Гидрогазодинамика. методические указания для курсовой работы студентов специальности 140104 «Промышленная теплоэнергетика» заочной формы обучения

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра Промышленной теплоэнергетики   . ГИДРОГАЗОДИНАМИКА методические указания для курсовой работы студентов специальности 140104 «Промышленная теплоэнергетика» заочной формы обучения Тюмень, 2013

П Р Е Д И С Л О В И Е

Задания для курсовых работ по «Гидрогазодинамике» составлены в соответствии с учебным планом и рабочей программой дисциплины для специальности «Промышленная теплоэнергетика».
Данные задания предназначены для самостоятельной работы студентов и последующей защиты их перед преподавателем.
Для успешного выполнения задания необходимо изучить раздел гидростатики и методику решения задач, используя рекомендованные учебники и учебные пособия.

УКАЗАНИЯ по ОФОРМЛЕНИЮ ЗАДАНИЯ

1.  Задание выполняется на отдельных листах бумаги формата А4 (210х297) мм. Внутри формата сплошной основной линией проводится рамка на расстоянии 20 мм от левой стороны листа и на расстоянии 5мм от остальных сторон.

2.  Титульный лист оформляется согласно образца, представленного в Приложении 3.

3.  На 2-м листе полностью приводится текст полученного варианта задания, исходный рисунок, а также кратко записываются исходные данные.

4.  Все расчеты производятся в системе СИ.

5.  Эпюры избыточного и абсолютного давления изображаются в масштабе.

6.  Все рисунки должны быть аккуратными, четкими и ясными с проставлением всех параметров, необходимых для решения задачи.

В А Р И А Н Т 1

Цилиндрический резервуар, диаметром D = 2м, имеющий плоскую крышку и полусферическое дно, заполнен водой (рис. 4) на высоту Н = 5м. Манометр, присоединенный к нижней точке показывает 1,2 ат.

1.  Определить абсолютное давление на свободной поверхности воды.

2.  Построить эпюры избыточного и абсолютного давления для боковой цилиндрической стенки.

3.  Определить положение пьезометрической плоскости и величину силы действия жидкости на дно и боковую стенку сосуда.

4. 

М

Н

Как изменится величина силы действия жидкости на дно и боковую стенку резервуара, если манометр поместить на верхнюю крышку, причем Рм=0,3 ат.

Рис.1

В А Р И А Н Т 2

Механический прибор для измерения давления присоединен к верхней части резервуара, в котором находится вода глубиной Н = 3,2м (рис. 5).

1.  Определить тип прибора, если высота поднятия воды в трубке h = 2,4м. Верхний конец трубки присоединен к воздушной части резервуара, а нижний конец опущен в сосуд с водой, а= 1,6м.

2.  Построить эпюры абсолютного и избыточного давления для клапанного затвора ON , имеющего плоскую поверхность размером L x B = (2 х 8),м2.

3.  Определить силу воздействия воды на дно, площадь которого 120 м2.

4. 

Рис.2

1

Определить силу натяжения троса Т, удерживающего затвор в заданном положении.

a

h

вода

вода

В А Р И А Н Т 3

1.  Определить абсолютное и избыточное давление в точке А и высоту h4, если известно, что избыточное давление на свободной поверхности закрытого резервуара (рис. 6) P1=0,4 ат; h1=4 м; h2=2 м; h3=2 м; h5=1,5 м. Налитые в резервуары бензин (ρб=700 кг/м3 ) и вода (ρв=1000 кг/м3 ) не смешиваются и находятся в состоянии покоя.

2.  Построить эпюры избыточного давления для боковой поверхности и дна левого и правого резервуаров.

3.  Определить величину и точку приложения силы действия жидкости на дно левого и правого резервуаров, если D1=4 м, D2=2 м.

4.  Определить величину и точку приложения силы действия жидкости на боковую поверхность левого и правого резервуаров.

Рис.3

 

В А Р И А Н Т 4

В цилиндрический бак диаметром D = 5м до уровня Н = 4м налиты вода и бензин (рис.7). Уровень воды в пьезометре ниже уровня бензина на h = 200мм.

1.  Определить вес находящегося в баке бензина, если ρ б=700 кг/м3.

2.  Определить силу действия жидкостей на боковую поверхность емкости.

