КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Основные понятия гидродинамики
Задачи Методические рекомендации к проведению расчетов Для того, чтобы определить силу суммарного давления на плоскую стенку следует: 1) определить глубину погружения центра тяжести стенки (используя приложение 5); 2) найти площадь смачиваемой поверхности стенки S; 3) рассчитать суммарную силу давления по формуле (3.1); 4) точку приложения силы давления – центр давления – определить по формуле (3.2), где момент инерции рассчитывается по формулам, приведенным в приложении 5 (см. примеры 3.1 и 3.2)
Для того, чтобы определить силу суммарного давления на криволинейную стенку следует: 1) определить горизонтальную и вертикальную составляющие по формулам (3.4) и (3.5); 2) вычислить суммарную силу давления, используя формулу (3.3); 3) направление силы давления показать, определив угол β по формуле (3.6) (см. пример 3.1).
Для построения эпюр давления – диаграмм распределения давления на смоченную поверхность следует: 1) в точке соприкосновения свободной поверхности жидкости со стенкой восстанавливают перпендикуляр и на нем откладывают значение давления р 0; 2) из точки пересечения стенки со дном восстанавливают другой перпендикуляр, равный в масштабе сумме значений р 0 и ρgH; 3) соединив полученные отрезки, получают эпюру абсолютного давления. Задача 3.1. Определить силу гидростатического давления и центр давления воды на прямоугольный затвор шириной b = 1,2 м, закрывающий вход в прямоугольную трубу, высота которой h = 0,8 м. Глубина жидкости в резервуаре H = 3,5 м, а = 0,5 м. Задача 3.2. Определить силу гидростатического давления жидкости на круглую крышку колодца диаметром D = 1,2 м. Относительная плотность жидкости δ = 1,25, глубины H 1 = 4,5 м, H 2 = 1,0 м. Задача 3.3. Определить силу и центр давления воды на стенку шириной b = 15 м, глубина воды h = 3 м. Задача 3.4. Определить равнодействующую силу и центр давления воды на наклонную прямоугольную стенку шириной b = 10 м, если глубина воды Н 1 = 6 м, Н 2 = 2 м, а угол наклона стенки α = 60°. Задача 3.5. Прямоугольное отверстие высотой h = 0,4 м и шириной b = 1 м в вертикальной стенке открытого резервуара с водой закрыто щитом. Определить силу и центр давления воды на щит, если Н = 1,3 м. Задача 3.6. Определить равнодействующую силу и центр давления воды на прямоугольную стенку шириной b = 10 м, если глубина воды Н 1=5 м, Н 2=3 м. Задача 3.7. В вертикальной стенке имеется отверстие, перекрываемое щитом в виде равностороннего треугольника, сторона которого b = 1,5 м. Определить силу гидростатического давления и положение центра давления, если H = 2,3 м. Задача 3.8. В вертикальной стенке имеется отверстие, перекрываемое щитом в форме эллипса с размерами а = 1,5 м, b = 2,5 м. Определить силу гидростатического давления и положение центра давления, если H = 0,3 м. Задача 3.9. В боковой вертикальной стенке резервуара имеется отверстие, которое перекрывается равносторонним треугольным щитом со стороной b = 1,5 м. Определить силу гидростатического давления и положение центра давления, если H = 2,3 м, избыточное давление в резервуаре р 0изб = 5 кПа. Задача 3.10. В боковой вертикальной стенке резервуара имеется отверстие, которое перекрывается щитом в форме эллипса с размерами а = 1,5 м, b = 2,5 м. Определить силу гидростатического давления и положение центра давления, если H = 3,2 м, вакуумметрическое давление в резервуаре р 0вак = 10 кПа. Задача 3.11. Цилиндрический резервуар для хранения мазута диаметром D = 4 м имеем полусферическую крышку и сообщается с атмосферой через трубу диаметром d = 0,2 м. Определить вертикальную составляющую силы гидростатического давления мазута на крышку, если Н 1 = 4 м, Н 2 = 8 м, а плотность мазута ρ = 890 кг/м3. Задача 3.12. Построить тело давления и определить силу, открывающую полусферическую крышку диаметром d = 1 м, Н = 2 м. Задача 3.13. Построить тело давления и определить силу, прижимающую коническую крышку диаметром d = 1,2 м к основанию резервуара. Резервуар заполнен водой, глубина воды Н = 3 м, высота крышки h = 1 м. Задача 3.14. Определить величину и направление силы давления воды на боковую поверхность цилиндрического затвора диаметром d = 1,6 м и длиной l = 4 м. Глубина воды Н = 3 м. Задача 3.15. Построить тело давления и определить величину и направление силы гидростатического давления жидкости с относительной плотностью δ = 1,25 на затвор. Затвор является частью цилиндра радиусом R = 2,6 м, глубина жидкости в резервуаре Н = 3,8 м. Задача 3.16. На щите, наклоненном к горизонту на угол α = 60°, имеется отверстие, которое перекрывается круглой крышкой диаметром d = 0,8 м. Определить силу гидростатического давления и центр давления воды на крышку люка, а = 1,0 м. Задача 3.17. В вертикальной стенке имеется отверстие, перекрываемое щитом в виде равностороннего треугольника, сторона которого b = 2,5 м. Определить силу гидростатического давления и положение центра давления, если H = 3,4 м. Задача 3.18. В боковой вертикальной стенке резервуара имеется отверстие, которое перекрывается щитом в форме эллипса с размерами а = 1,5 м, b = 2,5 м. Определить силу гидростатического давления и положение центра давления, если H = 0,3 м, вакуумметрическое давление в резервуаре р 0вак = 20 кПа. Задача 3.19. Построить тело давления и определить силу, прижимающую полусферическую крышку диаметром d = 1,2 м к основанию резервуара. Резервуар заполнен водой, глубина воды Н = 3 м. Задача 3.20. Построить тело давления и определить величину и направление силы гидростатического давления жидкости с относительной плотностью δ = 0,8, действующей на цилиндрическую поверхность, если радиус и длина образующей цилиндра соответственно R = 1,2 м, b = 0,5 м. Контрольные вопросы и задания 1. Как определить силу гидростатического давления на плоскую стенку? 2. К какой точке приложена эта сила? 3. В чем смысл гидростатического парадокса? 4. Как найти силу гидростатического давления и точку ее приложения, если стенка цилиндрическая? 5. Что называется телом давления? 6. Как определить направление силы суммарного давления на цилиндрические поверхности? Гидродинамика - раздел гидравлики, изучающий законы движения жидкости и их практическое применение. Движение жидкости может быть установившимся и неустановившимся, равномерным и неравномерным, напорным и безнапорным. При неустановившемся движении скорость и давление в выбранной точке пространства зависит от координат и изменяется с течением времени. При установившемся движении его характеристики не изменяются с течением времени и зависят только от координат рассматриваемой точки. При напорном движении потокжидкости со всех сторон ограничен твердыми стенками (закрытое русло), а давление отличается от атмосферного; При безнапорном движении – поток имеет свободную поверхность, давление над которой атмосферное. При изучении движущейся жидкости вводится ряд понятий, характеризующих гидравлические и геометрические элементы потока. Живым сечением называют поверхность потока, проведенная перпендикулярно к направлению линий тока. Живое сечение характеризуется площадью живого сечения ω (м²), смоченным периметром χ (м) и гидравлическим радиусом R (м). Смоченный периметр χ – длина части периметра живого сечения, по которой поток соприкасается с ограничивающими его стенками. Отношение площади живого сечения потока к смоченному периметру называется гидравлическим радиусом: (4.1) В приложении 6 приведены значения гидравлических радиусов для потоков разных сечений. Расходом жидкости называется количество жидкости, протекающей через живое сечение потока за единицу времени. Различают: - объемный м3/с, Здесь - средняя скорость потока в данном живом сечении - условная одинаковая во всех точках скорость, при которой расход потока будет такой же, как и при различных местных скоростях. - массовый M, кг/с; - весовой G, Н/с. При установившемся движении расход жидкости для любого сечения есть величина постоянная. Q = = сonst (4.2) Выражение (4.1) представляет уравнение неразрывности потока.
Многочисленные экспериментальные исследования движущихся жидкостей позволили установить существование двух режимов движения жидкости: ламинарного и турбулентного. При ламинарном режиме движения, наблюдаемом при малых скоростях, отдельные струйки жидкости движутся параллельно друг другу. При турбулентном режиме наблюдается сильное перемешивание частиц жидкости и как следствие неупорядоченное движение ее элементов. Скорость, при которой происходит смена режимов, называется критической. Для характеристики режима движения жидкости введен безразмерный параметр – число Рейнольдса, которое для труб круглого сечения выражают через внутренний диаметр трубопровода: (4.3) Для потока произвольной формы число Рейнольдса выражается через гидравлический радиус (4.4) Минимальное значение, соответствующее переходу ламинарного режима в турбулентный определяется критическим числом Рейнольдса Reкр.=2320 или Следовательно, значение критической скорости: (4.5) При ламинарном режиме движения в цилиндрической трубе радиусом r 0 распределение местных скоростей подчиняется параболическому закону. Максимальная скорость имеет место на оси трубопровода, тогда местная скорость в слое жидкости, находящемся на расстоянии r от оси трубы Средняя скорость . Максимальная скорость = Касательная напряжения у стенки трубы Касательные напряжения по сечению трубы распределяются по зависимости При турбулентном режиме движения распределение осредненных скоростей по сечению трубы может быть приближенно принято по зависимости , где y – расстояние от стенки трубы до рассматриваемой точки; – динамическая скорость. Максимальная скорость связана со средней скоростью в сечении следующей зависимостью
Дата добавления: 2014-12-07; Просмотров: 2845; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |