Методические указания и контрольные задания для студе нтов-заочников по учебной дисциплине «Гидравлика» (стр. 4 из 15)
Гидростатический напор
Гидростатический напор H — это энергетическая характеристика покоящейся жидкости. Напор измеряется в метрах по высоте (вертикали).
Гидростатический напор H складывается из двух величин (рис. 6):
,где z — геометрический напор или высота точки над нулевой горизонтальной плоскостью отсчёта напора О-О; hp — пьезометрический напор (высота).
Гидростатический напор H характеризует потенциальную энергию жидкости (её энергию покоя). Его составляющая z отражает энергию положения. Например, чем выше водонапорная башня, тем больший напор она обеспечивает в системе водопровода. Величина hp связана с давлением. Например, чем выше избыточное давление в водопроводной трубе, тем больше напор в ней и вода поднимется на бульшую высоту.
Напоры для различных точек жидкости должны отсчитываться от одной горизонтальной плоскости О-О для того, чтобы их можно было сравнивать друг с другом. В качестве горизонтальной плоскости сравнения О-О может быть принята любая. Однако если сама труба горизонтальна, то иногда для упрощения расчётов удобнее О-О провести по оси трубы. Кроме того, на практике часто высотные отметки z и H отсчёта напоров от О-О отождествляют с абсолютными геодезическими, отсчитываемыми от среднего уровня поверхности океана. В России, например, они отсчитываются от уровня Балтийского моря.
Важная особенность гидростатического напора состоит в том, что он одинаков для всех точек покоящейся жидкости, гидравлически взаимосвязанных. Равенство напоров HA = HB проиллюстрировано для точек А и В в резервуаре на рис. 6, невзирая на то, что они находятся на разных глубинах и давления в них неодинаковые. Следует обратить внимание, что для открытых резервуаров напор в любой точке жидкости находится очень просто: от О-О до уровня свободной поверхности воды, на которую действует атмосферное давление pатм.
Раздел 3 ГИДРОДИНАМИКА
Тема 3.1 Основы гидродинамики и уравнения движения
жидкости
Студент должен:
знать: основные понятия и определения, уравнения гидродинамики; геометрический и энергетический смысл уравнения Бернулли, его практическое применение; принцип действия приборов для измерения скорости и расхода жидкости;
уметь: применять уравнения: расхода, неразрывности потока Бернулли при решении практических задач.
Задачи, основные понятия и определения гидродинамики. Гидравлические элементы потока. Уравнение Бернулли для идеальной жидкости. Энергетический и геометрический смысл уравнения Бернулли. Примеры практического применения уравнений гидродинамики. Измерение расхода и скорости. Мощность потока и мощность насоса. Принцип действия гидравлических машин.
Практическая работа №2.
Литература: 1, с. 57…90
Вопросы для самоконтроля
1. Что такое установившееся и неустановившееся движение жидкости?
2. Что такое линия тока и элементарная струйка?
3. Дайте определение и назовите размерность следующих гидравлических величин и характеристик: площади поперечного сечения, смоченного периметра, гидравлического радиуса, расхода воды.
4. В чем состоит геометрический и энергетический смысл уравнения Бернулли?
Тема 3.2 Гидравлические сопротивления
Студент должен:
знать: методику определения линейных, местных и суммарных потерь напора (давления) при различных режимах движения;
уметь: определять потери напора (давления), используя соответствующие формулы, монограммы, справочники.
Режимы движения жидкости. Число Рейнольдса. Общие уравнения для определения потери напора при равномерном движении. Распределение скоростей при ламинарном и турбулентном режимах по живому сечению потока. Влияние различных факторов на коэффициент
. Формула для определения коэффициента . Потеря напора в трубах некруглого сечения. Местное сопротивление. Коэффициенты местных сопротивлений сложение потерь напора. Возможные способы снижения потерь напора в трубах. Сопротивление при обтекании тел. Движение твердых тел в восходящем потоке жидкости.Практическая работа №3.