3.  Определить силу действия жидкостей на дно бака, если бак будет закрыт, h = 300мм, H =3,5м для 2-х случаев: а) когда на поверхности бензина будет создан вакуум равный 100 Па; б) когда на поверхности бензина избыточное давление составит 0,04 ат.

h

Рис.4

бензин

H

D

вода

В А Р И А Н Т 5

В закрытом резервуаре, заполненном нефтью (ρ =850 кг/м3), высотой h = 2,4м и площадью нижнего днища а x в = (2 x 3), м2 (рис.8), левая боковая стенка наклонена под углом 600 к горизонту. В центре вертикальной боковой стенки находится люк, радиуса r = 200мм, закрытый полусферической крышкой. Показание манометра в центре боковой крышки равно Рм=0,8 ат.

1.  Определить абсолютное и избыточное давление на поверхности нефти (в точке А).

2.  Построить эпюру избыточного давления для наклонной стенки.

3.  Определить величину силы действия жидкости на крышку люка.

4.  Определить величину и точку приложения силы действия жидкости на наклонную стенку КВ и дно резервуара, если ВС=3 м.

 

h

С

Рис.5

 

В А Р И А Н Т 6

1.  Какую силу Р нужно приложить к поршню левого сосуда, наполненного водой, чтобы уравновесить давление воды на поршень правого сосуда, если известны диаметры поршней d1= 24см, d2= 16см, d3= 20см, h1= 1,5м, а превышение левого поршня над осью среднего h2= 0,90 м (рис.9).

2.  Определить показание манометра, установленного в центре правого цилиндра.

3.  Определить величину силы воздействия воды на второй и третий поршни, а также точку приложения силы воздействия на 3-й поршень.

4.  Построить эпюры избыточного давления для стенки n-m-f-k-l, если h3= 0,3 м.

 

В А Р И А Н Т 7

Цилиндрический закрытый резервуар ( D = 10м ) сварен из пяти поясов листовой стали при высоте каждого пояса h = 2 м и полностью заполнен водой (рис.10).

1.  Построить эпюры избыточного давления для боковой поверхности и дна резервуара.

2.  Определить величину и точку приложения сил действия жидкости на каждый пояс и на всю боковую поверхность резервуара.

3.  Определить силу действия жидкости на дно резервуара. Как изменится эта величина, если дно резервуара выполнить в виде полусферы?

Рис.7

 

В А Р И А Н Т 8

Шаровой резервуар ( d = 5м ) полностью заполнен бензином, плотность которого ρ =700 кг/м3. Манометр, установленный на уровне горизонтальной оси резервуара, показывает Рм=1,2 ат (рис.11). Определить:

1.  Положение пьезометрической плоскости.

2.  Абсолютное и избыточное давление в точках В и D.

3.  Горизонтальную на BCD, вертикальные на ABC и ADC составляющие силы воздействия бензина на стенки резервуара.

4.  Построить эпюры абсолютного (на ВАД) и избыточного (на ВСД) давления.

Рис.8

 

В А Р И А Н Т 9

В закрытом резервуаре, заполненном нефтью (ρ н=850 кг/м3) высотой h = 4м и площадью нижнего днища a x в = (4 х 3) м2, правая стенка наклонена под углом 600 к горизонту (рис.13). В дне резервуара имеется люк, радиуса r = 200мм, закрытый полусферической крышкой того же радиуса. Манометр, установленный на высоте h1= 3,5м, показывает 0,8 ат.

1.  Определить абсолютное и избыточное давление на свободной поверхности нефти АС.

2.  Построить эпюры избыточного давления для боковых стенок и дна.

3.  Определить величину и точку приложения силы действия жидкости на боковые поверхности АВ и CD.

4.  Определить величину силы действия нефти на крышку люка.

 

Рис.9

 

В А Р И А Н Т 10

1.  Определить показание h дифференциального ртутного манометра, при котором система из двух поршней, имеющая общий шток, будет находится в равновесии, если в обоих цилиндрах находится вода. Показание механического манометра 0,2 ат. Трением поршней в цилиндрах пренебречь. Диаметры поршней соответственно равны D = 240 мм и d = 120 мм (рис.14). Плотность ртути ρ рт=13600 кг/м3.

2.  Построить эпюры избыточного давления для внутренних поверхностей левого цилиндра.

3.  Определить силы воздействия воды на левый и правый поршни.

4. 

M

Определить положение центра давления для левого поршня.

 

Рис.10

 

В А Р И А Н Т 11

Вертикальная цилиндрическая цистерна с полусферической крышкой до самого верха заполнена нефтью и водой. Диаметр цистерны D = 3,2м, высота ее цилиндрической части H = 4,2м. Глубина нефти равна Н/2. Манометр, установленный в верхней точке крышки показывает 24 кПа (рис.15).

