м сифонным трубопроводом (рис. 15). Объем воды в сосуде А высотой h равен V = 0,02 м3. Суммарный коэффициент местных потерь в трубе Σξм = 15; коэффициент гидравлического сопротивления по длине λ = 0,05. Диаметр трубы d = 0,01 м. Напор истечения равен Н (см. табл. 2).
Указания. Литература: 
; 
.
З а д а ч а 19. Определить время, необходимое для закрытия гидравлического затвора А, установленного в конце трубопровода (рис. 16), при котором давление у затвора не превысит ∆р (в процентах) от статического, равного 20 м вод.ст. Трубопровод имеет диаметр d = 0,5 м и длину = 200 м. Расход воды равен Q (см.табл. 2).
Указания. Литература: 
; 
.
З а д а ч а 20. С какой скоростью U необходимо перемещать коническое тело по направлению течения струи (рис. 17), чтобы результатирующая сила действия воды на тело в этом направлении равнялась Р (см. табл. 1)? Угол конусности α = 60о; струя имеет диаметр d = 0,1 м. Расход жидкости в сечении I- I равен Q (см.табл. 2).
Указания. Литература: 
.
Т а б л и ц а 2 Варианты числовых значений к задачам № 1-20
№ | Заданные | Номера__________ вариантов задачи | |||||||||
задачи | величины | ||||||||||
h1 , мм рт.ст. | |||||||||||
h2, мм рт.ст. | |||||||||||
| h3, мм рт.ст. | ||||||||||
H, м | 4,0 | 4,5 | 5,0 | 5,5 | 6,0 | 6,5 | 7,0 | 7,5 | 8,0 | 8,5 | |
H, м | 4,0 | 4,5 | 5,0 | 5,5 | 6,0 | 6,5 | 7,0 | 7,5 | 8,0 | 8,5 | |
H, м | 2,2 | 2,2 | 2,4 | 2,6 | 2,8 | 3,0 | 3,2 | 3,4 | 3,6 | 3,8 | |
ρ, Н/см2 | 10,0 | 10,5 | 11,0 | 11,5 | 12,0 | 12,5 | 13,0 | 13,5 | 14,0 | 14,5 | |
H, м | 2,0 | 2,5 | 3,0 | 3,5 | 4,0 | 4,5 | 5,0 | 5,5 | 6,0 | 6,5 | |
ρ, Н/см2 | 13,0 | 15,0 | 17,0 | 19,0 | 20,0 | 18,0 | 16,0 | 14,0 | 12,0 | 10,0 | |
α, м/с | 1,1 | 1,2 | 1,3 | 1,4 | 1,5 | 1,6 | 1,7 | 1,8 | 1,9 | 2,0 | |
α, м/с | 1,0 | 1,5 | 2,0 | 2,5 | 3,0 | 3,5 | 4,0 | 4,5 | 5,0 | 5,5 | |
Q, л/с | |||||||||||
Q, л/с | |||||||||||
Q, л/с | |||||||||||
H, м | |||||||||||
Q, л/с | |||||||||||
| Ρ1, Н/см2 | ||||||||||
Q, л/с | 2,0 | 2,5 | 3,0 | 3,2 | 3,6 | 4,0 | 4,2 | 4,4 | 4,6 | 4,8 | |
H, м | 0,5 | 0,75 | 1,0 | 1,25 | 1,5 | 1,75 | 2,0 | 2,25 | 2,5 | 3,0 | |
| ρН, Н/см2 |
| |||||||||
H, м | 2,0 | 2,2 | 2,4 | 2,6 | 2,8 | 3,0 | 3,2 | 3,3 | 3,4 | 3,6 | |
Q, м3/с | 1,0 | 0,8 | 0,7 | 0,6 | 0,5 | 0,4 | 0,3 | 0,2 | 0,1 | ||
| ∆ρ, % | ||||||||||
Р, Н | 4,0 | 3,5 | 3,0 | 2,5 | 2,0 | 1,0 | 1,5 | 3,0 | 4,0 | 6,0 | |
| Q, м/с | 0,1 | 0,09 | 0,08 | 0,07 | 0,06 | 0,05 | 0,06 | 0,07 | 0,08 | 0,10 |
Методические указания для решения задач по газовой динамике
Задачи 21-22 связаны с расчетом энергоизолированного течения газа через сопла. При решении этих задач студент должен максимально использовать таблицы газодинамических функций, приведенных в данном пособии (см.приложение).
