готовый гидр



-3048050800
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное Бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«российский государственный аграрный университет –
МСха имени К.А. Тимирязева» (ФГБОУ ВО ргау - МСХА имени К.А. Тимирязева)
-1143006413500
Факультет Природообустройства и водопользования
Кафедра «Комплексного использования водных ресурсов и гидравлики»
Учебная дисциплина «Гидравлика»
КУРСОВАЯ РАБОТА
на тему: «Общая гидравлика»
Выполнил (а)
студент (ка) …. курса………..группы __________________________
ФИО
Дата регистрации КРна кафедре ___________
Допущен (а) к защите
Руководитель:
Старш __________________________
ученая степень, ученое звание, ФИО
Члены комиссии:
______________________ _______
ученая степень, ученое звание, ФИО подпись
______________________ _______
ученая степень, ученое звание, ФИО подпись
______________________ _______
ученая степень, ученое звание, ФИО подпись
Оценка ___________________
Дата защиты_______________
Москва, 201_
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Российский государственный аграрный университет – МСха
имени К.А. Тимирязева
Факультет Природообустройства и водопользования
Кафедра «Комплексного использования водных ресурсов и гидравлики»

ЗАДАНИЕ
НА КУРСОВУЮ РАБОТУ (КР)
Студент_____________________________________________________________________
Тема КР Общая гидравлика
Исходные данные к работе: схемы и исходные данные приведены в курсовой работе
Перечень подлежащих разработке в работе вопросов:
1.Гидростатика.
2. Применение уравнения Бернулли.
3. Истечение жидкости при постоянном напоре.
4.Гидравлический удар в трубопроводах.
Дата выдачи задания «___»_________________201__г.
Руководитель (подпись, ФИО)__________________
Задание принял к исполнению (подпись студента)__________________
«___»_________________201__г.
Содержание
TOC \o "1-3" \h \z \u Введение PAGEREF _Toc452286274 \h 4Гидростатика. Задача№1 PAGEREF _Toc452286275 \h 6Применение уравнения Бернулли. Задача№2 PAGEREF _Toc452286276 \h 14Истечение жидкости при постоянном напоре. Задача№3 PAGEREF _Toc452286277 \h 19Гидравлический удар в трубопроводах. Задача№4 PAGEREF _Toc452286278 \h 21Список используемой литературы. PAGEREF _Toc452286279 \h 23


