Программа дисциплины (syllabus) (стр. 6 )

Следовательно:

Полученная зависимость справедлива для ламинарного и турбулентного течений.

1). Турбулентное течение.

где

2). Ламинарное течение.

Обобщая полученные зависимости для ламинарного и турбулентного режимов можно записать:

Графическое представление данной зависимости:

Для ламинарного m=1:

Для турбулентного m=2:

8. Содержание практических занятии 30 часов

Прежде чем приступить к рассмотрению примеров и задачи необходимо разобраться с некоторыми важными вопросами.

Первое, что необходимо понять - это, в каких системах измерения представлены задачи и проведены расчеты. Для измерения различных механических величин в настоящее время применяются несколько систем единиц. В гидравлике, как правило, наиболее употребительны две из них: техническая МКГСС (метр-килограмм-сила - секунда) и международная система СИ.

В системе МКГСС за основные приняты единицы: длины - метр (м), силы - килограмм-сила (кгс), времени - секунда (сек). 1 кгс представляет собой силу, сообщающую 1 килограмму массы (кг) ускорение, равное ускорению свободного падения g = 9,81 м/сек. Иногда в задачах вы можете встретить кГ, что означает тоже килограмм-сила, т. е., например, давление 1 кгс/м то же самое, что и 1 кГ / м2.

В качестве основных в системе СИ установлено шесть независимых друг от друга единиц: длины - метр, массы - килограмм, времени - секунда, силы электрического тока - ампер, термодинамической температуры - кельвин, силы света - кандела, из которых выводятся единицы всех остальные производных физических величин.

Из приведенных производных единиц рассмотрим единицы силы, давления, работы и мощности:

Ньютон (Н) - сила, сообщающая телу массой 1 кг ускорение 1м/с в направлении действия силы.

Паскаль (Па) - давление, вызываемое силой 1 Н, равномерно распределенной по поверхности площадью 1 м2.

Джоуль (Дж) - работа силы 1 Н при перемещении ею тела на расстояние 1 м в направлении действия силы.

Ватт (Вт) - мощность, при которой работа 1 Дж совершается за время 1 с.

Иногда вы можете встретить такое понятие как „техническая атмосфера” (ат). Так на практике внешнее давление часто равно атмосферному, т. е. р0 = рат. Величина

давления рат = 1 кГ/см = 9,81-10 Н/м называется технической атмосферой. Вы можете встретить иногда обозначение “ата”, что означает абсолютная атмосфера, или “ати” - избыточная атмосфера.

Тема 1. Основные характеристики сплошной среды

План

1. Решение задач по определению плотности, удельного веса, удельного объёма, давления жидкости и газа; расчёт силы по давлению в гидроцилиндре.

Задания: Решение задач.

Задача 1. В отопительный котел поступает 50 м3 воды при температуре 20° С. Какой объем воды V1 будет выходить из котла при нагреве воды до температуры 90° С?

Задача 2. Ртутный вакууметр, присоединенный к сосуду с метаном СН4, показывает разряжение 0,056 МПа. Атмосферное давление по ртутному барометру составляет 768 мм рт. ст. (0,102 МПа). Определить абсолютное давление в сосуде и плотность метана, если температура в сосуде равна 20°С. Показания вакуумметра и барометра приведены к температуре 0°С.

Задача 3. Баллон с кислородом емкостью 20 л находится под давлением 1,0 МПа при t=15°С. После израсходования части кислорода давление понизилось до 0,76 МПа, а температура уменьшилась до 10°С. Определить массу израсходованного кислорода.

Задача 4. Определить удельный объем пропана (С3Н8) как идеального газа при следующих условиях: температура газа t=20°С, манометрическое давление газа в баллоне 5,6 МПа, абсолютное давление газа в помещении равно 0,099 МПа.

Задача 5. В резервуар закачали две порции нефти. Определить плотность нефти.

Задача 6. При атмосферном давлении отмерен один кубометр воды. На сколько процентов сократится объём воды при увеличении давления в 50 раз?

Задача 7. 23 500 кг бензина при температуре 15 градусов по Цельсию занимают объем 33.5 кубометра. Какой объем будет занимать это же количество бензин при температуре 6 градусов по Цельсию?

Задача 8. Определить коэффициент динамической вязкости воды при температуре 15оС.

Методические рекомендации по выполнению задания

По своим физическим свойствам жидкости занимают промежуточное положение между твердыми телами и газами. Жидкость весьма мало изменяет свой объем при изменении давления или температуры, в этом отношении она сходна с твердым телом.

Покоящаяся жидкость подвержена действию двух категорий внешних сил: массовых и поверхностных. Массовые силы пропорциональны массе жидкости или для однородных жидкостей — ее объему. Внешние поверхностные силы непрерывно распределены по граничной поверхности жидкости. Следует знать, какие силы относятся к массовым (объемным) и к поверхностным силам, какие силы называются внешними и какие внутренними.

В гидравлике, при изучении законов равновесия и движения, широко пользуются различными физическими характеристиками жидкости (например, плотность). Студенту нужно уметь определять основные физические характеристики жидкости, знать единицы измерения этих характеристик.

Следует также рассмотреть основные физические свойства капельных жидкостей: сжимаемость, тепловое расширение, вязкость и др.

При прямолинейном слоистом движении жидкости сила внутреннего трения Т между перемещающимися один относительно другого слоями с площадью соприкосновения S определяется законом Ньютона:

Литература: [10,11] с.4-14, 60 –64.

Тема 2. Основы гидростатики. Законы равновесия жидкостей

План

1. Закрепить знания по гидростатике, уметь применять основные законы гидростатики, вычислять: силу давления жидкости на плоские стенки, выталкивающую силу Архимеда.

Задания: Решение задач.

Задача 1. Тарелка всасывающего клапана насоса диаметром d2 = 0,125 м закрывает отверстие для прохода воды диаметром d1 = 0,1 м. Какое разряжение необходимо создать в момент пуска насоса во всасывающей трубке, чтобы всасывающий клапан открылся, если уровни воды h1 = 1 м, h1 = 2 м? Атмосферное давление принять равным pa = 98 кПа.

Задача 2. Вертикальная стенка делит резервуар шириной В = 1,2 м на две части. Определить величину результирующей сил давления на эту стенку и точку ее приложения, а также величины и точки приложения сил Р1 и Р2, если уровень воды одной части резервуара Н1 = 1,5 м, а в другой Н2 = 0,5 м. Расчет произвести аналитическим, графо-аналитическим способами

Задача 3.Прямоугольный вертикальный щит, перегораживающий канал шириной в = 4м, находится в пазах. Вес щита G = 4905 H, коэффициент трения щита в пазах f = 0,5.

Определить усилие F, необходимое для понятия щита, если глубина воды с одной стороны h1 = 3м, с другой – h2 = 1,5м.

Задача 4. Определить величину избыточного давления на поверхности жидкости находящейся в сосуде в состоянии покоя, если в трубке пьезометра вода поднялась на высоту 1,8метра.

Задача 5. Цилиндрический сосуд заполнен водой на высоту 0,6 метров. Диаметр сосуда 40 сантиметров, диаметр горловины 10см. На свободную поверхность жидкости при помощи поршня приложена сила 50Н. Определить силу Р1 давления на дно сосуда, абсолютное давление в точке, лежащей на половине высоты сосуда.

Задача 6. Цилиндрический резервуар ёмкостью 6,2 кубометра заполнен водой на высоту 6,2 м, диаметр резервуара 6,2м. определить силу давления воды на боковую стенку.

Задача 7. Стальная труба с внутренним диаметром 600 мм работает под давлением 3 МПа. Найти необходимую толщину стенок трубы, если допустимое напряжение для стали 150МПа.

Задача 8. Для перевозки автомобилей весом 30кН через реку сооружается плот из брёвен диаметром 0,25м и длиной 9м. Определить, сколько брёвен нужно для сооружения плота, чтобы удержать груз.