1.  Построить эпюру избыточного давления на боковую стенку, дно резервуара и полусферическую крышку, если ρ н=850 кг/м3.

2.  Определить положение пьезометрической плоскости.

3. 

1

Определить силу, растягивающую болты А и горизонтальную силу, разрывающую цистерну по сечению 1-1.

 

H

 

В А Р И А Н Т 12

Показание манометра, присоединенного к днищу бака, составляет Рм=12кПа.

1.  Найти избыточное и абсолютное давление воздуха, находящегося над водой, если h1=2,4 м, h2=1 м.

2.  Построить эпюру абсолютного давления на боковую стенку ВК и дно резервуара.

3.  Определить растягивающее усилие болтов, крепящих к вертикальной стенке бака коническую крышку с размерами d = 0,8м; l = 0,6м. Массой крышки пренебречь.

4.  Как изменится величина растягивающих усилий болтов, если манометр, присоединенный к днищу бака, убрать, а на свободной поверхности создать вакуум, величиной 0,02 мПа?

 

h1

K
Рис.12

 

В А Р И А Н Т 13

Горизонтальная цилиндрическая цистерна с полусферическими днищами заполнена топливом ( ρ = 850 кг/м3). Давление в верхней части цистерны, измеряемое манометром Рм = 15 кПа, длина цистерны l = 8м, ее диаметр D = 3м (рис.17).

1.  Определить абсолютное давление в верхней части цистерны (точка 1) и на дне цистерны (точка 2).

2.  Построить эпюру избыточного давления на боковую торцевую стенку.

3.  Определить положение пьезометрической плоскости.

4.  Определить величины сил давления, растягивающих цистерну в сечениях А-А и В-В, а также найти силу действия жидкости на боковую цилиндрическую поверхность.

M

Рис.13

 

 

В А Р И А Н Т 14

Цилиндрический сосуд диаметром D = 2,8 м и высотой H = 4 м заполнен водой. Манометр, установленный в верхней точке сосуда, показывает давление 0,2 мПа (рис.18).

1.  Построить эпюры избыточного давления для боковой цилиндрической стенки, полусферической крышки и дна резервуара.

2.  Определить силу, разрывающую сосуд по сечению А-А.

3.  Определить силу, разрывающую сосуд по сечению В-В.

4.  Определить величину и точку приложения силы действия жидкости на дно резервуара.

 

В А Р И А Н Т 15

Замкнутый резервуар разделен на две части плоской перегородкой, имеющей квадратное отверстие со стороной a = 20см, закрытое крышкой ON, h = 80см, h1 = 40см. Давление над жидкостью с плотностью ρ = 880 кг/м3 в левой части резервуара определяется показанием манометра Рм = 1,4 ат, давление воздуха в правой части – показанием вакуумметра Рv = 0,2 ат (рис.19).

1.  Определить абсолютное давление на дне левой и правой частей резервуара.

2.  Построить эпюры избыточного и абсолютного давлений на перегородку ВК.

3.  Определить величину и точку приложения результирующей силы воздействия жидкости и воздуха на крышку.

4.  Как изменится величина и точка приложения результирующей силы действия жидкости и воздуха на крышку ON, если:

M

а) Рм = 1 ат, Рv = 0 ат; б) Рм = 0, Рv = 0,1 ат.

h1

h

Рис.15

K

B

a

V

В А Р И А Н Т 16

К закрытому цилиндрическому резервуару, диаметром D = 5м, в котором находятся нефть (ρ н=850 кг/м3) и вода (ρ в=1000 кг/м3) , присоединены две пьезометрические трубки. Абсолютное давление на свободной поверхности жидкости P0=1,2 ат, расстояние h1=60 см, h=12 см, h2=50 см (рис.20).

1.  Определить разность уровней в пьезометрах ∆h и абсолютное давление на дне резервуара.

2.  Построить эпюры избыточного давления на боковую стенку и дно резервуара.

3.  Определить силу воздействия жидкости на дно резервуара.

4.  Определить силу воздействия жидкости на боковую поверхность.

Рис.16

В А Р И А Н Т 17

Горизонтальный цилиндрический сосуд диаметром D = 2м, a = 100 см, заполнен нефтью с плотностью ρ = 850 кг/м3. Показание манометра в точке его присоединения Pм=4 ат, длина резервуара ВС=8 м.

1.  Показать положение пьезометрической плоскости.

2.  Определить величину силы воздействия нефти на коническую крышку и угол ее наклона к горизонту.

3.  Построить эпюру избыточного давления на торцевую стенку АВ. Определить силу воздействия нефти на данную поверхность.

4. 

Рис.17

a

A

B

C

D

M

Определить силу воздействия нефти на боковую цилиндрическую поверхность.
В А Р И А Н Т 18

К закрытому резервуару, диаметром D = 5м присоединены две трубки: одна из которых запаяна, а вторая сообщается с атмосферой (рис.22). Известно, что абсолютное давление на свободных поверхностях воды в резервуаре P01=1,2 ат и в закрытом пьезометре P02=0,02 ат.

1.  Определить разность уровней воды в этих трубках ∆h.

2.  Как изменится ∆h при увеличении P01 в 2 раза?

3.  Построить эпюры избыточного давления для боковой стенки и дна резервуара ( h = 4м ).

4.  Определить силу действия воды на боковую стенку и дно резервуара.

Рис.18

В А Р И А Н Т 19

При заполнении нефтью нефтепровода, который предварительно подвергался опрессовке водой, образовалось 3 тыс. м3 водонефтяной эмульсии, которая была помещена в открытый цилиндрический отстойник диаметром D = 20м. После отстоя нефти ртутный манометр, подсоединенный к резервуару на уровне его дна, показал ∆h=700мм ( ρрт = 13600 кг/м3) .

1. Определить положение поверхности раздела между нефтью ( ρн = 900 кг/м3) и осевшей водой ( ρв = 1000 кг/м3) .

2. Определить объем воды в резервуаре.

3. Определить величину и точку приложения силы действия жидкости на боковую поверхность.

4. Найти величину и точку приложения силы действия жидкости на дно резервуара.

 

5.   

6.   

7.   

8.   

9.   

10.   

11.   

12.   

13.   

14.   

15. 

Рис.19

В А Р И А Н Т 20

К закрытому резервуару, диаметром D = 4м, подключены два прибора для измерения давления: механический манометр избыточного давления и U-образная трубка, частично заполненная ртутью ( ∆h = 20см, b = 10см ). Расстояние между точками подключения приборов h = 1м (рис.24). Глубина жидкости, плотностью ρ = 880 кг/м3 в резервуаре равна Н = 8м.

1.  Определить показание механического манометра.

2.  Построить эпюру избыточного давления на боковую стенку, с помощью которой определить избыточное давление на расстоянии 2м от дна.

3.  Определить величину и точку приложения силы действия жидкости на боковую стенку.

4.  Определить величину силы действия жидкости на дно резервуара.

M

 

Рис.20

В А Р И А Н Т 21

Цилиндрический резервуар, диаметром D = 4м, имеющий плоскую крышку и полусферическое дно, заполнен водой (рис. 4) на высоту Н = 6м. Манометр, присоединенный к верхней крышке показывает 0,2 ат.

1.  Определить абсолютное давление на свободной поверхности воды.

2.  Построить эпюры избыточного и абсолютного давления для боковой цилиндрической стенки.

3.  Построить эпюры избыточного и абсолютного давления для дна резервуара.

4.  Определить положение пьезометрической плоскости и величину силы действия жидкости на дно и боковую стенку сосуда.

М

Н

Рис.21

В А Р И А Н Т 22

Шаровой резервуар ( d = 6м ) полностью заполнен нефтью, плотность которой ρ =880 кг/м3. Манометр, установленный в верхней точке резервуара, показывает Рм=0,5 ат (рис.11). Определить:

1.  Положение пьезометрической плоскости.

2.  Абсолютное и избыточное давление в точках А и D.

3.  Горизонтальную на BCD, вертикальные на ABC и ADC составляющие силы воздействия жидкости на стенки резервуара.

M

B

Рис.22

C

A

D

d

Определить те же силы, но считать, что вместо манометра установлен вакуумметр с такими же численными значениями давления.

В А Р И А Н Т 23

Цилиндрический резервуар А, диаметром D = 2м, длиной l = 8м заполнен водой (рис.1). Зная показания манометра Рм = 0,06 МПа, определить:

1.  Избыточное давление в трубе В, если соединительная трубка заполнена водой, ртутью и воздухом, как показано на рисунке, причем Н1=0,8 м; Н2=2 м; Н3=1,6 м. Плотность ртути ρ рт=12600 кг/м3.

2.  Горизонтальную составляющую (Рх) силы воздействия воды на цилиндрическую поверхность резервуара А.

3.  Положение пьезометрической плоскости; определить силу воздействия воды на цилиндрическую поверхность.

4. 

M

Как изменятся горизонтальная и вертикальная составляющие силы действия жидкости на цилиндрическую поверхность, если манометр установить в центре боковой поверхности резервуара, а его показание останется прежним?

В А Р И А Н Т 24

В открытом цилиндрическом резервуаре-отстойнике (рис.2) уровни нефти и воды определяются по уровне мерным трубкам.

1.  Определить плотность нефти и показание ртутного манометра h4 , если h1=0,6м; h2=1,8м; h3=1,5м; h5=0,1м. Плотность ртути ρ рт=12600 кг/м3.

2.  Построить эпюры избыточного давления для боковой поверхности и дна резервуара.

3.  Определить горизонтальную составляющую силы воздействия жидкостей на цилиндрическую поверхность резервуара.

4.  Определить силу натяжения троса Т, необходимую для открытия клапана КМ, который закрывает выход из резервуара в трубу квадратного сечения со стороной a = 0,2м.

Т

Рис.24

 

 

В А Р И А Н Т 25

Бак трапецеидального сечения с углом наклона боковых стенок 600 имеет квадратное отверстие, закрытое крышкой (рис.3). Шарнир 0 крышки 0В погружен на глубину h = 0,6м под уровень жидкости, а h1 = 20 cм. Показание ртутного манометра ∆h = 15см. Глубина наполнения бака Н = 1,47м. Жидкость – глицерин (ρ гл=1260 кг/м3). Определить:

1.  Избыточное и абсолютное давление на свободной поверхности резервуара. Плотность ртути ρ рт=13600 кг/м3.

2.  Построить эпюры избыточного давления для боковой поверхности бака и дна.

3.  Показать положение пьезометрической плоскости и определить величину и точку приложения силы действия жидкости на крышку ОВ.

4.  Как изменится сила действия жидкости на крышку ОВ, если на свободной поверхности в баке создать вакуумметрическое давление 100 Па? Определить при этом показание ртутного манометра.

Рис.25

В А Р И А Н Т 26

1.  Определить величину силы воздействия нефти на поперечную перегородку нефтеналивной баржи (рис. 12), если высота налива нефти h = 4 м; ее плотность ρ =880 кг/м3; l = 2,83 м; ширина баржи поверху a = 12 м; k = 2 м.

2.  Найти положение центра давления нефти на перегородке при таком уровне налива нефти.

3.  Построить эпюры избыточного давления для боковых стенок и днища.

4.  Определить показание манометра, установленного в боковой стенке, на уровне соединительного шва баржи.

a

k

Рис.26

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Глубина погружения центра тяжести и центральный момент инерции для плоских поверхностей

Положение центра тяжести	Форма стенки и центральный момент энерции	Площадь стенки	Глубина погружения центра тяжести
	Прямоугольник	BL	L/2
	Квадрат
	Равнобедренный треугольник		L/3
	Трапеция
	Круг		r
	Полукруг

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Объемы некоторых тел

1.  Прямоугольный параллелепипед:

,

где a, b, c –длина, высота, ширина параллелепипеда.

2. Пирамида:

,

где Sосн – площадь основания,

H – высота.

3. Правильная усеченная пирамида:

,

где S1, S2 – площади оснований.

4. Цилиндр:

,

где R – радиус, H – высота цилиндра.

5. Конус:

,

где R – радиус основания, H – высота конуса.

6.Усеченный конус:

,

где H – высота усеченного конуса,

R1, R2 – радиусы оснований.

8. Сфера:

где R – радиус сферы.

ПРИЛОЖЕНИЕ 3

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра Промышленной теплоэнергетики   . курсовАЯ работа по гидрогазодинамике Вариант № Выполнил: Студент гр. ПТз-3 Проверил: Тюмень, 2012

ЛИТЕРАТУРА

1. Лойцянский жидкости и газа. – М.:Наука, 2011гс.
2. Гукасов жидкости и газа.-М.:Недра, 2011.-443 с.
3. и др. Сборник задач по гидравлике и газодинамике для нефтяных ВУЗов. – М.: Недра, 2010 г.
4. Чугаев . – С-П.: Просвещение, 2009 г.
5. , Кудрявцева задания по гидромеханике (гидростатика) для студентов дневного обучения всех специальностей. //Методические указания/.-Тюмень, ТюмГНГУ, 19с.