Определение потерь напора при движении воды

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задача 1

На рис. представлена схема главного тормозного цилиндра автомобиля в момент торможения. Определить силу F, которую необходимо приложить к педали тормоза, чтобы давление в рабочих цилиндрах перед них колес было р1 = 5 МПа. Каким при этом будет давление в рабочих цилиндрах задних колес р2? При расчете принять: усилие пружины 1 F1 =110 Н, пружины 2 F2 = 225 Н, D = 25 мм, а = 75 мм, b = 200 мм. Силами трения пренебречь.

Решение.

Площадь поршня

Определим силу давления жидкости на поршень в камере передних колес

Усилие на поршень в камере задних колес

Давление в рабочем цилиндре задних колес

Усилие на первом поршне

Усилие на педали

Ответ:

Задача 2

Определить скорость и расход на всех участках трубопровода переменного сечения, присоединенного к напорному резервуару. Решить задачу без учета потерь напора. Расстояние по вертикали от уровня воды в резервуаре до центра конечного сечения трубопровода Н = 6 м, манометрическое давление на поверхности воды в резервуаре рм = 55 кПа, вода из трубопровода вытекает в атмосферу. Диаметры трубопровода равны:

d1 = 125 мм, d2 = 68 мм, d3 = 100 мм, d4 = d5 = 71 мм.



Решение.

Составим уравнение Бернулли для сечений 1-1 и 2-2 относительно плоскости сравнения 0-0

; .

Расход воды

Запишем уравнение неразрывности



Задача 3

В дне цилиндрического резервуара, наполненного водой на высоту Н = 6,0 м, имеется круглое отверстие площадью щ = 0,06 м2. В течение какого времени в атмосферу вытечет половина имеющегося объема воды, если площадь поперечного сечения резервуара Щ = 9,0 м2? Сколько времени потребуется для полного опорожнения резервуара, если приток воды в резервуар отсутствует?

Решение.

1. Истечение половины объема

где - коэффициент расхода отверстия;

м - конечный уровень в баке.

2. Полное опорожнение резервуара

Ответ:

Задача 4

Определить расходы воды QА и QB из емкостей А и В, если потребление в точках C и D соответственно составляет QС = 12 л/с и QD = 18 л/с. Построить пьезометрическую линию, приняв, что трубы относятся к категории нормальных, их диаметры по участкам l1 = 328 м, l2 = 242 м, l3 = 512 м равны d1 = 150 мм, d2 = 1005 мм, d3 = 125 мм. Высоты отметок уровней воды в емкостях НА = 12,8 и НВ = 10,5 метра.

Решение.

Определим направление движения воды на участке BD. Для этого представим, что участок выключен, т.е. расход в нем равен нулю.

Составим уравнение Бернулли для сечений А-А и D-D относительно плоскости сравнения 0-0

; .

Найдем пьезометрический перепад напоров между т. A и т. D

Расходная характеристика:

- d1 = 150 мм

- d2 = 100 мм

- d3 = 125 мм

, т.е. емкость B является питающей.

Составим уравнение Бернулли для сечений В-В и C-C относительно плоскости сравнения 0-0

; ; .

Найдем пьезометрический перепад напоров между т. B и т. C

, т.е. емкость A является питающей.

Найдем расход на участке СD из системы уравнений



Меняя значения , определим напор в т. С по уравнениям (1) и (2). Результаты сводим в таблицу.

, л/с	, л/с	, л/с	, м	м	, м	, м	, м	, м
30	18	0	9,11	13,47	-9,78	0,00	13,47	10,50
29	17	1	8,51	12,01	-7,73	0,04	12,01	10,46
28	16	2	7,94	10,64	-5,78	0,15	10,64	10,35
27	15	3	7,38	9,35	-3,93	0,35	9,35	10,15
26	14	4	6,84	8,15	-2,19	0,62	8,15	9,88
25	13	5	6,33	7,03	-0,55	0,97	7,03	9,53
24	12	6	5,83	5,99	0,98	1,39	5,99	9,11
23	11	7	5,36	5,03	2,41	1,90	5,03	8,60
22	10	8	4,90	4,16	3,74	2,48	4,16	8,02
21	9	9	4,46	3,37	4,97	3,14	3,37	7,36
19,71	7,71	10,29	3,93	2,47	6,40	4,10	2,47	6,40
19	7	11	3,65	2,04	7,11	4,68	2,04	5,82
18	6	12	3,28	1,50	8,02	5,57	1,50	4,93
17	5	13	2,93	1,04	8,84	6,54	1,04	3,96
16	4	14	2,59	0,67	9,54	7,59	0,67	2,91
15	3	15	2,28	0,37	10,15	8,71	0,37	1,79
14	2	16	1,98	0,17	10,65	9,91	0,17	0,59
13	1	17	1,71	0,04	11,05	11,19	0,04	-0,69
12	0	18	1,46	0,00	11,34	12,54	0,00	-2,04
30	18	0	9,11	13,47	-9,78	0,00	13,47	10,50

;

Задача 5

По трубопроводу диаметром d = 200 мм насос подает воду на высоту h = 54 м. Мощность, потребляемая насосом, N = 15 кВт, полный коэффициент сопротивления трубопровода подача насоса Q = 75 м3/ч. Определить полный кпд насоса.