Введение Гидравлика-наука, изучающая законы равновесия и механического движения жидкостей и разрабатывающая методы применения этих законов для решения различных прикладных задач.
Название «гидравлики» произошло от греческих слов «хюдор»-вода и «аулос»-труба желоб. Вначале понятия «гидравлика» включалось только учение о движении воды по трубам. В настоящее время почти во всех областях техники применяются различные гидравлические устройства, основанные на использовании гидравлических законов. Главнейшие области применение гидравлики, гидротехника, мелиорация и водное хозяйство, гидроэнергетика ,водоснабжение и канализация ,водный транспорт, машиностроение, и т.д.
Развитие гидравлики связано с именами многих ученых ,особенно большой вклад внесли Архимед(287-212 до н .э), Ктезибий (285-222 до н. э),М.В Ломоносов(1711-1765),Н.Э Жуковский(1847-1921),В.Г Шухов (1853-1939),Л.Эйлер(1707-1783),Э. Торричелли(1608-1647),Д. Бернулли (1700-1782),Ж.Л Лагранж(1736-1813),И.Ньютон(1642-1727).Неоценимый вклад в развитии науки внести ученые –Д.Б Вентури, Ю.Л ВЕйсбах, А.Дарси, О.Рейнольдс, Н.Н Павловский ,Л.С Лейбензом ,М.А Великаново и многие другие.
Использовать уникальные свойства жидкостей при создании гидротехнических сооружений и механизмов человек начал с древних времен.За много веков до нашей эры в Индии,Китае, Египте, странах Ближнего и Среднего востока уже строились каналы, плотины, водяные колеса ,мельницы и т.п. Конеч-но же, методов расчета подобных сооружений в те время не существовало , и определенные достижения в гидротехническом строительстве являлись результатом практического опыта древних изобретателей и строителей , складывавшегося из многочисленных проб, ошибок и успехов.
Первым научным трудом в области гидравлики считается написанный более 2200 назад трактат Архимеда «О плавающих телах» в котором величай- щий ученый древности сформулировал закон о давлении жидкости на погруженное в нее тело.
Формирование гидравлики как науки начинается с середины ХI века, когда Леонардо да Винчи лабораторными опытами положил начало экспериментальному методу в гидравлике .Фундаментальный труд Леонарда да Винчи «о движении и измерении в воды в тесных сооружениях» был опубликован лишь через 400 лишним лет после ее создания. В 1586 году голландский ученый Симон Стевин опубликовал работу «Начало гидростатики». ХI –ХVII веках Г. Галилей ,Э. Торричелли ,Б Паскаль и И. Ньютон сделали ряд основополагающих выводов о поведении жидкости в различных условиях, продолжив формирование основ гидравлики.
Основоположниками гидравлики как самостоятельной науки являются члены Петербургской академии наук М.В Ломоносов, Д.И Бернулли и Э.П Эйлер. В 1738 году была опубликовано работа Д.И Бернулли «Гидравлика или записки о силах движения жидкости», в которой установлено зависимость между давлением и скоростью в элементарной струйке идеальной жидкости. Представляют интерес такие работы А. Шези, Д.Б Вентури, Ю.Л Вейсбаха, А.Колмакова, А.Дарси и О.Рейнольдса. Труды этих ученых посвящены главным образом изучению турбулентности потоков и установлению общих законов сопротивления движения вязких жидкостей, а также исследованию движение жидкости в трубах, каналах и на водосливах. Большое внимание уделено в них также разработке теории размерности и подобие и постановке лабараторных экспериментов.
Большое значение для развитии гидравлики имели исследования Н.Е Жуковского о гидравлическом ударе и о движении грунтовых вод.
В ХХ веке быстрый рост гидротехники, теплоэнергетики, гидромашиностроении, а также авиационному развитию науки гидравлики, которое характеризуется слиянием теоретических и экспериментальных методов. Постепенно гидравлика превращается в один прикладных разделов общей науки движении жидкостей – механики жидкости.




Задача№ 1.
Гидростатика.В каждом варианте выполняются две задачи для одной расчетной схемы.
Рассматриваются все плоские прямоугольные поверхности, размеры которых заданы в таблице.
Требуется:
А) аналитическим способом определить силу избыточного давления и координату центра давления.
Б) на миллиметровке построить расчетную схему и эпюру избыточного давления, предварительно выбрав линейный масштаб и масштаб для давления; графоаналитическим способом определить силу избыточного давления, центр и его координату.
В) сравнить результаты.
2. Рассматриваются все криволинейные (цилиндрические) поверхности, показанные на расчетной схеме. Исходные данные приведены в таблице.
Требуется:
А) аналитическим способом определить горизонтальную и вертикальную составляющие силы давления, результирующую силу, координаты центра давления;
Б) на миллиметровке, предварительно выбрав масштабы ( линейный, для давлений и сил ), выполнить графоаналитическую проверку:
- построить эпюру давления и определить положение силы Px- построить сечение тела давления;
- в центре кривизны построить параллелограмм сил, найти центр давления и его координаты;
В) сравнить результаты.
1.Силы давления на плоские произвольно ориентированные поверхности аналитический и графоаналитический способы расчета.
Условие задачи.
Определить силу избыточного давления на стенке (АВ,ВМ,МN), а также координату центра давления (lцд) (АВ,ВМ,МN),при следующих исходных данных:
h1=3м;
h2=11м
h=18м;
b=10м;
r=4м;
l. Аналитический способ расчета.
Определяем силу Ризб на стенку АВ:
РизбАВ=Р1=pghцт1ω1, где
ρ-плотность жидкости ρ=1000кг/м3;
g−ускорение силы тяжести g=9.81мс2;hцт- глубина погружения точки под свободной поверхности, м;ω-площадь рассматриваемой поверхности.(м2)
hцт1= r+h12=1.5 м ω1=b*l=10*3=30 м2 Р1=1*9.81*1.5*30=441.45 кНОпределяем силу Ризб на стенку МN:
РизбMN=Р3=pghцт3ω3hцт3=h22+r+h1=112+4+3=12.5 м ω3=b*h2=10*11=110 м2 Р3=1*9,81*12.5*110=13488.75 кНОпределяем координату центра давления силы Р1:
lцд1=lцт1+У01lцт1ω1, где
lцд- расстояние центра давления до свободной поверхности вдоль наклонной стенки, м.
lцт- расстояние от центра тяжести стенки до свободной поверхности вдоль наклонной стенки, м.
У0- момент инерции смоченной поверхности относительно центральной оси, У0=bl312 lцт2=hцт1=1,5 м
У02=bl312=10*3312=22,5м lцд2=1,5+22,51,5*30=2 мОпределяем координату центр давления силы Р3:
lцд3=lцт3+У03lцт3ω3 lцт3=hцт3=12,5м У03=b*lMN312=10*11312=1109,17м lцд3=12,5+1109,1712,5*110=13,307 мll. Графоаналитический способ расчета.
Определяем силу избыточного давления в точках A,B,M,N.
Если p0=pатм то,pизб=pgh, где
h-глубина погружения под свободной поверхности;
pизб-манометирческое или избыточное давление сверх атмос-
ферного
РизбA=pg0=0 кПа
РизбB=pgh1=1*9.81*3=29.43кПа РизбM=pgh+r=1*9.813+4=68.67 кПа РизбN=pgh=1*9.81*18=176.58 кПаОпределяем силу избыточного давления Р1Р1=Sэп2b, где
Sэп- площадь эпюры
Sэп2=12pgh1*h1=44.145 м2 Р1=44.145*10=441.45 кНОпределяем силу избыточного давления Р3Р3=Sэп3bSэп3=pgh1+r+pgh2h2=68.67+176.58211=1348.875 м2Р3=13.48.875*10=13488.75кНПо чертежу получено:
lцд2=2 м lцд3=13.4 м2.Определение силы давления на криволинейные (цилиндрические) поверхности.
Условие задачи.
Определить силу давления на цилиндрический напор, а также центр давления при следующих исходных данных:
h=18м;
b=10м;
r=4м.

l. Аналитический способ расчета.
Определяем горизонтальную составляющую Рx
Рx=pghцт1ωx, где ωx-площадь проекции криволинейной поверхности на вертикальную плоскость перпендикулярную оси Ох.
pghцт1-глубина погружения тяжести этой проекции
Рx-горизонтальная составлюящаяhцт1=h1r2=3+42=5мωx=rb=4*10=40 м2Рx=1*9,81*5*40=1962 кНОпределяем вертикальную составляющую силы РzРz=pgWД, где
WД- объем тела давления, м3. Тело давления- призма ограниченная криволинейной поверхностью, ее проекции на свободную поверхность и вертикальными образующими.
Рz- проходит через центр тяжести тела давления и может быть направлена вверх или вниз. Если тело давления в воде Рz-вниз, если нет-вверх.
WД=h1+r*r*b-πr24b=28-12.5*10=154.4 м3Рz=1*9,81*154.4=1514.664 кНОпределяем равнодействующую силу P
Р=Рx2+Рy2+Рz2=19622+1514.6642=2478.63 кНОпределяем координаты центра давления
x=r cosθ=3.16 м cosθ=РxР=19622478.63=0.79 z=r sinθ=2.44м sinθ=РzР=1514.6642478.63=0.61ll. Графический способ расчета.
Определяем Ризб в точках M и N
РизбM=pgh1=29.43 кПа РизбN=pgh1+r=68.67 кПаПо чертежу получено:
x=3.2м
y=2.4м

Задача №2. Применение уравнения Бернулли.Уравнение Бернулли для расчета коротких трубопроводов.
Через систему труб вода поступает из одного резервуара в другой или в атмосферу. В результате уровни воды постоянны, (скоростными напорами пренебречь). На одной из труб установлен кран с углом открытия θкр. Расстояние до крана указано от начала первой трубы или от конца второй трубы. Для каждого варианта приводится расчетная схема, таблица исходных данных и указывается искомая величина.
Требуется:
А) определить искомую величину (расход Q, напор Н, внешнее давление в резервуарах Р0, диаметр трубы d);
Б) вычислить все местные потери напора и потери напора по длине каждой трубе;
В) построить на миллиметровке линию удельной энергии и пьезометрическую линию, предварительно выбрав масштабы ля горизонтальных и вертикальных величин (диаметр труб и размеры резервуаров показать условно).
Исходные данные:
Q= 200л /c=0.2м3/c
d1=100мм =0,35м
l1=300мм
l2=200мм
d2= 400мм=0,4м
θ=10°
Т=10℃
Н=8м
Вид труб: сварные стальные новые
p0=?
Составим уравнение Бернулли для сечений 1-1,2-2 относительно плоскости сравнения 0-0 проходящий через второе сечение.
z1+p1ρg+αv122g=z2+p2ρg+αv222g+∑hтр1-2,где
z1и z2-высоты положения произвольных точек ,выбранных в двух сечениях потока;
p1и p2-давление в этих точках;
α-коэффиценты кинетической энергии(коэффиценты Кориолиса)в сечениях;
v1-v2-средние скорости в рассматриваемых сечениях 1-1,2-2 ; hтр1-2-потери удельной энергии(напора)на участке между рассматриваемыми сечениями;
p1ρg-пьезометрическая высота.(м);
• Геометрическая интерпретация уравнение Бернулли.
z1+p1ρg-пьезометрический напор или гидростатический напор.(м)
αv122g-скоростной напор.(м)
z2+p2ρg+αv222g -гидродинамический напор(м)
• Энергетическая интерпретация уравнение Бернулли
 pρg - удельная потенциальная энергия давления
z1+p1ρg- удельная потенциальная энергия
αv122g- удельная кинетическая энергия
hтр- удельную энергию на преодоление сопротивлений (трения) между выбранными сечениями.
Сумма удельной потенциальной энергии и удельной кинетической составляет полную удельную энергию
Проведем плоскость сравнения, получаем:
z1и z2=Н т.к z1=Н z2=0
Н+p0ρg+0=0+pатмρg+0+∑hтр1-2
p0=(pатмρg-Н++∑hтр1-2) pg∑hтр1-2=hдл+hмест=hдл1+hдл2+hвход+hрасш+hкран+hвыход ,где
hдл-потерь напора на преодоление гидравлических сопротивлений по длине, пропорциональных длине участков трубы по котором движется жидкость -потерь по длине;
hмест- потерь напора на преодоление гидравлических сопротивлений в пределах коротких участках, непосредственной близости тем или иным местным конструктивным устройствам труб, каналов (вход, выход, расширение, поворот, кран и т.п.);
hдл1=λl1d1v122g -формула Дарси – Вейсбаха.
λ-коэффициент гидравлического трения, коэффициент Дарси;
l-длина рассматриваемого участка трубопровода,;
d-диаметр трубопровода;
ν-средняя скорость.
•Находим среднюю скорость в первой трубе:
ν1=Qω1 ,где
Q- расход (обьемное количество жидкости на ед. времени);
ω- поперечный площадь трубы;
ω1=πd124=0,096м2 ν1=Qω1=
•Определяем режимы движения в первой трубе:
Re1=ν1d1ν=2,08*0,350,0131*10-4=55573
v- коэффициент кинематической вязкости зависит от рода жидкости ,от температуры.
Т=10℃ ν=0,0131*10-4м2/c
Reкрит=2330( для напорных трубопроводов), Re1>Reкрит-турбулентный режим движения•Определяем потерю напора по длине в первой трубе:
hдл1=λl1d1v122g =0,0223(3000,35*4,326419,62) =4,21м

λ1=0.11Δэd1+68Re10.25=0,11(0,17350+6855573)0,25=0.0223,где Δэ- эквивалентная шероховатость, зависит от вида трубы;
Сварные стальные новые Δэ=0,17мм
Re1=число рейнольдса;
•Находим среднюю скорость во второй трубе:
ω2=πd224=0,123м2•Определяем режимы движения во второй трубе:
Re2=U2d2ν=1,63*0,40,0131*10-4=49771Re2>Reкрит-турбулентный режим движения•Определяем потерю напора по длине в первой трубе:
hдл2=λ2l2d2ν22g=0,0226*2000,4*2,656919,62= 1,53мλ2=0.11Δэd2+68Re20.25=0,11(0,17400+6849771)0,25=0,0226hвх=ξвх+U122g=0.5*2,0822*9,81=0,11м
hвр=(ω2ω1-1)2*U122g=0,1230,096-121,6322*9,81=0.01м
hкран=ξкран+U222g=0.29*1,6322*9,81=0,04м ,где
ξ-коэффициент сопротивления ∑hтр1-2=4,21+1,53+0,11+0,01+0,04+0,14=6,04м
p0=1001*9,81-8+6,04*1*9,81=80,74кПа.

Задача №3.
Истечение жидкости при постоянном напоре. В вертикальной стенке или дне больших резервуаров, заполненных водой, расположены отверстия с острой кромкой, насадки или короткие трубы. Скорость воды в резервуарах V0=0; отметки уровня воды постоянны. Центры отверстий удалены от боковых стенок резервуара на 1 м.
Определить глубину h в резервуаре при при истечении через короткую трубу при следующих исходных данных:
d=7 см;
l=95 см;
Q=12 л/с;
λ=0,033.

Определим коэффициент расхода системы.
μсист=1α+ξСИСТ ,где μсист – коэффициент расхода системы;
α– коэффициент скорости;
ξСИСТ- коэффициент сопротивление системы;
ω-площадь отверствия.
α=1,1 90° ω=πd24=3.14*724=38.5μсист=1α+ξСИСТ=11.1+0.948=0.670 ξСИСТ=ξдл+ξвх=λ*ld+0.5= 0.033*957+0.5=0.948
H=Q2μсист2*ω2*2g=1200020.6702*38.52*2*981 = 110см,
где Н-напор над центром отверстия (см);
Q-расход (см3/с);
ω-площадь отверствия;
g-ускорение;
H= h+l=>h=H-l= 110-95=15см
Задача№ 4.
Гидравлический удар в трубопроводах.Определит скорость распространении волны гидравлического удара и величину максимального повышения давления ∆р при мгновенным закрытии задвижки стального трубопровода при следующих исходных данных:
Q=145л/с=0,145м2/с
D=350мм
е=8мм
L=2,6км
т3=5с
p0=3.6*105Па.
Материал труб:сталь
Определяем скорость распространения волны гидравлического удара с:
С=E0p1+De*E0E=14251+De*E0E=14251+3508*0.01=14251,20=1187,5м/с ,где Еж – модуль упругости жидкости, Па;толщина Е – модуль упругости материала стенок трубы, Па.
D-внутренний диаметр трубопровода, [мм];
е- толщина стенок трубы, [мм];
E0E=0.01, если материал труб сталь;
Е=модуль упругости жидкости;
E0=модуль упругости материала стенок трубы,Па.
Определяем максимальное повышение давления ∆p. По формуле Жуковского:
∆р=ρ*ν*c=1000*1.51*1187.5=178,9кПа.
ν=4*0,1453,14*0,352=0,580,385=1,51 м2/с ,
где ρ — плотность жидкости, кг/м3;
с—скорость распространения волны гидравлического удара вдоль трубопровода, т.е. скорость ударной волны, м/с;
ν— средняя скорость потока в трубе при установившемся движении до гидравлического удара, м/с.
Список используемой литературы.1.Штеренлихт Д.В. Гидравлика.Учебник.-М.:Колос С,2004-656с.
2.Учебно методическое пособие к выполнению заданий по курсу гидравлики (часть1) ;Козырь И.Е. Пикалова И.Ф.,Ханов Н.В.-М.:МГУП,2011 г.
3.Лабораторный практикум по общей гидравлике (учебное пособие с грифом УМО) М: МГУП, 2013,-Вершинина С.В., Козырь И.Е., Пикалова И.Ф., Фартуков В.А., Ханов Н.В.
4. Методические Указания по изучению дисциплины и задания для контрольной работы студентам-заочником специальности 270102 «Промышленное и гражданское строительство», 270115 «Экспертиза и управление недвижимостью»- М.:МГУП 2013 г.

Приложенные файлы

  • docx 11438102
    Размер файла: 108 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий