Методические указания и контрольные задания для студе нтов-заочников по учебной дисциплине «Гидравлика» (стр. 14 из 15)

Задача 32. По горизонтальной трубе течет жидкость плотностью ρ = 10³ кг/м³, расход Q = 2,5·10^-3 м³/с, диаметр D=0,05 м. Определить, пренебрегая потерями напора, диаметр d, если разность давлений р₁ – р₂ =15 кПа.

Задача 33. По трубе d = (0,1 + 0,1k)м течет вода. Определить максимальные скорость течения υ и расход Q, при которых режим течения будет оставаться ламинарным. Вязкость воды η = 10^-3 кг/м·с.

Задача 34. При течении нефти в трубопроводе диаметром d = (0,2 + 0,1k) м массовый расход Q_М = (35 + 11k) т/ч. Нефть заполняет сечение трубопровода до высоты h = d/2. Вязкость нефти η = 0,12 кг/(м · с). Определить режим течения.

Задача 35. Известен перепад давления на сборном коллекторе ∆Р=3 МПа, расход нефти Q = (400 + 5k) т/сут, разность высот отметок конца и начала коллектора ∆z = 20 м, длина его (4 + 0,1k) км, плотность нефти ρ = 0,8 т/м³, вязкость ν = 20 мм²/с. Необходимо определить диаметр коллектора.

Задача 36. В начало сборного коллектора длиной L = 10 км, диаметром (0,2 + 0,1k) м подают товарную нефть в количестве Q = Q_т + Q_п = 180 т/ч, вязкостью μ = 20 мПа·с и ρ = 800 кг/м³. из сбороного коллектора нефть отбирают в трех точках соответственно с q₁ = 20 т/ч, q₂ = 50 т/ч, q₃ = 100 т/ч. Расстояние от начала коллектора и до точек отбора нефти следующие: L₁ = 4 км, L₂ = 200 м, L₃ = 3 км. Определить общий перепад давления, если начальное давление равно (1,6 + 0,15k) МПа. Сборный коллектор проложен горизонтально и местных сопротивлений не имеет.

Задача 37. Определить относительное изменение потерь напора на участке А-В = (5 + 0,1k) км (d₁ = 200 мм), если к нему подключить лупинг той же длины (d₂ = 260 мм). Трубы сварные новые, местными сопротивлениями пренебречь.

Задача 38. После очистки всасывающей линии (l = 10 м, d = 200 мм) насосной установки (к.п.д. η_нас = (0,65 + 0,01k)) коэффициент местного сопротивления фильтра ζ_ф уменьшился с 40 до 10, а эквивалентная шероховатость труб с 1 до 0,1 мм. Подача насоса Q = (0,07 + 0,1k) м³/с. Определить годовую экономию электроэнергии от этой операции. Температура воды 20°С.

Задача 39. Насос, оборудованный воздушным колпаком, перекачивает бензин по трубопроводу длиной l = (5 + 0,1k) км, диаметром d = (75 + 0,1i) мм, δ = 5 мм в количестве Q = 9·10^-3 м³/с. Плотность бензина ρ = 740 кг/м³, модуль упругости бензина К = 1,1·10⁹ Па, Е = 2·10¹¹ Па. Определить, за какое время необходимо перекрыть задвижку, чтобы ударное повышение давления не превосходило 1 МПа.

Задача 40. По трубопроводу длиной l_пр = (20 + 0,1i) м, диаметром d = (0,5 + 0,1k) м, δ = 3,5 мм, соединенному с баком, под напором Н = 2,5 м течет вода (К = 2·10⁹ Па). В некоторый момент времени происходит мгновенное перекрытие потока в конце трубопровода. Найти скорость распространения волны гидравлического удара и величину ударного повышения давления, если труба стальная (Е = 2·10¹¹ Па). Коэффициент гидравлического сопротивления принять равным 0,03. Как изменится ударное повышение давления, если стальную трубу заменить чугунной тех же размеров (Е = 0,98·10¹¹Па)?

Задача 41. Вода (t = 20°С) перетекает из резервуара А в резервуар В, давления на поверхности жидкости в которых одинаковы (рис. 33). Соединительный трубопровод состоит из двух последовательно соединенных участков новых бесшовных труб (l₁ = (200 + 5k) м, d₁ = 100 мм и l₂ = (150 + 3k)м, d₂ = 80 мм), для обеих труб l_экв = 0,05l, h = 3 м. Определить расход воды.

Задача 42. По приведенному на рис. 34 сифонному сливу (l = 50 м, d = (100 + 10k) мм, ∆ = 0,06 мм) подается топливо (ρ = 840 кг/м³, v = 5,5·10^-6 м²/с) при разности отметок уровней в резервуарах Н₁ = 1,38 м. На сливе имеются фильтр для светлых нефтепродуктов, два колена и вентиль; Н₂ = (3 + 0,1k) м, Н₃ = 2 м, давление насыщенных паров при температуре перекачки р_п = 2 кПа, р_а = 10⁵ Па. Определить расход жидкости и проверить условие нормальной работы сифона.

рис. 34

Задача 43. Минеральное масло (ρ = 840 кг/м³, v = 10^-4 м²/с) по горизонтальному трубопроводу (см. рис. 35) подается к раздаточным пунктам С, Е и F. Расходы масла в этих пунктах: Q_С = (10,6 + 0,1k) дм³/с; Q_Е = (6,8 + 0,1i) дм³/с; Q_F = 14 дм³/с; концевые свободные напоры: Н_С = 67 м, Н_Е = 0, Н_F = 7 м; длины участков трубопровода l_АВ = 3 м, l_ВС = (1 + k) км, l_BD = 2 км; l_DE = (1,5 + i) км, l_DF = 1,5 км. Насос при заданных расходам в пунктах раздачи может создать напор Н_А = 100 м, в наличии имеются новые сварные трубы диаметрами 80, 100, 125, 200, 250 мм. Подобрать диаметры всех участков трубопровода, считая потери напора в местных сопротивлениях пренебрежимо малыми. Допустимое расхождение между реальными напорами Н_А и расчетным – не более 5%.

рис. 35

Задача 44. Определить время опорожнения вертикального цилиндрического резервуара D = (8 + 0,5k)м, заполненного нефтью до уровня Н= (10 + k) м. Истечение осуществляется через цилиндрический внешний насадок (d_o = 5 см и длина / = 20 см). Кинематическая вязкость нефти v = 120 мм²/с, плотность ρ = 880 кг/м³.

Задача 45. В горизонтальном трубопроводе (l =(10 + i)км, d = (250 мм) находится нефть, которая имеет свойства вязко-пластичной жидкости с начальным напряжением сдвига τ_о = (8 + 0,1k) Па. Определить разность давлений на концах трубопровода ∆Р_О, при которой начнется движение нефти.

Задача 46. Определить дебит нефтяной скважины (r_с = 0,1 м), расположенной в центре пласта (R_K = 500 м, h = 15 м), если пластовое давление Р_к =( 17 + k) МПа; давление в скважине Р_с= (14 + i) МПа; динамическая вязкость μ =0,1 Па·с; плотность нефти ρ = 850 кг/м³; коэффициент проницаемости K = 1,0 мкм²; коэффициент пористости m = 0,2. Нефть считать ньютоновской жидкостью.

Задача 47. По трубопроводу диаметром

= (30 + k) мм и длиной = (5 + 0,1k) м движется вода. Чему равен напор = (3 + 0,2k) м, при котором происходит смена ламинарного режима турбулентным? Местные потери напора не учитывать. Температура жидкости .

рис. 36

Задача 48. Цилиндрический сосуд, заполненный жидкостью, плотность которой ρ = 900 кг/м³, движется с ускорением а = 4g. Определить силы, действующие на крышки А и Б, если l = 1 м и d = (0,5 + 0,1k) м. Давление в точке 1 равно атмосферному (рис. 37).

рис. 37

Задача 49. Из цилиндрического вертикального резервуара - отстойника (D = (3,5 + 0,1k) м), предназначенного для разделения нефти и пластовой воды, через донную вертикальную трубу (L = (0,5 + 0,1i) м, d = 0,125 м) сливается вода (р_в = 1100 кг/м³, v = 1 мм²/с). Начальный уровень воды в резервуаре h_e = 4 м, нефти) h_н = 1 м. Необходимо определить время слива воды, считая, что имеется четкая граница раздела воды и нефти (р = 880 кг/м³).

Задача 50. Решить задачу 46 при условии, что нефть является вязко-пластичной жидкостью с начальным напряжением сдвига τ_о= 5 Па.

Плотности некоторых жидкостей

Жидкость	t,°C	ρ, кг/м3
Вода пресная	20	998
Вода минерализованная	18	1050÷1200
Этанол	20	790
Глицерин	20	1260
Керосин	20	790÷860
Мазут	80	880÷940
Нефть:
легкая	18	849÷879
тяжелая (Пермской области)	20	919÷940
Бензин:
авиационный	20	710÷780
автомобильный	20	690÷760
Ртуть	15	13560
Буровые растворы	40	1050÷2400