Решение.

Скорость воды

Напор насоса

Полный кпд насоса

Ответ:

Задача 6

Определить потери напора при движении воды со скоростью v = 12 см/c, по трубе диаметром d = 175 мм, длиной l = 1800 м. Температура воды 10 °C. Трубы стальные новые.

Решение. жидкость поршень трубопровод пьезометрический

Коэффициент кинематической вязкости для воды при температуре 10 °C .

Критерий Рейнольдса

Режим движения турбулентный.

Примем коэффициент шероховатости для новых труб 0,03 мм

Область гидравлически гладких труб.

Коэффициент гидравлического трения по формуле Блазиуса

Потери напора на терние по формуле Дарси-Вейсбаха

Ответ:

Задача 7

Рассчитать тупиковый водопровод, обслуживающий населенный пункт Схема водопровода показана на рис. 1, график суточного водопотребления на рис. 2. Необходимо определить: расчетные расходы на участках водопровода, диаметр трубопроводов и общие потери напора по участкам, необходимую высоту водонапорной башни; используя кривую суммарного водопотребления и прямую суммарной подачи водонапорной станции, определить регулирующую емкость бака водонапорной башни, выбрать типовой проект башни (приложение 2); определить необходимые подачу и напор погружного насоса, подающего воду в систему и выбрать марку насоса (приложение 3). Для расчета потерь напора по длине в трубах на участках водопровода необходимо воспользоваться данными таблиц Ф.А. Шевелева (приложение 1). Рассчитывая трубопроводы, принять местные потери напора составляющими 10% от потерь напора по длине. При определении необходимого объема бака водонапорной башни пожарный и аварийный запас принять равными каждый по 10 % от регулирующего объема бака. Высоту бака водонапорной башни принять HР = 3 м. Другие показатели, необходимые для расчета, взять из приводимых рисунков и таблиц.

Максимальное суточное водопотребление 150 м3/сут.

Путевой расход 0,002 л/(с·м).

Минимальный свободный напор 8 м.

Материал труб - асбестоцементные.

Время непрерывной работы погружного насоса с 6 до 16 часов.

Заглубление погружного насоса под динамический уровень 1 м.

Расстояние от поверхности земли до динамического уровня воды в скважине 30 м.

Распределение пикового часового расхода по узлам водопровода, %
qуз1	1	qуз6	5
qуз2	15	qуз7	7
qуз3	10,3	qуз8	3
qуз4	9	qуз9	13
qуз5	6	qуз10	15



Рис. 1. Схема системы водоснабжения

Рис. 2 Графики суточного водопотребления

Решение.

1. Определение режима работы водонапорной станции.

Согласно задания водонапорная станция работает с 6 ч до 16 ч.

Выбор режима работы водонапорной станции определяется графиком водопотребления (рис. 3). В те часы, когда подача ВС больше водопотребления поселка, избыток воды поступает в бак водонапорной башни, а в часы, когда подача ВС меньше водопотребления поселка, недостаток воды поступает из бака водонапорной башни. Подача насосов должна обеспечить полностью (100%) потребление воды поселком. Режим работы ВС нанесен на рис. 3 пунктирной линией.

Для определения регулирующей емкости бака водонапорной башни составим построим суммарную кривую водопотребления и суммарную прямую водоподачи (рис. 3). Расчеты представлены в табл. 1. В столбце 1 проставлены часы суток, а в столбце 2 часовое водопотребление в % от суточного водопотребления согласно рис. 2. В столбце 3 суммарная водопотребление в % от суточного. В столбце 4 подача насосов в процентах в соответствии с предложенным режимом работы ВС (рис. 3). В столбце 5 указана разница между водопотреблением и подачей насоса.

Рис. 3. График суммарного суточного водопотребления:

а - суммарная кривая водопотребления; б - суммарная кривая подачи насосной станции

Таблица 1Водопотребление и режим работы насосов

Часы суток	Часовое потребление, %	Суммарное потребление, %	Подача насоса, %	Поступление воды в бак, %
1	2	3	4	5
0	1,8	0
1	1,8	1,8
2	1,8	3,6
3	3,8	5,4
4	4,5	9,2
5	4,5	13,7
6	4,5	18,2	0,0	18,2
7	4,5	22,7	10,0	12,7
8	5,8	27,2	20,0	7,2
9	5,8	33	30,0	3,0
10	5,8	38,8	40,0	-1,2
11	5,8	44,6	50,0	-5,4
12	3,5	50,4	60,0	-9,6
13	3,5	53,9	70,0	-16,1
14	5,5	57,4	80,0	-22,6
15	5,5	62,9	90,0	-27,1
16	4,5	68,4	100,0	-31,6
17	4,5	72,9
18	5	77,4
19	5	82,4
20	5	87,4
21	3	92,4
22	2,3	95,4
23	2,3	97,7
24	0	100

Регулирующая емкость бака будет равна сумме абсолютных значений наибольшей положительной и наименьшей отрицательной величины столбца 5

% от суточного расхода воды.

2. Емкость бака водонапорной башни:

- регулирующая емкость бака:

- объем неприкосновенного запаса воды, по заданию:

Выбираем водонапорную башню со стальным баком и кирпичным стволом емкостью 100 м3, проект 901-5-22/70.

3. Подача насоса по табл. 1 составляет 10% от суточного расхода воды

4. Максимальное часовое потребление согласно рис. 2 5,8% от суточного

.

Рассчитываем трубопровод на максимальный суточный расход.

5. Расход на участке с распределенной подачей

6. Расходы в отдельных узлах сети принимается по заданию (табл. 2).

Таблица 2 Расход воды в узловых точках

Точка	Распределение пикового часового расхода, %	Расход, м3/ч
1	1	0,087
2	15	1,305
3	10,3	0,896
4	9	0,783
5	6	0,522
6	5	0,435
7	7	0,609
8	3	0,261
9	13	1,131
10	15	1,305
10 путевой	15,7	1,368
ВСЕГО	100,0	8,70

7. Расходы на отдельных участках сети



8. Диаметры участков и потери напора.

Установив величины расходов, которые проходит по участкам водопроводной сети, определяют потребные диаметры труб этих участков по таблицам Шевелева. Также по таблицам определяем удельные потери напора по длине участка. Местные потери напора принимаем 10% от потерь напора по длине. Результаты расчета сводим в табл. 3.

Таблица 3 Гидравлический расчет участков сети

Участок	Длина, м	Расход, м3/ч	Расход, л/с	Диаметр, мм	1000i м/км	Потери, м	Суммарные потери, м	Сумма потерь от башни до диктующей точки, м
ВС-ВБ		15,00	4,167	100	3,619
ВБ-1	1200	8,70	2,417	100	1,391	1,669	1,836	1,836
1--2	400	1,305	0,363	50	1,174	0,470	0,517	2,353
1--3	800	0,896	0,249	50	0,585	0,468	0,515	2,351
1--4	390	6,414	1,782	75	3,069	1,197	1,317	3,153
4--5	520	0,522	0,145	50	0,215	0,112	0,123	3,276
4--6	810	5,109	1,419	75	2,014	1,631	1,794	4,947
6--7	850	0,609	0,169	50	0,285	0,242	0,266	5,214
6--8	560	1,392	0,387	50	1,322	0,740	0,814	5,762
8--9	600	1,131	0,314	50	0,898	0,539	0,593	6,354
6--10	690	2,673	0,743	50	4,418	3,048	3,353	8,300

9. Определение отметки необходимой высоты поднятия воды и высоты водонапорной башни

Определение необходимой высоты поднятия воды производится но линии -- от водонапорной башни до точки водоразбора, находящейся в наиболее трудных условиях (наибольшее удаление, высокое расположение на местности, наибольшие расходы), с учетом потерь напора (Дh), возникающих на всем протяжении линии - диктующая точка.

Соответствующий расчет сводится в табл. 4.

В колонке 1 указываются номера диктующих точек;

в колонке 2 -- потери напора на участке от водонапорной башни до диктующей точки;

в колонке 3 - отметки поверхности земли в диктующих точках;

в колонке 6 - отметка необходимой высоты поднятия воды для подачи ее к диктующей точке

где - Минимальный свободный напор, ;

- отметки поверхности земли в диктующей точке и в точке установки водонапорной башни (см. рис. 1);

Таблица 4 Определение отметки необходимой высоты водонапорной башни

Диктующие точки	Потери , м	, м	Высота башни , м
7	5,214	48	14,214
9	6,354	39	6,354
10	8,300	42	11,300

Согласно типовым проектам принимаем высоту водонапорной башни 15 м.

10. Подбор водоподъемного оборудования

Полный напор, м, развиваемый насосом при подаче воды в бак водонаборной башни.



где -напор насоса, м;

- расстояние от поверхности земли до динамического уровня воды в скважине, 30 м;

- высота бака водонапорной башни, =3 м;

- суммарные потери напора в трубопроводе от погружного насоса в водонапорной башне, м;

- отметка поверхности земли у устья скважины, .

Суммарные потери напора в трубопроводе от погружного насоса в водонапорной башне

где - см. табл. 3.

- расстояние от водонапорной башни до скважины, суммированное с заглублением погружного насоса под динамический уровень

По установленным величинам Qн = 15,0 м3/ч =4,17 л/с и Нн = 51,215 м подбираем погружной электронасос. Принимаем насос марки ЭЦВ 6-16-75.

Размещено на Allbest.ru