Истечения жидкости через отверстия

Задача 3.1. Определить расход жидкости (р = 800 кг/м3), вытекающей из бака через отверстие площадью S0= 1 см2. Показание ртутного прибора, измеряющего давление воздуха, h = 268 мм, высота H = 2 м, коэффициент расхода отверстия 0,60. 

Задача 3.2. Определить скорость перемещения поршня вниз, если к его штоку приложена сила F=10 кН. Поршень диаметром D = 50 мм имеет пять отверстий диаметром do = 2 мм каждое. Отверстия рассматривать как внешние цилиндрические насадки с коэффициентом расхода 0,82; р = 900 кг/м3. 

  

Задача 3.3. Определить направление истечения жидкости (р = рВод) через отверстие do=5 мм и расход, если разность уровней H = 2 м, показание вакуумметра рвак соответствует 147 мм рт. ст., показание манометра рм = 0,25 МПа, коэффициент расхода 0,62. 

 

Задача 3.4. Определить коэффициент сопротивления многоступенчатого дросселя, отнесенный к скорости в трубке диаметром d = 10 мм, если дроссель состоит из пяти ступеней. Каждая ступень представляет собой отверстие диаметром do=2 мм в стенке толщиной 8=1,0 мм. Принять коэффициент расхода такого отверстия равным 0,62 и считать, что взаимное влияние ступеней дросселя отсутствует (скорость в промежутках между стенками гасится до нуля), а полная потеря напора распределяется между ступенями поровну. Определить полную потерю давления в дросселе при скорости течения в трубке v = 1 м/с, если плотность жидкости р = 850 кг/м3. 

 

Задача 3.5. Из резервуара, установленного на полу и заполненного жидкостью до высоты Н, происходит истечение жидкости через отверстие в стенке. На какой высоте у должно быть отверстие, чтобы расстояние х до места падения струи на пол было максимальным? Определить это расстояние. Жидкость считать идеальной. 

 

 Задача 3.6. Жидкость вытекает через сопло диаметром d0, устроенное в горизонтальном дне сосуда. Найти связь между диаметром струи d и высотой z, если напор равен H. Сопротивлениями пренебречь. 

 Задача 3.7. При исследовании истечения через круглое отверстие диаметром do=10 мм получено: диаметр струи dc=8 мм; напор Н=2 м; время наполнения объема V = 10 л; t = 32,8 с. Определить коэффициенты сжатия е, скорости ф, расхода и сопротивления. Распределение скоростей, по сечению струи принять равномерным. 

Задача 3.8. При истечении жидкости через отверстие диаметром do=10 мм измерены: расстояние х = 5,5 м (см. рис.), высота y=4 м, напор Н=2 м и расход жидкости Q = 0,305 л/с. Подсчитать коэффициенты сжатия , скорости ф, расхода и сопротивления. Распределение скоростей по сечению струи считать равномерным. Сопротивлением воздуха пренебречь. 

 

 Задача 3.9. На рисунке показана схема устройства для исследования истечения через отверстия и насадки. Резервуар с жидкостью укреплен на двух опорах А и имеет возможность покачиваться в плоскости чертежа. При истечении из отверстия или насадка сила реакции струи выводит резервуар из положения равновесия, однако груз весом G возвращает его в это положение. Подсчитать коэффициенты сжатия струи, скорости, расхода и сопротивления при истечении воды, если известны размеры а= 1 м, b = 1 м, диаметр отверстия do=10 мм. При опыте измерены: напор H=2 м, расход Q = 0,305 л/с и вес груза G = 1,895 Н. Распределение скоростей в сечении струи принять равномерным. P.S Ответы немного не сходятся с тем что указано в таблице ответов. Вроде все перепроверял, может опечатка в таблице или в условии. 

  

Задача 3.10. На рисунке изображена схема устройства, известного под названием «Геронов фонтан». Трубы A и B заполнены водой, а труба В — воздухом. Объяснить принцип действия и определить скорость истечения воды из насадка (сопла) этого фонтана, если размеры H1 = 24 м, H2 = 4 м, H3 = 0,4 м. Потерями напора в системе и весом воздуха в трубе В пренебречь. 

Задача 3.11. «Сосуд Мариотта» представляет собой плотно закрытый сосуд, в крышке которого укреплена трубка, сообщающая сосуд с атмосферой. Трубка может быть укреплена на различной высоте. В стенке сосуда имеется отверстие диаметром do=10 мм, через которое происходит истечение в атмосферу. Какое давление установится в сосуде на уровне нижнего обреза трубки при истечении? Определить скорость истечения и время опорожнения «сосуда Мариотта» от верха до нижнего обреза трубки. Объемом жидкости в трубке и сопротивлением при истечении пренебречь (е=1). Форма сосуда цилиндрическая, D = 100 мм; H=2 м, h1 =0,2 м, h2= 1 м. 

