гидравлика. !!ЛЕКЦ ЛАД ГИДР,2020. 16 1, с. 6 20. 03. 02. Природообустройство и водопользование. Гидравлика

• Название: 16 1, с. 6 20. 03. 02. Природообустройство и водопользование. Гидравлика
• Анкор: гидравлика
• Дата: 02.04.2021
• Размер: 1.61 Mb.
• Имя файла: !!ЛЕКЦ ЛАД ГИДР,2020.doc
• Тип: Документы; #190578
• страница: 1 из 9

Варианты контрольных задач по темам 1…6: [1], с. 6…9.

20.03.02. Природообустройство и водопользование. Гидравлика.

21.05.04. Горные машины и оборудование. Гидравлика.

Автор: Двинин Леонид Алексеевич (89506371414)
СОДЕРЖАНИЕ ЛЕКЦИОННЫХ ЗАНЯТИЙ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ГИДРАВЛИКА»
Общие сведения о жидкостях

«ГИДРОСТАТИКА»
Гидростатическое давление в жидкости.

1. Понятие гидростатического давления.

1.1. Свойства гидростатического давления.

1.2. Основное уравнение гидростатики. Абсолютное, манометрическое,

вакуумметрическое давление.

1.3. Плоскость уровня. Понятие пьезометрической высоты. Эпюры

гидростатического давления.

1.4. Единицы измерения давления.

Сила давления жидкости на плоские поверхности.

2.1. Аналитический метод определения силы давления жидкости.

2.2. Графо-аналитический метод расчёта силы давления и центра

давления на прямоугольные поверхности.

2.3. Примеры решения задач по теме: ”Расчёт силы давления жидкости

на плоские поверхности.

Сила давления жидкости на криволинейные поверхности.

3.1. Основные понятия и теоретические положения.
«ГИДРОДИНАМИКА»
Основное уравнение гидродинамики. Режимы движения жидкости.

4.1. Основные понятия о параметрах движения жидкости.

4.2. Понятие идеальной жидкости и потока жидкости.

4.3. Гидравлические элементы потока.

4.4. Расход жидкости. Средняя скорость потока. Уравнение

неразрывности потока.

4.5. Основное уравнение гидродинамики. Уравнение Д- Бернулли.

4.5.1.Уравнение Д-Бернулли для элементарной струйки идеальной жидкости.

4.5.2. Интерпретация уравнения Д-Бернулли.

4.5.3. Уравнение Д-Бернулли для элементарной струйки реальной жидкости.

4.5.4.Уравнение Д-Бернулли для целого потока реальной жидкости.

4.5.5. Экспериментальное определение статического и полного

напоров. Расчёт скорости в точке потока.

4.5.6. Диаграмма уравнения Д-Бернулли для потока жидкости в трубе

переменного сечения.

4.5.7. Методика составления уравнения Д-Бернулли для решения

теоретических и инженерных задач.

4.5.8. Приборы для измерения скорости и расхода, основанные на

уравнении Д-Бернулли.

4.6. Режимы движения жидкости.
Гидравлические сопротивления.

5.1. Потери напора в гидравлических сопротивлениях.

5.2. Потери напора по длине при ламинарном режиме движения

Жидкости.

5.3. Потери напора по длине при турбулентном режиме.

5.3.1. Понятие о гидравлически гладких и шероховатых трубах.

5.3.2. Потери напора по длине в трубах с описательной шероховатостью.

5.3.3. Потери напора по длине, выраженные через обобщённы параметры.
«ПРИКЛАДНАЯ ГИДРАВЛИКА, ГИДРОМЕХАНИКА»
Гидравлический расчет трубопроводных систем.

6.1. Расчёт простых трубопроводных систем.

6.1.1. Расчёт простой трубопроводной системы с истечением

жидкости в атмосферу.

6.1.2. Расчёт простой трубопроводной системы при истечении

жидкости под уровень.

6.1.3. Методика расчёта простых трубопроводных систем.

6.2. Расчёт сложных трубопроводных систем.

6.2.1. Системы с последовательным соединением труб.

6.2.2. Системы с параллельным соединением труб.

6.2.3. Распределительные сети, или тупиковые системы.

6.2.4. Системы с путевым расходом жидкости.

6.3. Особенности гидравлического расчёта металлопластиковых труб.

