Главная страница Случайная страница
КАТЕГОРИИ:
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Рух рідини в пористому середовищі
|
|
Рух через пористе середовище – це фільтрація. Знання основних законів фільтрації має велике значення для розв'язання різних інженерних задач: визначення притоку води до водозбірних галерей, колодязів, шурфів; розрахунок зниження рівня грунтових вод; визначення втрат напору води на фільтрацію із каналів та водосховищ; розрахунок дренажних споруд та ін. Особливу увагу потрібно звернути на вивчення закону Дарсі. Необхідно знати, що таке крива депресії, статичний, динамічний рівні, дебіт свердловини та радіус впливу свердловини, колодязя чи дрени. Вміти застосувати засвоєний матеріал для розв'язання задач.
Література: [4, c.74..77]; [5, c.276..293].
Контрольні питання
1. Що таке гідростатичний тиск?
2. Основні властивості рідини.
3. Реальна та ідеальна рідини.
4. Закон Паскаля.
5. Повний (абсолютний) тиск.
6. Надмірний тиск.
7. Вакуумметричний тиск.
8. Прилади для вимірювання тиску.
9. Одиниці вимірювання тиску.
10. Основні рівняння гідростатики.
11. Сила тиску рідини на плоскі стінки.
12. Сила тиску рідини на криволінійні стінки.
13. Епюри нормального гідростатичного тиску.
14. Найпростіші гідравлічні машини, розроблені на основі законів гідростатики.
15. Що таке гідродинаміка, що вона вивчає?
16. Дати визначення елементарного струменя, лінії течії, рівняння нерозривності.
17. Що називають вихровою лінією і вихровою трубкою?
18. Назвати елементи потоку.
19. Спосіб Ейлера для визначення переходу до динаміки.
20. Що таке витрати рідини (одиниці вимірювання)?
21. Рівняння Бернуллі для елементарного струменя.
22. Рівняння Бернуллі для в’язкої і нев’язкої рідини.
23. Енергетичне тлумачення рівняння Бернуллі.
24. Геометричне тлумачення рівняння Бернуллі.
25. Поняття п’єзометричного та гідравлічного ухилу.
26. Як визначити граничну висоту розташування осі відцентрового насоса?
27. Трубка Піто і її призначення (розрахункові формули).
28. Вставка Вентурі і її призначення (розрахункові формули).
29. Який рух називають ламінарним, турбулентним?
30. Як розподіляються швидкості по перетину потоку?
31. Що таке число Рейнольдса? Яке його фізичне тлумачення
і практичне значення?
32. Що таке пристінна і вільна турбулентність?
33. Модель турбулентного потоку.
34. Що таке пульсація швидкості? Як розподіляються швидкості при турбулентному русі?
35. Три області при турбулентному русі рідини.
36. Коефіцієнт гідравлічного тертя в цих трьох областях.
37. Поняття про гідравлічно гладкі труби.
38. Квадратична область опору.
39. Що таке місцеві опори? Формула для визначення втрат напору на місцеві опори.
40. Які отвори гідравлічно малі, а які гідравлічно великі?
41. Що таке коефіцієнт стиснення струменя?
42. Формула для визначення витрат рідини через отвір.
43. Що враховує коефіцієнт витрати при витіканні рідини із отворів?
44. Які ви знаєте насадки?
45. Які типи водозливів ви знаєте?
46. Основні формули для розрахунку коротких і довгих трубопроводів.
47. Послідовне і паралельне з’єднання трубопроводів.
48. Гідротранспорт.
49. Гідравлічний удар у трубах.
50. Властивості газів.
51. Неньютонівські рідини.
52. Рівняння Бернуллі для газів (політропний процес).
53. Рівняння Бернуллі для газів (адіабатний процес).
54. Рівняння Бернуллі для газів (ізотермічний процес).
55. Визначення втрат тиску газів.
56. Визначення витрат газу при витіканні через отвір у тонкій стінці.
57. Визначення масових витрат газу.
58. Рух рідини в пористому середовищі.
59. Крива депресії, радіус впливу свердловини.
60. Дебіт свердловини (розрахункові формули).
2. Вказівки та завдання до контрольної роботи
При виконанні контрольної роботи необхідно дотримуватись таких правил: писати тільки чорнилом одного кольору; залишати поля шириною 3–4 см для зауважень викладача; наводити обгрунтування розв'язання задачі; наводити формули з повною їх розшифровкою та порядковою нумерацією; зробити посилання на використану літературу в порядку згадування (наприклад, [1], [2] і т.д.); при необхідності розрахунки супроводжувати схемами чи рисунками; на контрольні питання давати короткі, але вичерпні відповіді; ретельно оформити роботу. В кінці роботи навести список використаної літератури, вказати прізвище та ініціали автора, повну назву підручника чи довідника, місце та рік видання (в порядку згадування по тексту).
Кожен студент повинен розв'язати шість задач і дати відповіді на п'ять контрольних питань. На решту питань студент повинен дати відповіді при захисті лабораторних та контрольних робіт.
Номери контрольних питань, на які необхідно дати письмові відповіді, та номери задач студент обирає залежно від набору букв прізвища та імені студента за таблицею варіантів.
Таблиця 1 – Варіанти завдань з основ гідравліки
| Номер рядка | Букви прізвища та імені | Номери задач | Номери контрольних питань | |||||
| пер-ша | дру-га | третя | чет-верта | п'ята | шос-та | |||
| а, б, в, г, д, є, ж | 11, 22, 50 37, 54 | |||||||
| з, і, й, к, л, м, н | 12, 19, 31 39, 49 | |||||||
| о, п, р, с, т, у, ф, х | 13, 22, 32 38, 48 | |||||||
| ц, ч, ш, щ, и, е, ю, я | 10, 24, 33 41, 46 |
Вибір першої задачі, наприклад, проводиться за першою буквою прізвища, номер другої – за другою буквою і т.д. Якщо букв прізвища недостатньо, то використовують букви імені.
Номери контрольних питань вибирають за другою буквою прізвища. Наприклад, Шах Роман повинен розв'язати задачі за номерами: 1, 5, 10, 15, 18, 23. (варіант вихідних даних задач прийняти за номером першої задачі). В даному прикладі – перший варіант. Номери контрольних питань для письмової відповіді: 11, 22, 50, 37, 54.
Велику роль при вивченні гідравліки відіграє розв'язування задач. Це допомагає краще засвоювати теоретичний матеріал та застосовувати ці знання для вирішення подальших практичних завдань при вивченні інженерних мереж, гідроприводу.
Перед розв'язанням задач необхідно ознайомитись з розділом теоретичного матеріалу, якому присвячена задача, вибрати необхідні розрахункові формули, якщо потрібно, скласти розрахункову схему. Текст умови задачі і пояснення до неї наводиться повністю.
Якщо студент виконав контрольну роботу не за своїм варіантом, то на захист ця робота не приймається, а студент залік не одержує.
Для одержання заліку перевірена і підписана до захисту робота захищається шляхом пояснення її виконання та відповіді на питання по розділах.
ЗАДАЧІ
1. Визначити вакуум у резервуарі, якщо задані h1, h2 та атмосферний тиск Ратм.
Рисунок 1
2. Відкриті з'єднані посудини заповнені різними рідинами з r1 та r2. Знайти відстань від лінії розділу АВ до рівня рідини в кожній посудині h1 та h2, якщо різниця рівнів рідин у посудинах становить h.
Рисунок 2
3. Пружинний манометр підключено до посудини з водою на висоті h від дна. Центр манометра міститься вище точки підключення його до посудини на z. Визначити надмірний тиск на дно при показі манометра Рм.
Рисунок 3
4. Пружинний манометр підключено до посудини з водою на висоті h = 1, 0 м від дна. Центр манометра знаходиться вище точки підключення його до посудини на z = 1, 1 м. Визначити показник манометра при абсолютному тиску на поверхні води в посудині Ро, атмосферному тиску Ратм та напорі Н (рисунок 3).
5. До резервуара, заповненого газом з тиском Р0, приєднана трубка, опущена в посудину з ртуттю. Необхідно визначити тиск Р0 в резервуарі, якщо ртуть піднялась у трубці на висоту h.
Рисунок 4
6. До резервуара, заповненого газом з тиском Р0, приєднана трубка, опущена в посудину з ртуттю. Необхідно знайти висоту h, на яку піднімається ртуть у трубці, якщо вакуум у резервуарі становить Р0, а атмосферний тиск – Ратм (рисунок 4).
7. При гідравлічних випробуваннях резервуара допускається витікання води, Q якої за одну добу не повинне перевищувати 3 л 1 м2 змоченої поверхні. Чи можна прийняти в експлуатацію резервуар прямокутної форми з розмірами в плані a ´ b, в якому рівень води за одну добу знизився з h1 до h2. Визначити масу води, що витекла.
8. Визначити абсолютний і надмірний тиск в резервуарі за показниками ртутного дифманометра, в правому коліні якого зверху над ртуттю налито масло шаром hм з rм. Висота ртуті hрт. При заданому Ратм.
Рисунок 5
9. Визначити, на яку висоту H може піднятися вода із водяного бака гідропневматичної установки, якщо манометр, встановлений на повітряному баці, показує тиск Р.
10. Визначити витрати води по горизонтальному чавунному трубопроводі довжиною l та діаметром d, якщо манометри, встановлені на початку трубопровода і в кінці його, показали відповідно тиски Р1 та Р2.
11. Визначити час аварійного спорожнення резервуара з нафтою через зовнішній циліндричний насадок діаметром d. Діаметр резервуара D, висота шару нафти h.
12. Підібрати стандартний насадок для ствола внутрішнього пожежного крана, якщо необхідно одержати витрати не менше Q1. Гарантійний напір перед насадком становить H. Коефіцієнт витрат m. Визначити дійсні витрати Q для вибраного насадка.
13. Канава шириною b і глибиною h перегороджена щитом прямокутної форми. Визначити силу тяги Т, необхідну для підйому щита вагою G, якщо коефіцієнт тертя щита об поверхню пазів К.
Рисунок 6
14. Визначити граничну висоту розташування осі відцентрового насоса над рівнем води в джерелі, якщо насос забирає витрати Q води через всмоктуючий трубопровід діаметром d. Вакуумметричний тиск на всмоктуючому патрубку був Рвак. Втрати напору у всмоктуючій лінії hw.
Рисунок 7
15. Визначити максимальні витрати води Q на ділянці трубопроводу діаметром d, довжиною l, щоб втрати напору не перевищували hw. Коефіцієнт гідравлічного опору l.
16. Вода витікає із відкритого бака через зовнішній циліндричний насадок діаметром d. Знайти напір H, при якому витрати води із бака дорівнюють Q. Яким буде напір H1 для пропуску цих же витрат через внутрішній циліндричний насадок того ж діаметра d.
17. Визначити дебіт артезіанської свердловини за умови, що потужність водоносного пласта t, глибина відкачки S, діаметр свердловини d, радіус впливу R, коефіцієнт фільтрації kф.
18. Визначити радіус впливу R досконалого грунтового колодязя при Н, h, z0, k, якщо дебіт колодязя Q.
19. На стальному трубопроводі діаметром d встановлена засувка, час закриття якої tз. Визначити підвищення тиску DР у трубопроводі довжиною l, якщо витрати води Q. Швидкість розповсюдження ударної хвилі Cv.
20. Із верхнього резервуара в нижній надходить вода заданої температури t0C по новому стальному сифонному трубопроводі діаметром d, довжиною l і витратами Q, а відстань від початку трубопроводу до перерізу І-І h. Визначити різницю рівнів Н у резервуарах.
Рисунок 8
21. Із закритого бака вода витікає через отвір діаметром d в його боковій стінці. Постійний напір над центром ваги отвору Н, манометричний тиск на поверхні води в баці Рм. Знайти, при якому тиску витікатиме з бака Q води.
22. Визначити тиск Р у котлі та п'єзометричну висоту h1, якщо висота підняття ртуті в ртутному манометрі h2.
Рисунок 9
23. За допомогою водоміра Вентурі визначити витрати води Q, яка протікає по трубі діаметром D, якщо діаметр вставки d, а різниця п'єзометричних висот Н.
Рисунок 10
24. Витікання води із бака проходить по системі труб змінного перерізу. Нехтуючи опорами, визначити швидкість витікання V, витрати Q і побудувати п'єзометричну лінію, якщо напір Н, а площа перерізів труби S1, S2, S3, S4.
Рисунок 11
Таблиця 2 – Чисельні значення величин до задач
| Номер задачі | Вихідні величини | Варіанти | ||||||||
| Умовне познач. | Одиниця вимір. | |||||||||
| h1 h2 Ратм. | мм мм кПа | |||||||||
| r1 r2 h | кг/м3 кг/м3 см | |||||||||
| z h Pм | м м кПа | 1, 0 1, 0 | 0, 5 1, 0 | 1, 1 1, 2 | 1, 3 0, 5 | 1, 2 0, 8 | 0, 8 0, 9 | 0, 9 1, 1 | 0, 99 1, 2 | |
| Н Ро Ратм | м кПа кПа | 1, 5 | 1, 4 | 1, 3 | 1, 6 | 1, 8 | 1, 52 | 1, 55 | 1, 6 | |
| h | см | |||||||||
| P0 Pамт | м.вод.ст. кПа | 3, 0 98, 1 | 3, 1 98, 0 | 3, 2 98, 6 | 3, 5 | 4, 0 | 3, 1 | 3, 4 | 2, 9 97, 5 | |
| a ´ b h1 h2 | м м м | 12´ 6 3, 5 3, 48 | 25´ 4 5, 0 4, 45 | 10´ 7 3, 0 2, 58 | 15´ 4 3, 5 3, 48 | 18´ 4 4, 0 3, 9 | 19´ 3, 5 4, 2 4, 0 | 16´ 4, 2 3, 8 3, 72 | 17´ 4, 3 4, 0 3, 99 | |
| Pатм hм hрт | мм.рт.ст. см см | |||||||||
| Рм | кг/см2 | 3, 2 | 2, 4 | 2, 5 | 2, 7 | 2, 9 | 3, 0 | 3, 1 | 3, 4 | |
| l d P1 P2 | м мм ат ат | 4, 2 3, 1 | 4, 1 3, 0 | 4, 0 3, 1 | 4, 2 3, 6 | 3, 5 2, 9 | 3, 2 2, 8 | 4, 0 3, 0 | 3, 9 2, 95 | |
| d D h | мм м м | |||||||||
| Q1 Hгар m | л/с м | 6, 0 0, 98 | 4, 3 0, 96 | 5, 5 0, 98 | 5, 9 0, 94 | 8, 0 0, 96 | 6, 2 0, 98 | 4, 0 0, 98 | 5, 0 0, 94 | |
| b h G Kт | м м кН | 0, 5 | 2, 5 0, 25 | 3, 2 0, 3 | 4, 5 3, 0 0, 41 | 5, 0 2, 5 0, 52 | 4, 3 2, 8 0, 5 | 4, 5 2, 3 0, 55 | 4, 7 2, 5 0, 6 | |
| Q d Pв hw | л/с мм Па·104 м | 6, 5 1, 0 | 6, 3 0, 9 | 6, 2 1, 6 | 5, 9 2, 3 | 6, 0 1, 5 | 6, 4 1, 2 | 6, 3 1, 55 | 6, 5 1, 7 |
Продовження таблиці 2
| d l hw l | мм м м | 0, 025 | 0, 03 | 0, 028 | 0, 031 | 14, 5 0, 05 | 15, 6 0, 019 | 14, 9 0, 02 | 15, 0 0, 033 | |
| d Q | мм л/с | 1, 6 | 1, 0 | 2, 2 | 0, 9 | 1, 8 | 2, 2 | 1, 9 | 1, 95 | |
| t S d R k | м м м м см/с | 0, 3 0, 01 | 0, 4 0, 05 | 17, 7 0, 4 0, 015 | 15, 5 0, 4 0, 02 | 6, 5 0, 4 0, 0019 | 5, 9 0, 3 0, 027 | 7, 2 0, 3 0, 06 | 6, 1 0, 4 0, 03 | |
| H h z0 k Q | м м м м/с м3/добу | 0, 5 0, 0003 | 7, 5 0, 4 4× 10-4 | 9, 9 8, 3 0, 32 29× 10-5 | 7, 1 7, 9 0, 6 18× 10-5 | 10, 2 8, 1 0, 59 4× 10-4 | 10, 1 8, 6 0, 4 3× 10-4 | 11, 0 7, 9 0, 55 27× 10-5 | 8, 95 8, 0 0, 5 1× 10-4 | |
| d t3 l Q Cv | мм с км л/с м/с | 8, 2 5, 0 | 6, 1 4, 0 | 8, 1 5, 9 | 8, 2 4, 9 | 6, 7 5, 2 | 8, 0 4, 0 | 6, 7 3, 5 | 8, 1 4, 9 | |
| t d l Q h | 0С мм м л/с м | 0, 5 4, 0 | 0, 6 3, 9 | 0, 49 4, 1 | 17, 1 0, 5 3, 85 | 20, 9 0, 5 3, 76 | 18, 9 0, 6 3, 89 | 0, 5 3, 95 | 0, 49 4, 1 | |
| d H Pм Q | см м кПа л/с | 2, 0 2, 0 0, 86 | 2, 1 1, 9 0, 9 | 2, 3 2, 0 1, 1 | 2, 0 2, 1 1, 0 | 1, 9 2, 2 0, 7 | 2, 4 2, 0 1, 4 | 1, 9 1, 9 8, 5 0, 8 | 1, 8 2, 0 9, 6 0, 82 | |
| h2 | м | |||||||||
| D d H | мм мм мм | |||||||||
| S1 S2 S3 S4 H | дм2 дм2 дм2 дм2 м | 0, 55 5, 5 1, 3 0, 2 | 0, 55 5, 0 1, 2 0, 2 | 0, 6 5, 5 1, 3 0, 25 | 0, 62 5, 3 1, 25 0, 32 | 0, 5 4, 5 1, 0 0, 55 | 0, 65 4, 9 1, 21 0, 65 | 0, 5 5, 0 1, 2 0, 25 | 0, 55 5, 8 1, 5 0, 32 |
Контрольні питання
1. Що таке гідростатичний тиск?
2. Основні властивості рідини.
3. Реальна та ідеальна рідини.
6. Закон Паскаля.
7. Повний (абсолютний) тиск.
6. Надмірний тиск.
7. Вакууметричний тиск.
8. Прилади для вимірювання тиску.
9. Одиниці вимірювання тиску.
10. Основні рівняння гідростатики.
11. Сила тиску рідини на плоскі стінки.
12. Сила тиску рідини на криволінійні стінки.
13. Епюри нормального гідростатичного тиску.
14. Найпростіші гідравлічні машини, розроблені на основі законів гідростатики.
15. Що таке гідродинаміка, що вона вивчає?
16. Дати визначення елементарного струменя, лінії течії, рівняння нерозривності.
17. Що називають вихровою лінією і вихровою трубкою?
18. Назвати елементи потоку.
19. Спосіб Ейлера для визначення переходу до динаміки.
20. Що таке витрати рідини, одиниці вимірювання?
21. Рівняння Бернуллі для елементарного струменя.
22. Рівняння Бернуллі для в’язкої і нев’язкої рідини.
23. Енергетичне тлумачення рівняння Бернуллі.
24. Геометричне тлумачення рівняння Бернуллі.
25. Поняття п’єзометричного та гідравлічного ухилу.
26. Як визначити граничну висоту розташування осі центробіжного насоса?
27. Трубка Піто і її призначення (розрахункові формули).
28. Вставка Вентурі і її призначення (розрахункові формули).
29. Який рух називають ламінарним, турбулентним?
30. Як розподіляються швидкості по перетину потоку?
31. Що таке число Рейнольдса? Яке його фізичне тлумачення
і практичне значення?
32. Що таке пристінна і вільна турбулентність?
33. Модель турбулентного потоку.
34. Що таке пульсація швидкості? Як розподіляються швидкості при турбулентному русі?
35. Три області при турбулентному русі рідини.
36. Коефіцієнт гідравлічного тертя в цих трьох областях.
37. Поняття про гідравлічно гладкі труби.
38. Квадратична область опору.
39. Що таке місцеві опори? Формула для визначення втрат напору на місцеві опори.
40. Які отвори гідравлічно малі, а які гідравлічно великі?
41. Що таке коефіцієнт стиснення струменя?
42. Формула для визначення витрат рідини через отвір.
43. Що враховує коефіцієнт витрати при витіканні рідини із отворів?
44. Які ви знаєте насадки?
45. Які типи водозливів ви знаєте?
46. Основні формули для розрахунку коротких і довгих трубопроводів.
47. Послідовне і паралельне з’єднання трубопроводів.
48. Гідротранспорт.
49. Гідравлічний удар у трубах.
50. Властивості газів.
51. Неньютонівські рідини.
52. Рівняння Бернуллі для газів (політропний процес).
53. Рівняння Бернуллі для газів (адіабатний процес).
54. Рівняння Бернуллі для газів (ізотермічний процес).
55. Визначення втрат тиску газів.
56. Визначення витрат газу при витіканні через отвір у тонкій стінці.
57. Визначення масових витрат газу.
58. Рух рідини в пористому середовищі.
59. Крива депресії, радіус впливу свердловини.
60. Дебіт свердловини (розрахункові формули).