 

Задача 3.12. Как изменится расход воды Q (%) через внешний цилиндрический насадок (0,82) диаметром do = 20 мм, если к нему привинтить цилиндрическую трубку диаметром d = 30 мм и получить истечение с заполнением выходного сечения трубки? Потерей на трение по длине пренебречь. Подсчитать максимальный расход, при котором возможно такое истечение. Принять коэффициент сжатия струи внутри насадка 0,64; hA = 750 мм рт. ст.; hнп = 40 мм рт. ст. 

 Задача 3.13. Для сопла-заслонки, изображенной на схеме, определить силу, с которой жидкость воздействует на заслонку в следующих случаях: 1) когда заслонка плотно прижата к торцу сопла (х = 0) и истечения жидкости не происходит и 2) когда расстояние х достаточно велико и истечение происходит так, как показано на схеме. Давление в широкой части сопла (сечение 0-0) ро = 3 МПа, скорость Vо = 0 в обоих случаях. Диаметр выходного канала сопла d = 2 мм; а коэффициент расхода 0,85. Чему было бы равно отношение сил F2/F1 в двух случаях при отсутствии потерь напора в сопле? 

Задача 3.14. Через жиклер, представляющий собой отверстие диаметром do = 2 мм в стенке толщиной 5 мм, происходит истечение жидкости в полость, заполненную той же жидкостью при избыточном давлении P2=1 МПа. Определить давление по другую сторону стенки Pо, при котором внутри жиклера возникает кавитация. Давление насыщенных паров жидкости соответствует hнп = 60 мм рт. ст., р = = 850 кг/м3. Коэффициент сжатия струи внутри жиклера принять равным 0,64; коэффициент расхода, равный коэффициенту скорости, 0,82. Какой будет расход Q при начале кавитации? Указание. Следует записать уравнение Бернулли для сечений 1-1 и 2-2, при этом учесть потерю напора на внезапное расширение по теореме Борда и использовать уравнение расхода. 

Задача 3.15. Вода под избыточным давлением p1 = = 0,3 МПа подается по трубе с площадью поперечного сечения S1 = 5 см2 к баллону Б, заполненному водой. На трубе перед баллоном установлен кран К с коэффициентом местного сопротивления 5. Из баллона Б вода вытекает в атмосферу через отверстие площадью SО=1 см2; коэффициент расхода отверстия равен 0,63. Определить расход воды Q. Указание. Записать уравнение Бернулли для сечений 1-1 и 2-2 и основную формулу для расхода при истечении. 

 

Задача 3.18. Вода по трубе Т подается в резервуар A, откуда через сопло диаметром d1 = 8 мм перетекает в резервуар Б. Далее через внешний цилиндрический насадок d2= 10 мм вода попадает в резервуар В и, наконец, вытекает в атмосферу через внешний цилиндрический насадок d3 = 6 мм. При этом H =1,1 м; b = 25 мм. Определить расход воды через систему и перепады уровней h1 и h2. Коэффициенты истечения принять: 0,97 

  

Задача 3.20. На рисунке показана упрощенная схема самолетного гидропневмоамортизатора. Процесс амортизации при посадке самолета происходит за счет проталкивания рабочей жидкости через отверстие d = 8 мм и за счет сжатия воздуха. Диаметр поршня D = 100 мм. Определить скорость движения цилиндра относительно поршня в начальный момент амортизации, если первоначальное давление воздуха в верхней части амортизатора р1 = 0,2 МПа, расчетное усилие вдоль штока G = 50 кН, коэффициент расхода отверстия 0,75, плотность рабочей жидкости р = 900 кг/м3. 

Задача 3.21. На рисунке изображена схема регулируемого игольчатого дросселя. Определить, на какое расстояние l необходимо вдвинуть иглу в дросселирующее отверстие для обеспечения перепада давления р = p1— p2 = 3 МПа, если угол иглы а = 30°, диаметр дросселирующего отверстия D = 6 мм 

Задача 3.22. Воздух под избыточным давлением р0 подается к пневмодатчику детали А. Проходя через пневмодрос-сель Д с проходным сечением (диаметром d=1 мм), затем через зазор, образуемый срезом сопла С и поверхностью детали A, воздух поступает в атмосферу. Определить, при каком зазоре х показание манометра М будет равно 0,5ро, если диаметр среза сопла d2=1,5 мм. Коэффициенты расхода через дроссель Д и зазор одинаковы. Считать воздух несжимаемым, его скорость в камерах В и К равна нулю. 

