Примеры гидравлических расчетов

Пример 1.1. В отопительной системе (котел, радиаторы, трубопроводы) частного дома содержится V = 0, 3 м³ воды. Сколько воды дополнительно войдет в расширительный бак при нагревании от 20 до 80°С.

Решение:

Плотность воды при температуре t ₁ = 20°С до t ₂ = 80°С определим по таблице 4.1 (приложение 4):

Масса воды при начальной температуре

Объем, занимаемый водой при t ₂ = 80°С

Таким образом, дополнительный объем составляет

.

 

Пример 1.2. В отопительный котел поступает 50 м³воды при температуре t ₁ = 70°С. Какой объем V воды будет выходить из котла при нагреве воды до t ₂ = 90°С.

Решение:

Из формулы

получаем дополнительный объем воды при нагревании

Коэффициент температурного расширения находим по таблице 4.4 (Приложение 4): .

Следовательно,

Таким образом, из котла при нагревании будет выходить объем воды

 

Пример 1.3. Определить среднюю толщину δ известковых отложений в герметичном водоводе внутренним диаметром d = 0, 3 м и длиной l = 2 км. При выпуске воды в количестве Δ V =0, 05 м³ давление в водоводе падает на величину Δ p = 10⁶ Па. Считать, что отложения по диаметру и длине водовода распределены равномерно.

Решение:

Из формулыβ _p = , определим объем воды в водоводе с отложениями:

Коэффициент объемного сжатия воды находим по табл.4.2 (Приложение 4) 5·10^-10 1/Па

Тогда

С другой стороны объем водовода с отложениями

Откуда выразим внутренний диаметр водовода с отложениями

Средняя толщина отложений

Задачи

Задача 1.1. Определить плотность жидкости ρ, полученной смешиванием объема жидкости V ₁= 0, 02 м³ плотностью ρ ₁ = 910 кг/м³ и объема жидкости V ₂= 0, 03 м³ плотностью ρ ₂ = 850 кг/м³.

Задача 1.2. Определить плотность топливной смеси (по весу) при следующем составе: керосин (ρ _к = 775 кг/м³) – 40%, мазут (ρ _м = 870 кг/м³) – 60%.

Задача 1.3. При гидравлическом испытании трубопровода длиной L = 1000 м и диаметром d = 100 мм давление поднималось от p ₁ = 1 МПа до p ₂ = 1, 5 МПа. Определить объем жидкости Δ V, который был дополнительно закачан в водопровод. Коэффициент объемного сжатия β _P = 4, 75·10^-10 1/Па.

Задача 1.4. При гидравлическом испытании трубопровода диаметром d = 0, 4 м длиной L = 20 м и давление воды сначала было p ₁ = 5, 5 МПа. Через час давление упало до p ₂ = 5, 0 МПа. Определить, пренебрегая деформацией трубопровода, сколько воды вытекло при этом через неплотности. Коэффициент объемного сжатия β _P = 4, 75·10^-10 1/Па.

Задача 1.5. Как изменится объем воды в системе отопления, имеющей вместимость V = 100 м³, после подогрева воды от начальной температуры t ₁ = 15 °C до t ₂ = 95 °C. Коэффициент температурного расширения β _t = 0, 00072 1/°С.

Задача 1.6. Трубопровод диаметром d = 500 мм и длиной L = 1000 м наполнен водой при давлении p ₁ = 400 кПа, и температуре воды t ₁ = 5 °C. Определить, пренебрегая деформациями и расширением стенок труб, давление в трубопроводе при нагревании воды в нем до t ₂ = 15 °C, если коэффициент объемного сжатия β _P = 5, 18·10^-10 1/Па, а коэффициент температурного расширения β _t = 150·10^-6 1/°С.

Задача 1.7. Определить повышение давления, при котором начальный объем воды уменьшится на 3%. Коэффициент объемного сжатия воды β _P = 4, 75·10^-10 1/Па.

Задача 1.8. При гидравлических испытаниях (проверке герметичности) подземного трубопровода длиной L = 500 м, диаметром d = 0, 1 м давление в нем повысилось от от p ₁ = 0 до p ₂ = 1, 0 МПа. Пренебрегая деформацией стенок трубопровода, определить объем воды, которую необходимо дополнительно закачать в трубопровод. Объемный модуль упругости воды принять равным Е = 2000 МПа.

Задача В.9. В трубопровод вместимостью 50 м³ во время испытаний было дополнительно закачано 0, 05 м³ воды. Определить приращение давления в трубопроводе, если объемный модуль упругости воды Е = 2·10⁹ Па.

Задача В.10. Винтовой плунжерный насос для тарировки манометров работает на масле с коэффициентом объемного сжатия β _р = 0, 625·10^-9 1/Па. Определить на сколько оборотов надо повернуть маховик винта, чтобы поднять давление внутри насоса на Δ p = 0, 1 МПа, если объем рабочей камеры пресса V = 628 см³, диаметр плунжера d = 20 мм, шаг винта h = 2 мм. Стенки рабочей камеры считать недеформируемыми.

Задача 1.11. Резервуар заполнен жидкостью, объем которой V = 8 м³. Определить коэффициент температурного расширения жидкости β _t, если при увеличении температуры от t ₁ = 10 °С до t ₂ = 20 °С объем жидкости увеличился на 6 л.

Задача 1.12. В отопительный котел поступает объем воды V = 80 м³ при температуре t ₁ = 60 °С. Какой объем воды V ₁ будет выходить из котла при нагреве воды до температуры t ₂ = 90 °С.

Задача 1.13. Для периодического аккумулирования дополнительного объема воды, получающегося при изменении температуры, к системе водяного отопления в верхней ее точке присоединяют расширительные резервуары, сообщающиеся с атмосферой. Определить наименьший объем расширительного резервуара, чтобы он полностью не опоражнивался. Допустимое колебание температуры воды во время перерывов в топке Δ t = 30 °C. Объем воды в системе V = 0, 7 м³. Коэффициент температурного расширения воды при средней температуре t = 80 °С β _t = 6·10^-4 1/°С.

Задача 1.14. Определить среднюю толщину отложений в герметичном водоводе внутренним диаметром d = 0, 5 м и длиной l = 3 км. При выпуске воды объемом Δ V = 0, 08 м³ давление в водоводе падает на Δ р = 1 МПа. Отложения по диаметру и длине водовода распределены равномерно. Коэффициент объемного сжатия воды сжатия β _р = 5·10^-10 1/Па.

Задача 1.15. Стальной водовод диаметром d = 0, 4 м и длиной l = 1 км, проложенный открыто, находится под давлением р = 2 МПа при температуре воды t ₁ = 10 °С. Определить давление воды в водоводе при повышении температуры до t ₂ = 15 °С в результате наружного прогрева.

Задача 1.16. Определить изменение плотности воды при увеличении давления от p ₁ = 100 кПа до p ₂ = 10000 кПа. При изменении давления температура воды не изменяется, коэффициент объемного сжатия β _р = 5·10^-10 1/Па.

Задача 1.17. В отопительной системе дома содержится V = 0, 4 м³ воды при температуре t ₁ = 15°C. Определить объем воды, который дополнительно войдет в расширительный бачок при повышении температуры до t ₂ = 90°С.

Задача 1.18. Определить изменение плотности воды при изменении температуры от t ₁ = 5 °С до t ₂ = 95 °С.

Задача 1.19. Вязкость нефти, определенная вискозиметром, составила 4 °Е, а ее плотность ρ =880 кг/м³. Определить кинематический и динамический коэффициенты вязкости нефти.

Задача 1.20. Определить ротационным вискозиметром вязкость жидкости плотностью ρ = 920 кг/м³. Вес груза G = 80 Н, диаметры цилиндра D _ц = 225 мм, барабана D _б = 223 мм, шкива d = 200 мм. Глубина погружения барабана в жидкость lб = 250 мм. Время опускания груза t _гр = 12 с, путь l _гр = 300 мм.

Примечание: Схема ротационного вискозиметра: в цилиндре 1 установлен барабан 2, вращающийся под действием опускающегося груза 3. Цилиндр закреплен на основании 4.

Контрольные вопросы и задания

 

1. Охарактеризуйте строение жидкости, ее сходство и различие с твердым телом.

2. Перечислите свойства жидкости, важные для практики.

3. Какую жидкость называют идеальной? В каких случаях в практических расчетах жидкость можно считать идеальной?

4. Чем объясняется малая сжимаемость жидкостей? Почему они не сохраняют свою форму?

5. В каких случаях необходимо учитывать свойство температурного расширения жидкостей?

6.Что называется вязкостью? Какими параметрами характеризуется вязкость жидкости?

7. Как зависит вязкость жидкости от температуры и давления?