гидрач. Методические указания по изучению дисциплины и задания для контрольных работ
 Скачать 1.51 Mb.
|
|
Раздел 1 ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ (данные для решения задач 2—10 приведены в табл. 1, 2) Задача 1. (Рис. 1.1). Определить приведенную пьезометрическую высоту hx поднятия пресной воды в закрытом пьезометре (соответствующую абсолютному гидростатическому давлению в точке A), если показание открытого пьезометра hпри атмосферном давлении рат, расстояния от свободной поверхности жидкости в резервуаре до точек А и В соответственно h1и h2.  Задача 2. (Рис. 1.2). Закрытый резервуар с морской водой снабжен открытым и закрытым пьезометрами. Определить приведенную пьезометрическую высоту hxподнятия воды в закрытом пьезометре (соответствующую абсолютному гидростатическому давлению в точке А), если показание открытого пьезометра hпри атмосферном давлении рат, а точка А расположена выше точки В на величину h1. Задача 3. (Рис. 1.3). Определить абсолютное гидростатическое давление в точке А закрытого резервуара с дистиллированной водой, если при атмосферном давлении ратвысота столба ртути в трубке дифманометра h, а линия раздела между ртутью и водой расположена ниже точки В на величину h1, точка В — выше точки А на величину h2. Задача 4. (Рис. 1.4). Закрытый резервуар снабжен дифма-нометром, установленным в точке В, и закрытым пьезометром. Определить приведенную пьезометрическую высоту hx поднятия пресной воды в закрытом пьезометре (соответствующую абсолютному гидростатическому давлению в точке А), если при атмосферном давлении ратвысота столба ртути в трубке дифференциального манометра h, а точка А расположена на глубине h1от свободной поверхности. Задача 5. (Рис. 1.5). Определить при атмосферном давлении рат высоту hx поднятия ртути в дифференциальном манометре, подсоединенном к закрытому резервуару в точке В, частично заполненному дистиллированной водой, если глубина погружения точки А от свободной поверхности резервуара h1, приведенная пьезометрическая высота поднятия воды в закры- 38 том пьезометре (соответствующая абсолютному гидростатическому давлению в точке A) h2. Задача 6. (Рис. 1.6). К. двум резервуарам А и В, заполненным морской водой, присоединен дифференциальный ртутный манометр. Составить уравнение равновесия относительно плоскости равного давления и определить разность давлений в резервуарах А и В, если расстояния от оси резервуаров до мениска ртути равны h1и h2. Задача 7. (Рис. 1.7). Дифференциальный ртутный манометр подключен к двум закрытым резервуарам с пресной водой, давление в резервуаре А равно рА. Определить давление в резервуаре В — рв, составив уравнение равновесия относительно плоскости равного давления, определить разность показания ртутного дифманометра h. Задача 8. (Рис. 1.8). Резервуары А и В частично заполнены водой разной плотности (соответственно ρА = 998 кг/м3, ρв=1029 кг/м3) и газом, причем, к резервуару А подключен баллон с газом. Высота столба ртути в трубке дифманометра h, а расстояния от оси резервуаров до мениска ртути равны h1и h2. Какое необходимо создать давление ров баллоне, чтобы  получить давление ρв на свободной поверхности в резервуаре В? Задача 9. (Рис. 1.9). К двум резервуарам А и В, заполненным нефтью, присоединен дифференциальный ртутный манометр. Определить разность давлений в точках А и В, составив уравнение равновесия относительно плоскости равного давления. Разность показаний манометра h. Задача 10. (Рис. 1.10). Резервуары А и В частично заполнены пресной водой и газом. Определить избыточное давление газа на поверхности воды закрытого резервуара В, если избыточное давление на поверхности воды в закрытом резервуаре А равно рА, разность уровней ртути в двухколенном дпфманометре h, мениск ртути в левой трубке манометра ниже уровня воды на величину h1, в правой трубке — h3 = 0,25h1 высота подъема ртути в правой трубке манометра h2. Пространство между уровнями ртути в манометре заполнено этиловым спиртом. Раздел 2 ГИДРОСТАТИЧЕСКИЕ МАШИНЫ (данные для решения задач 11—20 приведены в табл. 3) Задача 11. (Рис. 2.1). Гидравлический пресс с диаметрами поршней Д и dиспользуется для получения виноградного сока. К малому поршню приложена сила Р. Определить сжимающее усилие Р1большого поршня, если к. п. д. гидравлического пресса η = 0,8. Задача 12. (Рис. 2.2). При ремонте с.