Истечение жидкости из отверстий и насадков.

7.1. Истечение жидкости из малого незатопленного и затопленного

отверстий в тонкой стенке.

7.2. Истечение жидкости через большое боковое отверстие при

постоянном напоре.

7.3. Истечение жидкости из насадков при постоянном напоре.

ЛЕКЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«ГИДРАВЛИКА»

Цель дисциплины: Основной целью дисциплины «Гидравлика» является формирование основ технических знаний, направленных на изучение общих законов движения и равновесия жидких сред в гидромеханических системах. Эти знания позволят овладеть методиками гидравлических расчетов трубопроводов и других гидравлических устройств в условиях стационарных и нестационарных режимов движения жидкостей, решать производственно-технологические и эксплуатационные задачи при возможных авариях в гидромеханических системах горного производства, решать научно-исследовательские и проектно-конструкторские задачи при создании новых и модернизации существующих гидромеханических систем горнодобывающей промышленности.

Дисциплина «Гидравлика» базируется на положениях следующих курсов: «Математика», «Физика», «Начертательная геометрия. Инженерная компьютерная графика», «Теоретическая механика», «Сопротивление материалов» и является логическим продолжением использования теоретических законов этих курсов для практического применения их в гидравлических расчётах.

Предложенные лекции являются основой для усвоения таких дисциплин как «Гидропривод», «Гидравлические машины», «Гидрометрия», «Водоотлив», «Водоснабжение предприятий», «Вентиляция», «Гидротехника», «Гидротехнические сооружения» и других.

Предлагаемые лекции составлены в соответствии с учебными программами специальностей и включают теорию по шести основным темам: «Гидростатическое давление в покоящейся жидкости»; «Сила давления покоящейся жидкости на плоские поверхности»; «Сила давления покоящейся жидкости на криволинейные поверхности»; «Расчёт простых трубопроводных систем»; «Расчёт сложных трубопроводных систем»; «Истечение жидкости из отверстий и насадков».

В представленных лекциях использована Международная система единиц (СИ), а также общепринятая терминология и буквенные обозначения в гидравлике и гидромеханике, за исключением силы давления, которая обозначена R вместо Р. Это принято для того, чтобы величины давления р и силы давления Р не обозначались похожими буквами.

Лекции по дисциплине «Гидравлика» включают общие сведения о жидкостях и три основных раздела: «Гидростатика», «Гидродинамика», «Прикладная гидравлика и гидромеханика».

В общих сведениях о жидкостях рассмотрены физические свойства жидкостей.

В первом разделе - «Гидростатика» даётся понятие гидростатического давления, единицы измерения давления, основное уравнение гидростатики, определяется давление в покоящейся жидкости, действие жидкости на плоские и криволинейные поверхности.

Во втором разделе – «Гидродинамика» рассматриваются основные законы движения жидкости, уравнение Д-Бернулли, изучаются режимы движения жидкости и потери напора в гидравлических сопротивлениях.

В третьем разделе – «Прикладная гидравлика и гидромеханика» рассматривается гидравлический расчёт простых и сложных трубопроводных систем, истечение жидкости из отверстий и насадков.
Общие сведения о жидкостях

Жидкость – непрерывная среда, обладающая свойством текучести и чрезвычайно малым сопротивлением деформации разрыва.

Различают капельные, газообразные и многофазные жидкости. Капельные жидкости (вода, масла, спирт, ртуть и т. п.), в отличие от газообразных, образуют свободнуюповерхность, т. е. поверхность, отделяющую капельную жидкость от газообразной среды. К многофазным жидкостям относятся туман, дым, пульпы, глинистые, илистые растворы и т. п.

Единицы измерения в гидравлике приняты согласно Международной системе единиц измерения (СИ). Вместе с этим в некоторых расчётах пользуются внесистемными единицами, широко применяющимися в производственной деятельности.
Плотность и удельный вес жидкости

Плотность – это масса жидкости, заключённая в единице объёма, единица измерения кг/м³: ρ = m/V.

Удельный вес – сила тяжести жидкости в единице объёма, единица измерения Н/м³: γ = G/V.

Так как сила тяжести G = mg, получим уравнение связи между удельным весом и плотностью: γ = ρ g.

