Значения усредненных коэффициентов местных сопротивлений (квадратичная зона)

Приложение 3.

Поправочная функция j для z_кв в формуле z= jz_кв

при ламинарном и переходном режимах движения

Приложение 4.

Теплофизические свойства некоторых жидкостей

II. Задания для выполнения контрольных работ студентами – заочниками

Вариант 1

Номера контрольных задач выбираются согласно последней цифре шифра зачетной книжки студента (см. табл. 1.1), числовые значения указанных в задаче величин – по предпоследней цифре шифра зачетной книжки студента (табл. 1.2).

Таблица 1.1.

Номера задач для контрольных работ

Задачи

1. Определить величину и направление силы F, приложенной к штоку поршня для удержания его на месте. Справа от поршня находится воздух, слева от поршня и в резервуаре, куда опущен открытый конец трубы, – жидкость Ж (рис. 1.1).

Показание пружинного манометра – P_M.

Рис. 1.1.

2. Паровой прямодействующий насос подает жидкость Ж на высоту Н (рис. 1.2). Каково абсолютное давление пара, если диаметр парового цилин­дра D, а насосного цилиндра d? Потерями на трение пренебречь.

Рис. 1.2.

3. Определить силу прессования F, развиваемую гидравлическим прес­сом, у которого диаметр большего плунжера D, диаметр меньшего

Рис. 1.3.

плун­жера d. Больший плунжер расположен выше меньшего на величину Н, ра­бочая жидкость Ж, усилие, приложенное к рукоятке, R
(рис. 1.3).

4. Замкнутый резервуар разделен на две части плоской перегородкой, имеющей квадратное отверстие со стороной а, закрытое крышкой (рис. 1.4). Давление над жидкостью Ж в левой части резервуара определяется пока­заниями манометра P_M, давление воздуха в правой части – показаниями мановакуумметра. Определить величину и точку приложения результи­рующей силы давления на крышку.

Рис. 1.4.

5. Шар диаметром D наполнен жидкостью Ж. Уровень жидкости в пьезометре, присоединенном к шару, установился на высоте Н от оси ша­ра. Определить силу давления на боковую половину внутренней поверхности шара (рис. 1.5). Показать на чертеже вертикальную и горизонтальную составляющие, а также полную силу давления.

Рис. 1.5.

6. Определить силу давления на коническую крышку горизонтального цилиндрического сосуда диаметром D, заполненного жидкостью Ж
(рис. 1.6). Показание манометра в точке его присоединения – P_M. Показать на чер­теже вертикальную и горизонтальную составляющие, а также полную си­лу давления.

Рис. 1.6.

7. При истечении жидкости из резервуара в атмосферу по горизонтальной трубе диаметра d и длиной 2l уровень в пьезометре, уста­новленном посередине длины трубы, равен h (рис. 1.7). Определить расход Q и коэффициент гидравлического трения трубы l, если статический на­пор в баке постоянен и равен Н. Построить пьезометрическую и напорную линии. Сопротивлением входа в трубу пренебречь.

Рис. 1.7.

8. Жидкость Ж подается в открытый верхний бак по вертикальной тру­бе длиной l и диаметром d за счет давления воздуха в нижнем замкнутом резервуаре (рис. 1.8). Определить давление P воздуха, при котором расход будет равен Q. Принять коэффициенты сопротивления вентиля xв = 8,0; входа в трубу x_вх = 0,5; выхода в бак x_вых = 1,0. Эквивалентная шероховатость стенок трубы k_Э = 0,2 мм.

Рис. 1.8.

9. Поршень диаметром D движется равномерно вниз в цилиндре, пода­вая жидкость Ж в открытый резервуар с постоянным уровнем (рис. 1.9). Диаметр трубопровода d, его длина l. Когда поршень находится ниже уровня жидкости в резервуаре на Н = 0,5 м, потребная для его перемещения сила равна F. Определить скорость поршня и расход жидко­сти в трубопроводе. Построить напорную и пьезометрическую линии для трубопровода. Коэффициент гидравлического трения трубы принять l = 0,03. Коэффициент сопротивления входа в трубу x_вх = 0,5. Коэффициент сопротивления выхода в резервуар x_вых = 1,0.

Рис. 1.9.

10. Определить диаметр трубопровода, по которому подается жидкость Ж с расходом Q из условия получения в нем максимально возможной скорости при сохранении ламинарного режима. Температура жидкости t = 20 °С.

11. При ламинарном режиме движения жидкости по горизонтальному трубопроводу диаметром d = 30 см расход равнялся Q, а падение пьезо­метрической высоты на участке данной l составило Н. Определить кине­матический и динамический коэффициенты вязкости перекачиваемой жидкости.

