Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

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 р0;

2) из точки пересечения стенки со дном восстанавливают другой перпендикуляр, равный в масштабе сумме значений р0 и ρgH;

3) соединив полученные отрезки, получают эпюру абсолютного давления.

Задачи

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 H1 = 4,5 м, H2 = 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 Н1 = 6 м, Н2 = 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 Н1=5 м, Н2=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 р0изб = 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 р0вак = 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 Н1 = 4 м, Н2 = 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 р0вак = 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?

Основные понятия гидродинамики

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 движениипотокжидкости 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 сечениемназывают 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 r0 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: 2014-12-06; просмотров: 2053. Нарушение авторских прав

codlug.info - Студопедия - 2014-2017 год . (0.007 сек.) русская версия | украинская версия