-х. машин и оборудования широко используется гидравлический домкрат с диаметрами поршней Dи d. Определить усилие Р, которое необходимо приложить к малому поршню, чтобы поднять груз весом G. Задача 13. (Рис. 2.3). Два вертикальных цилиндра наполнены жидкостью и сообщаются между собой. В цилиндры заключены поршни (левый — диаметром d, правый — диаметром D), которые находятся в равновесии, причем, над правым поршнем находится воздух при атмосферном давлении р — = 98,1 кПа. Определить, какую надо приложить силу Р к левому поршню (направленную вертикально вверх), чтобы давление воздуха над правым поршнем уменьшилось на 15%. Трением и массой поршня пренебречь. 41  Задача 14. (Рис. 2.4). Система, состоящая из двух вертикальных цилиндров, соединенных между собой, заполнена жидкостью. В цилиндры заключены поршни диаметрами dи D. В пространстве над правым поршнем — воздух при атмосферном давлении ρ == 98,1 кПа. Как изменится давление воздуха над правым поршнем, если к левому поршню приложить вертикально вниз силу Р? Трением пренебречь. Задача 15. (Рис. 2.5). Два сообщающихся цилиндра наполнены водой. В левый цилиндр заключен поршень диаметром d, который уравновешивается столбом жидкости Н = 0,35 м в правом цилиндре. Определить вес поршня G. Трением пренебречь. Задача 16. (Рис. 2.6). Определить высоту поднятия воды поршневым насосом, если давление пара ρ = 170 кПа, а диаметры цилиндров Dи d. Потерями в системе пренебречь. Задача 17. (Рис. 2.7). Для повышения гидростатического давления необходимо создать мультипликатор со следующими параметрами: давление на входе ρ1 = 30 кПа, давление жидкости на выходе в 100 раз больше, диаметр малого поршня d. Определить диаметр большого поршня Dи давление на выходе ρ2. Задача 18. (Рис. 2.8). Для накопления энергии используется грузовой гидравлический аккумулятор с диаметром плунжера D, вес которого G и ход Н = 6 м. Определить запасаемую аккумулятором энергию, если к. п. д. аккумулятора η = 0,85. Задача 19. (Рис. 2.9). Цилиндрический резервуар диаметром Dи весом G, заполненный водой на высоту а = 0,5 м, висит на поршне диаметром d. К поршню через блоки подвешен груз, удерживающий систему в равновесии. Определить вакуум в сосуде, обеспечивающий равновесие в цилиндре. Трением в системе пренебречь.  Задача 20. (Рис. 2.10). На цилиндрическом сосуде, заполненном воздухом, висит плунжер диаметром dи весом G. Определить вакуум в сосуде, обеспечивающий равновесие плунжера. Трением в системе пренебречь.  Раздел 3ДАВЛЕНИЕ НА ПЛОСКУЮ СТЕНКУ (данные для решения задач 21—30 приведены в табл. 4) В задачах 21—30 необходимо построить эпюру гидростатического давления. Задача 21. (Рис. 3.1). Шлюзовое окно закрыто щитом треугольной формы шириной а. За щитом воды нет, а глубина воды перед ним — h1, при этом горизонт воды перед щитом совпадает с его вершиной. Определить силу гидростатического давления и положение центра давления на щит. Задача 22. (Рис. 3.2). Плоский квадратный щит шириной bустановлен с углом наклона к горизонту α. Глубина воды перед щитом — h1,защиты — h2. Определить силу абсолютного гидростатического давления и центр давления жидкости на щит. Задача 23. (Рис. 3.3). Для сброса излишков воды используется донный водовыпуск, прямоугольный затвор которого имеет размеры а и b, угол наклона α. Глубина воды от ее свободной поверхности до нижней кромки затвора — h1. Определить силу избыточного гидростатического давления жидкости на затвор водовыпуска. Задача 24. (Рис. 3.4) Затвор донного водовыпуска треугольной формы имеет ширину а и высоту b. Угол наклона затвора а, нижняя кромка затвора находится в воде на глубине h1. Определить силу абсолютного гидростатического давления жидкости и положение центра давления на затвор. Задача 25. (Рис. 3.5). Цистерна диаметром Д=1,4 м заполнена керосином (плотность ρк = 830 кг/м3) на глубину h1. Определить силу избыточного гидростатического давления р, которую необходимо приложить для открытия крышки А цистерны, а также найти координату точки приложения этой силы. Задача 26. (Рис. 3.6). Отверстие шлюза-регулятора перекрыто плоским металлическим затвором высотой а, шириной bи толщиной с = 0,25 b; удельный вес материала, из которого он изготовлен γ3= 11 кН/м3. Глубина воды слева от затвора h1, а справа — h2. Коэффициент трения скольжения f = 0,45. Определить начальную силу тяги Т, необходимую для открытия 44 затвора, равнодействующую силы давления воды на затвор и положение центра ее приложения. Задача 27. (Рис. 3.7). Прямоугольный щит высотой а, шириной b, толщиной с = 0,25 Ь, массой m = 1,8 т, с углом наклона αперекрывает отверстие в теле плотины. Нижняя кромка щита находится в воде на глубине h1, коэффициент трения скольжения его направляющих f = 0,3. Определить силу тяги Т, которая необходима для поднятия щита вверх. Задача 28. (Рис. 3.8). Плоский прямоугольный щит размерами а xb, весом G = 26 кН, перекрывает выходное отверстие резервуара. Глубина воды перед щитом от свободной поверхности воды до нижней его кромки h1, за щитом — h2. Определить начальную силу тяги Т троса, необходимую для открытия щита. Трением в шарнирах пренебречь. Задача 29. (Рис. 3.9). Для создания подпора в реке применяется плотина Шануана, представляющая собой плоский прямоугольный щит, который может вращаться вокруг горизонтальной оси О. Угол наклона щита α, глубина воды перед щитом h1,а за щитом — h2. Определить положение оси вращения щита х0, при котором в случае увеличения верхнего уровня воды выше плотины, щит опрокидывался бы под ее давлением. Задача 30. (Рис. 3.10). Ирригационный канал перегораживается плоским квадратным щитом шириной а, весом G = = 20 кН, с углом наклона α. Глубина воды перед щитом h1, a за ним — h2, Определить, пренебрегая трением в шарнире, начальную силу тяги Т, которую необходимо приложить для подъема щита.  Раздел 4ДЛИННЫЕ ТРУБОПРОВОДЫ. ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ И ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЯ ТРУБ. СИФОННЫЙ ТРУБОПРОВОД. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ УДАР (данные для решения задач 31—40 приведены в табл. 5) Задача 31. (Рис. 4.1). От пункта А проложена водопроводная сеть: с последовательным и параллельным соединениями стальных, бывших в эксплуатации, трубопроводов, к двум водоемам на разных отметках и постоянной разницей уровней Н. Вода подается из одного водоема в другой посредством сифона с углами поворота α и β, выполненного из стального трубопровода диаметром d. От нижнего водоема отходит стальной трубопровод длиной Lи диаметром d, заканчивающийся задвижкой. На последнем участке последовательного соединения трубопроводов имеется равномерно распределенный путевой объемный расход qи объемный расход в конце трубопровода Q2. Определить:
Задача 32. (Рис. 4.2). Из источника А вода подается в разветвленную сеть. Магистральный трубопровод имеет последовательные участки с объемным расходом Q2, длиной L, диаметрами d, d/2, d/3 и параллельные ветви с объемным расходом Q1, имеющие диаметры d/2. На одном из участков имеется путевой объемный расход воды q. По ответвлению вода подается в резервуар, который связан посредством сифонного трубопровода с другим резервуаром. Разница уровней в резервуарах H. Сифонный трубопровод выполнен с углами поворота α и β, имеет сетку с обратным клапаном. От нижнего резервуара отходит чугунный трубопровод с толщиной стенок е, в котором перед закрытием задвижки имеется давление р0, а давление при мгновенном закрытии задвижки возрастает до р. Определить: 1. Распределение расхода в ветвях трубопровода на параллельных участках. 47
Задача 33. (Рис. 4.3). В тепличном комбинате стальные трубопроводы для подачи питательного раствора (кинематическая вязкость ν = 0,01 см2/с) разветвляются на три участка: последовательный с путевым объемным расходом воды qи объемным расходом Q2, параллельный с объемным расходом Q1и участок длиной L, толщиной стенки е и объемным расходом Q, в конце которого установлена задвижка. Резервуары с питательным раствором сообщаются посредством сифона с углами поворота α и β. Движение в сифоне происходит с разностью напоров Н. Последовательные и параллельные участки трубопроводов имеют длину L, диаметры d, d/2, d/Ъ, d/A. Определить:
Задача 34. (Рис. 4.4). Из пункта А вода подается по чугунному трубопроводу в открытые емкости с разницей междуверхней и нижней отметками — Н. Емкости сообщаются посредством сифона с объемным расходом Qсиф, выполненного изчугунных труб с углами поворота α и β. Трубопровод с объемным расходом Q2 состоит из последовательных участков каждый длиной Lи диаметрами d, d/2, d/4. Параллельный участок состоит из двух ветвей каждая длиной Lи диаметром d/2.От нижней емкости отходит чугунный трубопровод с толщинойстенок е и диаметром d, заканчивающийся задвижкой. Начальное избыточное давление в трубопроводе — р0, начальная скорость – Vo. Определить:
48 Задача 35. (Рис. 4.5). Из нефтехранилища А нефть подается в накопительный резервуар, где поддерживается постоянный уровень. Из резервуара-накопителя нефть поступает в приемный резервуар под напором Н при помощи сифонного нефтепровода диаметром dпод углами α и β. От хранилища А по чугунному трубопроводу нефть подводится к двум параллельным ветвям каждая длиной Lи диаметром d/2 с объемным расходом Q1.Система последовательно соединенных трубопроводов состоит из двух участков каждый длиной L, диаметрами d, d/2 с объемным расходом Q2. Третий участок, кроме транзитного объемного расхода Qlимеет равномерно распределенный путевой объемный расход q. От приемного резервуара отходит чугунный трубопровод диаметром d, с толщиной стенок е и объемным расходом Q, заканчивающийся задвижкой. Определить:
4. Распределение расхода нефти на параллельных участках нефтепровода. Задача 36. (Рис. 4.6). Водопроводная сеть, выполненная из чугунных трубопроводов с толщиной стенок е, состоит из последовательных и параллельных участков, двух резервуаров, сообщающихся при помощи сифона, и отходящего от нижнего резервуара чугунного трубопровода с объемным расходом Q2 с задвижкой. Один из последовательных участков имеет путевой объемный расход q. Горизонты уровней в резервуарах разнятся на величину H. Сифонный трубопровод с углами поворота аир имеет обратный клапан с сеткой и пропускает объемный расход Qсиф. Перед закрытием задвижки давление ρ0, после мгновенного закрытия задвижки давление перед задвижкой р. Определить: 1 Распределение объемного расхода Q1 в трубопроводах при параллельном соединении.
участков трубопровода. 4. Определить начальную скорость V0в чугунном трубопроводе. 49  Задача 37. (Рис. 4.7). Два бассейна сообщаются чугунным сифоном, имеющим обратный клапан с сеткой с углами поворотов а и р. Отметки уровней воды отличаются на величину Н. От нижнего бассейна отходит бетонная труба диаметром d, длиной L, с объемным расходом Q, с задвижкой. Магистральные асбестоцементные трубопроводы имеют последовательные и параллельные участки. Объемный расход в трубопроводе с параллельными участками — Q1,с последовательным соединением участков — Q2. На конечном участке последовательного соединения происходит равномерная путевая раздача q. Определить:
Задача 38. (Рис. 4.8). Из водоисточника А вода подается в накопительный резервуар, где поддерживается постоянный уровень. Из резервуара-накопителя вода поступает в приемный резервуар при помощи стального сифонного водопровода, имеющего углы поворота α и β, пропускающего объемный расход Qсиф. Стальной трубопровод диаметром d, длиной L, с толщиной стенок e, отходящий от нижнего резервуара, заканчивается задвижкой. Система последовательно соединенных трубопроводов с длиной Lи диаметрами d, d/2, d/3, d/4 пропускает транзитом из источника А объемный расход Q2 к потребителю. Система трубопроводов с параллельными ветвями заканчивается последовательным участком с равномерно распределенным путевым объемным расходом q. Определить:
4. Потери напора на участках трубопровода при последовательном соединении. Задача 39. (Рис. 4.9). Два хранилища с керосином сообщаются со стальным сифоном, имеющим длину Lи диаметр d. Отметки уровней керосина в хранилищах отличаются на величину Н. От нижнего хранилища отходит стальная труба диаметром dс задвижкой и толщиной стенок е. От пункта А отходят стальные трубопроводы с последовательным и парал 50 лельным соединениями, имеющие объемные расходы соответственно Q2 и Q1. На втором участке последовательного соединения производится равномерная путевая раздача воды q.  Определить:
Задача 40. (Рис. 4.10). Из источника А вода подается по чугунному трубопроводу в водоем со скоростью V0, где поддерживается уровень и который сообщен с другим водоемом посредством сифона. Чугунный сифон имеет диаметр dи углы поворота а и р. От второго водоема отходит чугунный трубопровод диаметром dс толщиной стенки е, в котором перед закрытием задвижки создается давление ро. Другой участок системы водоснабжения имеет трубопроводы с параллельным и последовательным соединениями. Путевой объемный расход в конце последовательного участка составляет q. Определить:
|