12. По трубопроводу диаметром d и длиной l движется жидкость Ж
(рис. 1.10). Чему равен напор Н, при котором происходит смена ламинарно­го режима турбулентным? Местные потери напора не учитывать. Темпе­ратура жидкости t = 20 °С.

У к а з а н и е. Воспользоваться формулой для потерь на трение при лами­нарном режиме (формула Пуазейля).

Рис. 1.10.

13. На поршень диаметром D действует сила F (рис. 1.11). Определить скорость движения поршня, если в цилиндре находится вода, диаметр отверстия в поршне d, толщина поршня а. Силой трения поршня о цилиндр пренебречь, давление жидкости на верхнюю плоскость поршня не учиты­вать.

Рис. 1.11.

14. Определить длину трубы l, при которой расход жидкости из бака будет в два раза меньше, чем через отверстие того же диаметра d. Напор над отверстием равен Н. Коэффициент гидравлического трения в трубе принять l = 0,025 (рис. 1.12).

Рис. 1.12.

15. Определить длину трубы l, при которой опорожнение цилиндри­ческого бака диаметром D на глубину Н будет происходить в два раза медленнее, чем через отверстие того же диаметра d. Коэффициент гид­равлического трения в трубе принять l = 0,025 (рис. 1.12).

У к а з а н и е. В формуле для определения времени опорожнения бака ко­эффициент расхода m выпускного устройства определяется его конструк­цией. Для трубы

,

где x - суммарный коэффициент местных сопротивлений.

16. Определить диаметр d горизонтального стального трубопровода длиной l = 20 м, необходимый для пропуска по нему воды в количестве Q, если располагаемый напор равен Н. Эквивалентная шероховатость стенок трубы k = 0,15 мм.

У к а з а н и е. Для ряда значений d и заданного Q определяется ряд значений потребного напора H_П. Затем строится график Н_П = f(d) и по заданному Н определяется d.

17. Из бака А, в котором поддерживается постоянный уровень, вода протекает по цилиндрическому насадку диаметром d в бак В, из которого сливается в атмосферу по короткой трубе диаметром D, снабженной кра­ном (рис. 1.13). Определить наибольшее значение коэффициента сопротив­ления крана x, при котором истечение из насадка будет осуществляться в атмосферу. Потери на трение в трубе не учитывать.

Рис. 1.13.

18. При внезапном расширении трубопровода скорость жидкости в трубе большего диаметра равна v. Отношение диаметров труб D/d = 2
(рис. 1.14). Определить Н – разность показаний пьезометров.

Рис. 1.14.

19. Горизонтальная труба служит для отвода жидкости Ж в количестве Q из большого открытого бака (рис. 1.15). Свободный конец трубы снабжен краном.

Рис. 1.15.

Определить ударное повышение давления в трубе перед краном, если диаметр трубы d, длина l, толщина стенки d, материал стенки - сталь. Кран закрывается за время t_зак по закону, обеспечивающему линейное уменьшение скорости жидкости в трубе перед краном в функции времени.

20. Вода в количестве Q перекачивается по чугунной трубе диаметром d, длиной l с толщиной стенки d. Свободный конец трубы снабжен затво­ром. Определить время закрытия затвора при условии, чтобы повышение давления в трубе вследствие гидравлического удара не превышало DP = 1 МПа. Как повысится давление при мгновенном закрытии затвора?

21. Определить время закрытия задвижки, установленной на сво­бодном конце стального водопровода диаметром d, длиной l с толщиной стенки d, при условии, чтобы максимальное повышение давления в водо­проводе было в три раза меньше, чем при мгновенном закрытии задвижки. Через сколько времени после мгновенного закрытия задвижки повышение давления распространится до сечения, находящегося на расстоянии 0,7 l от задвижки?

Приложения к задачам варианта 1

Таблица 1.3.

1. Удельный вес g и плотность r жидкостей при t = 20° C.

Таблица 1.4.

2. Кинематический коэффициент вязкости жидкостей n при t = 20° C.

Вариант 2

Номера контрольных задач студент выбирает по последней цифре шифра зачетной книж­ки студента (табл. 2.1), а числовые значения – по предпоследней цифре (табл. 2.2).

В условиях контрольных работ не всегда указывают все цифровые значения параметров, необходимых для решения задач (например, может быть не указана плотность, коэффициент вязкости или другой параметр). Тогда недостающие па­раметры выбираются из таблиц, помещенных в приложении. В исключительных случаях можно пользоваться также данными других справочников, в каждом слу­чае указывая в своей контрольной работе название справочника, номер таблицы или графика.

Таблица 2.1.