Задача 23 посвящена расчету дозвукового диффузора с определением потерь в нем. Схематически диффузор изображен на рис. 18, а зависимость коэффициента полноты удара Ψ = 
от угла раствора диффузора α дана на рис. 19. Для определения коэффициента давления можно рекомендовать следующую предложенную формулу:
σ1 = 1 - 
Ψλ; 
,
где λ = С1 / αкр - коэффициент скорости на входе в диффузор;
F1 и F2 - площади, соответственно, входного и выходного сечения диффузора.
З а д а ч и
З а д а ч а 21. Сопло Лаваля (см. рис. 20) имеет диаметры входного сечения d 1, минимального – d min и выходного d 2 . Через сопло необходимо пропустить соответствующее количество воздуха С1, имеющего начальную температуру Т1. Требуется:
1) определить начальное давление Р0, необходимое для получения заданного расхода воздуха, а также начальную скорость с1;
2) найти параметры воздуха и скорости в минимальном и выходном сечениях сопла;
3) ответить на вопрос, будет ли выбранное сопло работать на расчетном режиме, если наружное давление Рн = 0,1 МПа;
4) начертить в масштабе на миллиметровой бумаге сопло (согласно данным рекомендациям), рассчитывать и изобразить под соплом кривые изменения коэффициентов: λ = с/ αк и М = с/ α.
Данные, необходимые для решения своего варианта задачи, выбрать их табл.4.
З а д а ч а 22. На входе в сопло Лаваля (см. рис. 20) замерены температура торможения Т*1, давление торможения Р*1 и скорость С1. Расход газа через сопло равен С2 . Наружное давление ρн. Требуется:
1) определить диаметр входного, минимального и выходного сечения сопла;
2) начертить в масштабе на миллиметровой бумаге сопло (согласно данным рекомендациям), рассчитать изобразить под соплом кривые скорости и давления. Расчет провести для случаев:
а) рабочее тело - воздух;
б) рабочее тело – гелий.
Данные, необходимые для решения своего варианта задачи, выбрать из табл. 4.
З а д а ч а 23. На входе в круглый диффузор воздух имеет следующие параметры: давление Р1 , температура t1, скорость С1. Диаметр входного отверстия диффузора d 1 : степень раскрытия F2/ F1 и угол раствора равен α. Требуется:
1) определить числа М и λ на входе и выходе диффузора, а также расход газа через диффузор;
2) найти параметры и скорость газа на выходе из диффузора и потери полного давления.
Данные, необходимо для решения своего варианта задачи, выбрать из табл. 3.
Таблица 3 Варианты числовых значений заданных величин к задаче № 23
№ | Наименование | Номера строк (вариантов задачи) | |||||||||
задачи | заданных величин | ||||||||||
Р1, МПа | 0,05 | 0,06 | 0,07 | 0,08 | 0,09 | 0,1 | 0,12 | 0,13 | 0,14 | 0,15 | |
| t1, оС | - 50 | - 40 | - 30 | - 20 | -10 | |||||
| С1, м/с | ||||||||||
| d 1, см | ||||||||||
| F2/ F1 | 2,0 | 2,2 | 2,4 | 2,6 | 2,8 | 3,0 | 3,2 | 3,4 | 3,6 | 3,8 |
| α, град. |
Таблица 4 Варианты числовых значений заданных величин к задачам № 21-22
№ | Заданные | Номера строк (вариантов задачи) | |||||||||
задачи | величины | ||||||||||
d3 , см | |||||||||||
| dмин, см | 3,5 | 4,5 | 5,5 | 6,5 | 7,5 | |||||
| d2, см | 4,2 | 5,6 | 6,3 | 7,7 | 8,4 | 9,1 | 9,8 | 10,5 | ||
| G, кг/с | ||||||||||
| Т1, K | ||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Р*?, МПа | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | 1,0 | 1,1 | 1,2 | 1,3 | 1,4 | ||
| Т*1, К | ||||||||||
| С1, м/с | ||||||||||