Удельный вес не является справочной величиной, так как зависит от ускорения силы тяжести (g) в месте измерения, поэтому в дальнейших расчётах будем пользоваться справочной величиной плотности (ρ).

Для технических расчётов с достаточной точностью можно принимать плотность воды ρ = 10³ кг/м³, в дальнейшем при решении задач плотность воды ρ будем записывать без индекса, плотности других жидкостей с соответствующим индексом.
Физические свойства жидкостей

В курсах «Гидравлика» и «Гидромеханика» по любому учебному пособию следует изучить следующие физические свойства жидкостей: сжимаемость, капиллярность, кавитация и вязкость.

Обратим внимание на физическое свойство жидкости - вязкость. Вязкость – свойство жидкости оказывать сопротивление сдвигу или относительному перемещению слоёв жидкости.

В технических расчётах и при решении задач пользуются двумя коэффициентами вязкости: коэффициент динамической вязкости µ, единица измерения Па×с; коэффициент кинематической вязкости n, представляющий собой отношение коэффициента динамической вязкости к плотности:

ν = µ / ρ .

Подставив единицы измерения коэффициентов µ и ρ в расчётную формулу коэффициента кинематической вязкости, получим единицу измерения n в системе СИ – м²/с.

Отношение измеренного времени истечения исследуемой жидкости ко времени истечения дистиллированной воды называется градусом Энглера (ºЕ), или вязкостью условной (ВУ)

ºЕ = Т_{иссл.жидк} / Т_{дист.воды} .

По формуле рассчитывается коэффициент кинематической вязкости ν, м²/с: .

Отметим, что расчётная формула для коэффициента кинематической вязкости (ν) будет использована при решении задач в разделе “Гидродинамика”. Значения коэффициентов кинематической вязкости некоторых жидкостей приведены в табл.1 (см. приложение).

Для определения вязкости используются также капиллярные и ротационные вискозиметры, принцип действия которых приводится в специальной литературе и учебных пособиях.

«ГИДРОСТАТИКА»

Гидростатическое давление в жидкости.

1. Понятие гидростатического давления

В результате действия внешних сил (поверхностных и массовых) в жидкости возникают внутренние нормальные напряжения, называемые гидростатическим давлением. Таким образом, гидростатическое давление – это нормальная составляющая сила с точностью до бесконечно малых (dR), действующая на единицу площади бесконечно малой площадки ( dA):

p=dR/dA.

Единица измерения давления соответствует единице измерения напряжения, т. е. Н/м² = Па.

Примечание. В данных лекциях силу давления будем обозначать буквой R, чтобы не путать при написании давление р и силу давления Р похожими буквами, площадь обозначается буквой А, как это принято в дисциплинах механического профиля.

1. 
   . Свойства гидростатического давления
   

Первоесвойство. Давление, как нормальное напряжение, всегда направлено по внутренней нормали к площадке, величина давления является функцией только координат точки и не изменяется во времени:

p = f(x, y, z).

Второесвойство. Давление в точке жидкости действует по всем направлениям и имеет одинаковую величину.
1.2. Основное уравнение гидростатики.

Абсолютное, манометрическое, вакуумметрическое давление

Для определения давления в покоящейся жидкости пользуются основным уравнением гидростатики: р = р₀+ ρgh(1.1)

Давление в любой точке покоящейся жидкости складывается из давления на поверхности жидкости (р₀) и силы тяжести столба жидкости с основанием, равным единице площади, и высотой, равной глубине погружения точки в жидкость (ρgh). Величина ρgh может быть названа весовым, или избыточным, давлением жидкости.

Поверхностное давление р₀ может быть обусловлено давлением газа, воздуха или твёрдого тела, например поршня, на поверхности капельной жидкости.

Давление на поверхности жидкости р₀ может быть равным атмосферному давлению, превышающим атмосферное или недостающим до атмосферного.

Давление, рассчитанное от абсолютного нуля, т. е. с учётом атмосферного давления, называется абсолютным. Так, если в уравнении (1.1) давление на поверхности жидкости равно атмосферному (р₀ = р_а), то у давления р следует поставить индекс "абс" и считать его абсолютным давлением: р_абс = р_а+ ρgh . (1.2)

Если абсолютное давление на поверхности жидкости больше атмосферного, то давление, превышающее атмосферное, называется манометрическим,или избыточным(термины равнозначны). В закрытом резервуаре при условии, что р_0абс >р_а, величина манометрического давления

р _ман= р_0абс-р_{а +} ρgh.

. Манометрическое давление в открытом резервуаре на глубине h

р_ман = ρgh. (1.3)

Приборы для измерения манометрического, или избыточного, давле-ния называются манометрами. На схемах, установках и в задачах они обоз-начаются буквой М.

Давление, недостающее до атмосферного, называется вакууммет-рическим: р _вак= р_а - р_абс, (1.4)

при условии, что р_абс < р_а.

Приборами для измерения вакуумметрического давления служат вакуумметры, обозначающиеся буквой В.

Приборы для измерения как манометрического, так и вакуум-метрического давления называются мановакуумметрами, обозначающимися МВ, с положительной шкалой для манометрического давления и отрицательной для вакуумметрического давления.

При решении задач манометрическое давление учитывается со знаком "+", вакуумметрическое - со знаком "-".

Следует запомнить: чтобы записать абсолютное давление в месте установки манометра, нужно к атмосферному давлению прибавить манометрическое р_ман со знаком плюс, т. е.

р_абс =р_а + р_ман.

Чтобы записать абсолютное давление в месте установки вакуумметра, нужно к атмосферному давлению прибавить р_вак со знаком минус, т. е.

р_абс= р_а - р_вак.
1.3. Плоскость уровня. Понятие пьезометрической высоты. Эпюры гидростатического давления
При решении задач по определению давления в покоящейся жидкости используют условие равновесия жидкости относительно плоскостиуровня (плоскости равного давления).

Плоскостьуровня – это плоскость с постоянным гидростатическим давлением во всех точках этой плоскости. Вывод уравнения плоскости уровня и примеры плоскости уровня приводятся в учебниках и учебных пособиях по гидромеханике (см. библиографический список).

Частным случаем плоскости уровня является горизонтальная плоскость в однородной покоящейся жидкости, находящейся в поле действия только сил тяжести.

Пьезометрическаявысота, или пьезометрический напор, - это такая высота столба жидкости,которая своим весовым давлением (ρgh) соответствует давлению p в покоящейся жидкости.

Рассмотрим один из случаев. Пусть имеем закрытый резервуар, в котором на свободной поверхности действует абсолютное давление, больше атмосферного (р_абс>р_а) (рис. 1.1,а). На глубине h выведена открытая стеклянная трубка, называемая пьезометром. Если бы резервуар был открыт, уровни жидкости в резервуаре и в пьезометре были бы на одном горизонте (как в сообщающихся сосудах). Поскольку давление на поверхности жидкости в резервуаре больше, чем атмосферное, уровень жидкости в пьезометре будет выше, чем в резервуаре.

Высота, на которую поднимется жидкость в пьезометре, называется пьезометрической высотой и обозначается h_p. Покажем, что пьезометрическая высота h_p соответствует избыточному давлению на поверхности жидкости и избыточному (весовому) давлению жидкости.

Проведём горизонтальную плоскостьуровня 0 - 0 на глубине h и составим условие равенства давления, рассчитанного слева по пьезометру р₁, и давления р₂ справа в баке на глубине h: р₁= р₂.

Согласно основному уравнению гидростатики (1.1):

р₁= р_а + ρgh_p; p₂ = p_абс + ρgh;p_a + ρgh_p = p_абс + ρgh;

(1.5)

Условие доказано. Таким образом, избыточное давление в любой точке покоящейся жидкости можно заменить давлением столба жидкости в пьезометре. Аналогичные рассуждения можно провести по вакуумметрическому давлению. Графическое изображение величины и направления гидростатического давления, действующего на любую точку поверхности, называетсяэпюройдавления.


Рис. 1.1

На рис. 1.1 представлены эпюры абсолютного давления (б) и весового давления жидкости без учёта давления на поверхности жидкости (в).

Эпюры давления представляют соответственно нагрузку в виде трапеции для абсолютного, или полного, давления и в виде треугольника для весового давления при р_абс = р_а на свободной поверхности жидкости. Угол наклона эпюры β зависит от величины плотности жидкости (ρ). Стрелками показано, что давление в любой точке по глубине действует по внутренней нормали к поверхности АВ, т.е. со стороны жидкости.