ГИДРОГАЗОДИНАМИКА. Контрольная работа по дисциплине Гидрогазодинамика

• Название: Контрольная работа по дисциплине Гидрогазодинамика
• Дата: 12.07.2022
• Размер: 329.05 Kb.
• Имя файла: ГИДРОГАЗОДИНАМИКА.docx
• Тип: Контрольная работа; #629505
• страница: 1 из 3

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

АМУРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

(ФГБОУ ВО «АмГУ»)

Факультет инженерно-физический

Кафедра безопасности жизнедеятельности

Направление подготовки 20.03.01 – Техносферная безопасность

Профиль: Безопасность жизнедеятельности в техносфере
контрольная работа

по дисциплине «Гидрогазодинамика»

номер варианта 63

(указывается две последних цифры зачетки)

Выполнил

с
_{(подпись, дата)}
тудент группы ____-УЗБ _________________________
Проверил

д
_{(подпись, дата)}
оцент, канд. физ.-мат. наук _________________________И.В. Верхотурова


Благовещенск 2022
Исходные данные:

Имеется насосная установка, перекачивающая воду с температурой tиз некоего резервуара на высоту Н. Трубопроводная сеть состоит из трех участков, включенных последовательно (рис. 1).

Рис. 1. Насосная установка.

Участок 1 — всасывающая линия сети, а участки 2 и 3 относятся к нагнетательной линии. Каждый участок имеет известный диаметр d, длину l и сумму коэффициентов местных сопротивлений ζ, (параметры, относящиеся к каждому участку, обозначаются, соответственно, индексами 1, 2 и 3).

Таблица 1

Гидравлические и напорные характеристики насоса

Расход Q, л/с	0	2	4	6	8	10	12	14	16
КПД, η %	0	28	46	60	68	67	59	37	9
Напорные характеристики насоса по вариантам
Вариант 6	20.5	21,0	20,5	20,0	18,5	17,5	15,5	14,0	11,0

Таблица 2

Исходные данные. Вариант 3

Температура воды	20
Перепад отметок	8
Скорость вращения рабочего колеса	2400
Коэффициент кавитационной быстроходности C	630
Характеристика труб	Бесшовная стальная после нескольких лет эксплуатации

Номер участка	Длина участка	Диаметр трубы на участке d, мм	Сумма КМС на участке
1	6	80	2
2	15	50	15
3	30	65	8

Таблица 3

Физические характеристики воды при температуре

Температура	Плотность,	Кинематическая вязкость	Давление насыщенных паров
20	988,0	1,000	2,227

Таблица 4

Значения Δ_Э для различных труб

Вид трубы	Состояние трубы	Значение ΔЭ, мм
		интервал	среднее
Бесшовная сталь	Новая и чистая, тщательно уложенная	0,02-0,05	0,030
	После нескольких лет эксплуатации	0,15-0,3	0,2

Решение:

1. 
   номинальный режим работы ц/б насоса
   

1. 
   По данным таблицы 1 определяем среднее значение расхода
   

Задаваясь средним значением расхода и используя уравнение неразрывности потока, вычисляем значение скорости воды на участках 1, 2, 3:



где Q – заданное значение расхода, ;

– площадь живого сечения трубопровода;

d– диаметр соответствующего участка трубопровода, ;

– средняя скорость на соответствующем участка трубопровода,

Откуда средняя скорость на участке равна








Диаметры участков трубопровода были взяты из таблицы 2.

2. 
   Вычисляем значение критерия Рейнольдса на участках 1, 2, 3 и определить режим течения жидкости на участках.
   

Число Рейнольдса определяется по формуле:



где коэффициент кинематической вязкости жидкости, , зависит от самой жидкости и её температуры (см. таблицу 3):






Во всех случаях имеем развитую турбулентность:

3. 
   Вычисляем значение коэффициентов гидравлического трения в зависимости от режима течения (развитая турбулентность) и зоны шероховатости.
   

Значения эквивалентной шероховатости стенок трубопровода для определения зоны шероховатости выбираем из таблицы 4 в зависимости от типа трубы, указанного в таблице 2:

• 
  характеристика труб: асбоцементная новая;
  
• 
  среднее значение эквивалентной высоты шероховатостей: .
  

Далее, вычисляем для каждого участка трубопровода безразмерные комплексы



и сравниваем их с рассчитанным числом Рейнольдса:











Имеем зону гидравлически шероховатых труб, для которых выполняется условие



В этой зоне коэффициент гидравлического трения определяется по формуле Альтшуля:



Для расчетных участков:






Для коэффициентов гидравлического трения на всех трёх участках получили близкие значения:

4. 
   Далее вычисляем значения характеристики сопротивления для участков по формуле:
   

где – суммарный коэффициент местного сопротивления (КМС) на соответствующем участке (см. таблицу 2);

диаметр соответствующего участка трубопровода, м;

длина соответствующего участка трубопровода, м.

ускорение свободного падения.

Суммарные коэффициенты местного сопротивления и длины участков трубопровода были выбраны из таблицы 2.





Вычисляем суммарный коэффициент сопротивления сети:

5. 
   Вычисляем затраты напора в сети, используя формулу:
   

где – перепад отметок, выбирается из таблицы 2.

Аналогичным образом повторяем расчет ещё для восьми расходов, полученные результаты заносим в таблицу 5.
Таблица 5.

Результаты расчёта напорной характеристики сети для девяти точек

Расход	0	0,002	0,004	0,006	0,008	0,010	0,012	0,014	0,016
Затраты напора в сети	9	9,429	10,670	12,716	15,566	19,222	23,682	28,947	35,017
Суммарный коэффициент сопротивления сети		107269,9	104346,5	103209,6	102600,8	102220,7	101960,7	101771,5	101627,6

6. 
   По результатам вычислений в одной координатной сетке строим характеристику сети и напорную характеристику насоса .
   

Напорная характеристика насоса была взята из таблицы 1.

Характеристика сети и напорная характеристика для номинального режима работы насоса представлена на рис. 2.



Рис. 2. Совместная характеристика сети и напорная характеристика насоса.

7. 
   Используя метод наложения характеристик, определяем фактический рабочий режим центробежного насоса.
   

Для этого по графику рис. 2 определяем точку пересечения характеристик ( ), а проекции на координатные оси определяют рабочие параметры насоса:

;

8. 
   Используя данные таблицы 1, строим график зависимости КПД от расхода (рис. 3).
   

По графику рис. 3 определяем КПД насоса для фактического расхода в для :





Рис. 3. Зависимость КПД насоса от расхода.
На графике показана точка 1, соответствующая номинальному режиму работы насоса.

9. 
   Вычисляем мощность, потребляемую насосом при рабочих параметрах по формуле:
   

где плотность воды при заданной температуре , (см. таблицу 3).

10. 
    Вычисляем потери напора во всасывающей линии для фактического расхода :
    

учитывая, что



кроме того



получаем



где ;

(пересчитали для найденного

11. 
    Вычисляем значение допустимой геометрической высоты всасывания:
    

где нормальное барометрическое давление;

давление насыщенных паров воды при температуре (см. таблицу 3);

скорость вращения рабочего колеса, ;

коэффициент кавитационной быстроходности.

Скорость вращения рабочего колеса и коэффициент кавитационной быстроходности выбираем из таблицы 2. Подставляя численные значения в формулу, имеем:





Практически совпадает с заданной фактической высотой всасывания

2. 
   режим работы ц/б насоса при уменьшении скорости вращения рабочего колеса на 20%
   

12. 
    Используя формулы подобия производим пересчет характеристик насоса при уменьшении скорости вращения рабочего колеса на 20%.
    

Объёмный расход прямо пропорционален числу оборотов центробежного насоса:



Напор пропорционален квадрату числа оборотов центробежного насоса:



Теоретическая мощность насоса пропорциональна кубу числа оборотов насоса:



где исходная скорость вращения рабочего колеса, об/с;

скорость вращения рабочего колеса после её изменения (уменьшения), об/с;
исходный расход, м³/с;

расход после изменения (уменьшения) скорости вращения рабочего колеса, м³/с;

исходная напорная характеристика насоса, м;

напорная характеристика насоса после изменения (уменьшения) скорости вращения рабочего колеса, м;

исходная мощность насоса, Вт;

мощность насоса после изменения (уменьшения) скорости вращения рабочего колеса, Вт.
Таким образом,







Действительная мощность будет несколько выше теоретической за счёт уменьшения КПД центробежного насоса.
Результаты перерасчета расхода и напора насоса при уменьшении числа оборотов на 20% представлены в таблице 6.
Таблица 6.