| G, кг/с | 2,5 | 3,5 | 4,5 | 5,5 | 7,5 | 9,5 | ||||
| РН, МПа | 0,036 | 0,043 | 0,05 | 0,057 | 0,064 | 0,071 | 0,078 | 0,086 | 0,099 | 0,1 |
ПРИЛОЖЕНИЯ
1. Объемный вес γ и плотность ρ некоторых жидкостей при t = 15 – 20 оС
Наименование | γ, П/м3 | ρ, кг/м3 |
Бензол | 8590 – 8630 | 876 – 880 |
Бензин авиационный | 8250 – 7370 | 739 - 751 |
Вода пресная | 998,2 | |
Керосин | 7770 – 8450 | 792 -840 |
Масло минеральное | 8600 – 8750 | 877 – 890 |
Нефть | 8340 – 9320 | 850 – 950 |
Ртуть | ||
Спирт | 789,3 | |
Хлористый натрий (раствор 26%-ного, аСI) |
2. Динамическая μ и кинематическая ٧вязкости некоторых жидкостей
при t = 20 оС
Наименование | μ, Н. с/м2 | ٧, см2/с |
Бензин | 0,00060 - 0,00065 | 0,0083 - 0,0093 |
Вода пресная | 0,00101 | 0,01012 |
Керосин | 0,0016 – 0,0025 | 0,02 – 0,03 |
Масло минеральное | 0,0275 – 1,29 | 0,313 – 14,5 |
Нефть | 0,007 – 0,008 | 0,081 – 0,093 |
Ртуть | 0,0015 | 0,00111 |
Спирт | 0,00119 | 0,0151 |
Хлористый натрий (раствор 26%-ного, аСI) | 0,00184 | 0,0153 |
3. Плотность некоторых газов и паров
Наименование | Плотность, ρ, кг/м3 | |
| при t = 0 оС и ρ = 760 мм рт.ст | по отношение к воздуху |
Азот | 1,250 | 0,97 |
Аммиак | 0,771 | 0,60 |
Ацетилен | 1,175 | 0,91 |
Воздух | 1,293 | |
Водород | 0,08988 | 0,069 |
Гелий | 0,1785 | 0,138 |
Кислород | 1,429 | 1,11 |
Углекислота | 1,977 | 1,53 |
Хлор | 3,214 | 2,49 |
Этилен | 1,260 | 0,98 |
4. Давление насыщенного пара воды
Температура оС | Давление, ρ кПа | Температура оС | Давление, ρ кПа | Температура оС | Давление, ρ кПа |
0,588 | 2,35 | 12,1 | |||
0,882 | 4,19 | 19,6 | |||
1,180 | 7,29 | 46,0 |
5. Значение модуля расхода К (для стальных труб с ∆__ = 0,2 мм)
d, мм (по ГОСТ) | К, л/с | d, мм (по ГОСТ) | К, л/с | d, мм (по ГОСТ) | К, л/с |
6,16 | |||||
11,1 | |||||
32,0 | |||||
68,5 | |||||
128,0 | |||||
204,0 | |||||
303,0 |
6. Значение эквивалентной абсолютной шероховатости для различных труб
Материал и вид трубы | Состояние трубы | ∆ж, мм |
Тянутые из стекла и цветных материалов | Новые, технические гладкие | 0,000 – 0,002 |
Бесшовные стальные | Новые | 0,01 – 0,02 |
Стальные сварные | После нескольких лет эксплуатации Новые | 0,15 – 0,3
0,03 -0,10 |
Чугунные | Новые Бывшие в употреблении | 0,2 - 0,5 0,5 – 1,5 |
Деревянные | Из деревянных клепок, обычные | 0,3 – 1,0 |
Асбестоцементные | Новые | 0,5 – 0,10 |
Бетонные | Новые из предварительно напряженного бетона Новые центробежные Необработанный бетон |
0,0 – 0,03 0,15 – 0,30 1,0 – 3,0 |
7. Значения коэффициентов местных сопротивлений для трубопроводной арматуры (для квадратичной области сопротивления)
Вид арматуры | ξм |
Приемные клапаны насосов | 6 – 5 |
Обратные клапаны | 6,5 – 5,5 |
Вентиль обыкновенный | 7 – 16 |
Задвижки "Москва" при полном открытии | 0 – 12 |
Кран проходной | 2 – 4 |
Вентиль с косым шпинделем ("Москва") | 2 – 3 |
Шиберная задвижка | 0,5 – 1,5 |
Радиатор двухколонный | 2,0 |
Колено 90о | 0,2 |
Тройник | 0,3 |
8. Газодинамические функции
τ = Т/Т* = 1 - 
λ2; П = Р/Р* (1 - λ2) 
;
ε = ρ /ρ н = (1 - λ2) ; λ = с/ αкр и М = с/ α;
g = Fмин/F = (
) (1 - λ2) λ.
При k = Ср / Сv = 1,4
λ | τ | π | ε | g | М | |||
0,00 | 1,0000 | 1,0000 | 1,0000 | 0,0000 | 0,0000 | |||
0,05 | 0,9996 | 0,9986 | 0,9990 | 0,0788 | 0,0457 | |||
0,10 | 0,9983 | 0,9942 Дата добавления: 2015-09-29; просмотров: 96 | Нарушение авторских прав
|
