СЕМІНАРСЬКЕ ЗАНЯТТЯ № 3

Тема: Режими руху рідини. Число Рейнольдса. Витрати напору. Коефіцієнт Дарсі. Формула Дарсі-Вейсбаха. Коефіцієнт місцевого опору. Гідравлічний розрахунок трубопроводів. Витікання рідин крізь отвори та насадки.

Питання до семінару з гідродинаміки.

ü Поняття траєкторії руху рідин, трубка течії, елементарна струминка, трубка струму, потоку рідини. Відповідь пояснити малюнками.

ü Площа живого перерізу потоку, змочений периметр, гідравлічний радіус. Привести приклади.

ü Визначення об'ємної і масової витрати рідин. Одиниці їх вимірювання в СІ.

ü Середня швидкість рідини. Прилади для вимірювання швидкості рідин.

ü Рівняння нерозривності для потоку.

ü Розглянути, графічно зобразити рівняння Бернуллі для ідеальної та реальної рідини, пояснити фізичний зміст кожного визначення.

ü Ламінарний та турбулентний режими течії рідини. Привести приклади. Розглянути дослід Рейнольдса.

ü Формула для призначення критерію Рейнольдца, при напірному русі. Критичне число Рейнольдса, його значення.

ü Опір тертя по довжині. Формула Дарсі, дати пояснення. Формула для визначення витрат.

ü Перерахуйте види місцевих опорів, виконати їх схематично. Формула для визначення витрат напору від місцевих опорів.

ü Визначення повної витрати напору рідини при її русі по трубам від лінійних і місцевих опорів.

ü Призначення трубопроводу. Дати визначення простого та складного трубопроводів.
Розглянути класифікацію трубопроводів.

ü Описати явища гідравлічного удару в трубах. Формула для визначення підвищення тиску при гідравлічних ударах.

ü Кавітація і випадки її виникнення в трубах. Порушення, викликані явищем кавітації. Заходи боротьби з кавітацією.

ü Розглянути процес витікання рідин через отвір у тонкій стінці (намалювати схему посудини з отвором) для визначення швидкості і витрати рідин.

ü Насадки. Перерахувати типи насадків. Що робиться з рідиною при витіканні її крізь насадки?

Таблиця 1 – Розподіл за варіантами (за номером журналу)

	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
пит	6	8	7	9	10	1	2	3	4	5
	11	12	13	15	16	13	14	15	16	9

Розв`язання задач

Задача 1. Визначити витрату рідини, що проходить через трубу діаметром d= 85 мм з повним заповненням, якщо середня швидкість потоку v = 1,4 м/с.

Задача 2. Визначити середню швидкість руху рідини в трубі діаметром d=25 мм, заповненої повним перерізом при пропуску витрати води Q = 0,95 л/с.

Задача 3. Визначити середню швидкість і витрату рідини в перетині більшого діаметра конічної труби, якщо d₁ = 250 мм, d2 = 80 мм і середня швидкість в перетині меншого діаметра v = 3,0 м/с.

Задача 4. Між двома пунктами А і Б на горизонтальній місцевості прокладено водогін зі стальних труб довжиною 1000м і діаметром 0,25м. Витрата 150 м³/год і гідравлічний коефіцієнт тертя 0,02. Визначити втрати напору по довжині і напір у кінці трубопроводу , якщо у пункті А встановлена водонапірна башта висотою .

Задача 5. Визначити місцеві втрати , якщо рідини рухається зі швидкістю 2,5 м/с крізь циліндричний трубопровід з гострими кромками, двома колінами(при , повністю відкриту задвижку з виходом з труби у резервуар під рівень рідини.

Задача 6. Підібрати площу живого перерізу потоку каналу прямокутного перерізу для пропуску витрати 120 м³/год при середній швидкості 15м/с.

Задача 7. Визначити середню швидкість перерізу рідини у трубі діаметром 0,15м, що заповнена повністю, при пропуску витрати води 156 м³/год.

Задача 8.Визначити режим руху води у трубі діаметром 80 мм при швидкості 0,25 м/с; кінематичний коефіцієнт в’язкості води 10 м.

Задача 9.Обчислити критичну швидкість, при якій настає перехід від ламінарного режиму доперехідної зони в трубі діаметром 25 см під час руху води при температурі 20°С.

Задача 10.Обчислити критичну швидкість, при якій настає перехід від ламінарного режиму доперехідної зони в трубі діаметром 15 см під час руху води при температурі 22°С.

Задача 11.Обчислити критичну швидкість, при якій настає перехід від ламінарного режиму доперехідної зони в трубі діаметром 5 см під час руху води при 18°С.

Задача 12.У трубі діаметром 120 мм протікає масло, питома маса якого 920 кг/м³, кінематичнав'язкість 1,5 см²/с. Витрата масла 25 л/с. Перевірити, чи режим руху ламінарний, та обчисліть швидкість на осі труби і витрати тиску на одиницю довжини трубки.

Задача 13.Визначити витрати Q, м³/c в горизонтальному трубопроводі змінного перерізу , швидкість V, м/c на кожному із дільниць та побудувати п’єзометричну лінію , якщо є Н=200м , d₁ =25см, d₂ =52см_, d₃=15см.

Задача 14.Визначте швидкість витікання і витрату для випадку , якщо рухається нев`язка рідина. Як зміниться витрата , якщо сумарні втрати напору в системі ( =10 м ) , вважаючи , що d₁ =50см; d₂=20см, l₁ =100м ; l₂ =120м ; d₃ =10см; Н=300 м.

Задача 15.Масло, кінематична в'язкість якого 10 см²/с, протікає в трубці діаметром 15 мм. Визначте витрату, середню швидкість і максимальну швидкість, якщо втрати напору на одиницю довжини трубки дорівнюють 0,6 м/м.

Задача 16. У трубі діаметром 200 мм протікає масло, питома маса якого 910 кг/м³, а кінематична в'язкість 1,2 см²/с. Витрата масла 20 л/с. Перевірте, чи режим руху ламінарний, та обчисліть швидкість на осі труби і втрати тиску на одиницю довжини труби.

Задача 17. Визначте гідравлічний коефіцієнт тертя під час руху води (v=10~^s м²/с) в новому чавунному трубопроводі діаметром 125 мм зі швидкістю 1,5 м/с.

Задача 18. Визначте напір, який потрібно створити на початку трубопроводу для подачі в бак води в’язкістю 6·10^-3 см²/с. Довжина трубопроводу 180 м, його діаметр 120 мм, витрата води 10 л/с, висота Н_г = 25 м, тиск у баці 230 кПа.

Задача 18. Визначити швидкість витікання і витрати води з бака крізь круглий отвір , якщо перевищення рівня води над центром отвору . Коефіцієнт витрати .

Задача 19. З закритого резервуара через зовнішній циліндричний насадок діаметром 8 см витікає вода в атмосферу при висоті рідини над насадком 3 м. Визначити швидкість витікання і витрати води з бака .Як зміниться витрата якщо насадок замінити малим отвором такого ж діаметра в тонкій стінці ?

Задача 20. Визначити витрату і швидкість витікання нафти з резервуара через отвір діаметром 1 см і через коноідальний насадок того ж діаметру при напорі 4 м .

Задача 21. Визначити величину підвищення тиску в сталевому трубопроводі при прямому гідравлічному ударі, якщо швидкість води в трубі до удару була ω = 2 м/с, діаметр труби 0,2 м, товщина стінок 0,005 м. Модуль пружності води 2,1*10 Па модуль пружності матеріалу труби Е = 2,1*10 Па, густина води = 1000 кг/м3.

Задача 22. Визначити витрату Q води, витікаючої через зовнішній циліндровий насадок (d = 10 см), якщо напор Н = 2 м при сталому русі (Н = const). Як зміниться витрата якщо насадок замінити малим отвором такого ж діаметра в тонкій стінці ?

Задача 23. Визначити швидкість витікання і витрату води з бака через круглий отвір d = 10 см, якщо перевищення рівня води над центром отвору Н = 5 м. Коефіцієнт витрати 0,62.

Таблиця 1.- Розподіл задач за варіантами

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
5	6	7	8	9	10	1	2	3	4
11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
5	17	18	19	20	21	22	23	6	7
21	22	23	24	25	26	27	28	29	30
15	16	11	12	13	14	1	2	3	4

2 Тестування

Для отримання результату поставте позначку на правильній відповіді :

№	Визначення	+або -
1	Лінією течії називається крива, дотична до якої в кожній точці збігається з напрямом вектора швидкості в рідині.
2	Нерухомий об'єм рідини певних розмірів називається потоком рідини.
3	Витрата Q - це об'ємна кількість рідини, що протікає через живий переріз потоку за одиницю часу.
4	Для зручності обчислень введено поняття середньої швидкості v = Q*S.
5	У різних перерізах потоку з різними площами витрата буде незмінною, тобто Q= ϑ ₁S₁ =ϑ₂S₂.
6	Рівняння Бернуллі - одне з основних рівнянь гідравліки.
7	Для визначення поздовжніх втрат напору h₁ використовують формулу Дарсі – Вайсбаха h₁ = λ*1/d*u²/d2g.
8	Збільшення повного напору відносно довжини називається гідравлічним похилом.
9	Відношення зміни п'єзометричного напору до ширини потоку - п'єзометричний похил.
10	Відношення зміни геометричної висоти до довжини потоку називається геометричним похилом.
11	Поздовжні втрати напору, пов'язані з довжиною і діаметром трубопроводу.
12	Місцеві втрати напору пов'язані зі зміною конфігурації потоку на великій ділянці.
13	Течія рідини має два режими руху - ламінарний та турбулентний.
14	Режим руху рідини визначають за допомогою безрозмірного числа Рейнольдса Re=4vR*v.
15	При ламінарному режимі коефіцієнт Дарсі обчислюють теоретично : λ = 76/Re.
16	При турбулентному режимі рідина не перемішується, не виникає пульсація швидкостей і тисків.
17	Місцеві втрати напору пов'язані з опором з урахуванням кранів, засувок, колін тощо.
18	Місцевими опорами є розширення та звуження русла, поворот, розгалуження потоку, шайба, діафрагма, вентиль,кран тощо.
19	Втрати напору на місцевих опорах визначають за допомогою формули Вайсбаха =ξv²/2g.
20	Для збільшення втрат напору труби різного діаметра з'єднують конічною вставкою - дифузором.

Критерії оцінювання :

“12” – 20; “11” – 19; “10” – 18; “9” – 17; “8” – 16; “7” – 15-13;

“6” – 12-10; “5” – 9-8; “4” – 7-6; “3” – 5-4; “2” – 3; “1” – 2.