Литература: 1, с. 100…179
Вопросы для самоконтроля
1. Перечислите виды гидравлических сопротивлений, возникающих при движении жидкости.
2. В чем состоит отличие турбулентного режима от ламинарного?
3. Что такое число Рейнольдса. Написать аналитическое выражение для определения числа Re для потока в трубе круглого сечения.
4. Что такое относительная и абсолютная шероховатость?
5. Как определить потерю напора при ламинарном режиме в трубах?
6. От каких факторов зависит коэффициент гидравлического трения при турбулентном режиме в трубах и по каким формулам можно его найти?
7. Написать формулу Шези и объяснить все входящие в нее величины.
8. Какие сопротивления называются местными? По каким формулам можно найти их величину?
Методические указания к темам 3.1, 3.2
Изучение этого раздела следует начинать с понятия гидродинамического давления, скорости в точке внутри движущейся жидкости и видов движения.
Разобрать струйчатую модель движения жидкости. ознакомиться с элементами движения: траектория, линия тока, элементарная струйка, поток.
В этой теме необходимо разобрать уравнение равномерного движения жидкости и формулу Шези. Затем перейти к изучению гидравлических сопротивлений, встречающихся при движении жидкости.
Так как гидравлические сопротивления в значительной мере зависят от режима движения жидкости, то изучение их целесообразно начинать с ознакомления с ламинарного и турбулентного режима движения.
Нужно представлять физический смысл числа Рейнольдса, знать его критерии, который дает возможность практически установить переход ламинарного режима в турбулентный.
При изучении потерь напора на преодоление местных сопротивлений следует знать причины, вызывающие местные потери напора и усвоить общую зависимость для этих потерь
Основным объектом изучения гидродинамики является поток жидкости, т. е. движение массы жидкости между ограничивающими поверхностями (стенки труб, каналов).
Гидродинамика — это раздел гидравлики (механики жидкости), изучающий закономерности движущихся жидкостей (потоков жидкостей).
Словарь гидравлических терминов
Все потоки жидкости подразделяются на два типа:
1) напорные — без свободной поверхности;
2) безнапорные — со свободной поверхностью.
Все потоки имеют общие гидравлические элементы: линии тока, живое сечение, расход, скорость. Приведём краткий словарь этих гидравлических терминов.
Свободная поверхность — это граница раздела жидкости и газа, давление на которой обычно равно атмосферному (рис. 7,а). Наличие или отсутствие её определяет тип потока: безнапорный или напорный. Напорные потоки, как правило, наблюдаются в водопроводных трубах (рис. 7,б) — работают полным сечением. Безнапорные — в канализационных (рис. 7,в), в которых труба заполняется не полностью, поток имеет свободную поверхность и движется самотёком, за счёт уклона трубы.
Линия тока — это элементарная струйка потока, площадь поперечного сечения которой бесконечно мала. Поток состоит из пучка струек (рис. 7,г).
Площадь живого сечения потока — это площадь поперечного сечения потока, перпендикулярная линиям тока (см. рис. 7,г).
Расход потока q (или Q) — это объём жидкости V, проходящей через живое сечение потока в единицу времени t :
q = V/t.
Единицы измерения расхода в СИ м3/с, а в других системах: м3/ч , м3/сут, л/с.
Средняя скорость потока v (м/с) — это частное от деления расхода потока на площадь живого сечения :
v = Q /s .
Отсюда расход можно выразить так:
Q = v∙S.
Скорости потоков воды в сетях водопровода и канализации зданий обычно порядка 1 м/с.
Различают массовый расход (кг/сек)
.и объемный расход (м3/сек)
.Скорость потока может быть объемной или массовой.
Объемная скорость (м/сек) потока определяется как объемный расход вещества Vt через единицу площади живого сечения Fж.с потока:
.Массовая скорость кг/(сек∙м2) потока определяется как массовый расход вещества mt – через единицу площади живого сечения Fж.с потока:
.Следующие два термина относятся к безнапорным потокам.