 

Задача 3.23. Определить ширину проходного отверстия b и жесткость пружины с переливного клапана, который начинает перекрывать проходное отверстие при падении давления на входе рвх до 10 МПа и полностью перекрывает его при Pвх = 9 МПа. Перепад давления на агрегате р = PВХ - Рсиcт при полностью открытом золотнике и расходе Q = 1,5 л/с должен быть 0,3 МПа. Проходное отверстие выполнено в виде кольцевой щели, диаметр золотника D = 12 мм, коэффициент расхода окна золотника 0,62; р = 850 кг/м3 

 Задача 3.24. Определить значение силы F, преодолеваемой штоком гидроцилиндра при движении его против нагрузки со скоростью v = 20 мм/с. Давление на входе в дроссель рн = 20 МПа; давление на сливе рс = 0,3 МПа; коэффициент расхода дросселя 0,62; диаметр отверстия дросселя d=l,2 мм; D = 70 мм; dш = 30 мм; р = 900 кг/м3.

 

Задача 3.25. Определить диаметр отверстия дросселя, установленного на сливе из гидроцилиндра, при условии движения штока цилиндра под действием внешней нагрузки F = 60 кН со скоростью v = 200 мм/с. Диаметры: штока dш = 40 мм, цилиндра D = 80 мм, коэффициент расхода дросселя 0,65, плотность жидкости р = 850 кг/м3, давление на сливе рс = 0,3 МПа. 

  Задача 3.26. Определить время полного хода поршня гидроцилиндра при движении против нагрузки, если давление на входе в дроссель рн = 16 МПа, давление на сливе рс = 0,3 МПа. Нагрузка вдоль штока F = 35 кН, коэффициент расхода дросселя 0,62, диаметр отверстия в дросселе dдр=1 мм, плотность масла р=900 кг/м3, диаметры: цилиндра D = 60 мм, штока d=30 мм; ход штока L = 200 мм. 

Задача 3.27. Жидкость с плотностью р = 850 кг/м3 подается от насоса в гидроцилиндр, а затем через отверстие в поршне площадью S0 = 5 мм2 и гидродроссель Д в бак (рб = 0). 1) Определить, при какой площади проходного сечения дросселя Д поршень будет находиться в неподвижном равновесии под действием силы F = 3000 Н, если диаметр поршня D=100 мм, диаметр штока dш = 80 мм, коэффициент расхода отверстия в поршне 0,8, коэффициент расхода дросселя 0,65, давление насоса рн =1 МПа. 2) Определить площадь проходного сечения дросселя Д, при которой поршень будет перемещаться со скоростью vn=1 см/с вправо. 

 

Задача 3.28. Правая и левая полости цилиндра гидротормоза, имеющего диаметр поршня D = 140 мм и диаметр штока dш = 60 мм, сообщаются между собой через дроссель с площадью проходного сечения Sдр = 20 мм2 и коэффициентом расхода 0,65. Определить время, за которое поршень переместится на величину хода l = 350 мм под действием силы F= 15 кН, плотность жидкости р = 900 кг/м3. 

 Задача 3.29. Изображенный на рисунке переливной клапан плунжерного типа предназначен для того, чтобы поддерживать заданное давление жидкости на входе р1 путем непрерывного ее слива. Однако точность поддержания давления зависит от размера клапана и характеристики пружины. Найти связь между расходом через клапан Q и давлением р1, если известны следующие величины: диаметр клапана d,постоянное давление на выходе из клапана р2 сила пружины Fnр о при y = 0; жесткость пружины с; коэффициент расхода щелевого отверстия, не зависящий от высоты подъема у. Можно считать, что давление р1 равномерно распределено по площади клапана nd2/4. Задачу решить в общем виде. 

Задача 3.30. Обратный клапан диаметром d = 20 мм служит для пропуска жидкости (р = 900 кг/м3) только в одном направлении. Определить перепад давления р = р1-р2 на клапане, если p1 = l,6 МПа. Жесткость пружины с = 13 Н/мм, ее предварительное поджатие yо = 8 мм, максимальный ход клапана l = 3 мм, коэффициент расхода 0,8, объемный расход Q = l л/с. 

Задача 3.31 Редукционный клапан предназначен для обеспечения постоянного давления на выходе из него р2 = 11 МПа. Определить требуемые жесткость пружины и ее предварительное поджатие (при полностью открытом клапане), обеспечивающие изменение давления за клапаном р2 = ±4%/P2, если его диаметр d=12 мм, максимальный ход t = 3 мм, угол конуса а = 60°, коэффициент расхода дросселирующей щели А 0,8, плотность рабочей жидкости р = 900 кг/м3. Каков максимальный расход жидкости через клапан, если максимальное давление перед ним р1 = 12 МПа? Указание. Площадь проходного сечения конусной щели А определить по упрощенной формуле Sщ = пdh sin (a/2), где h — ход клапана. 

 

Задача 3.32. Считая жидкость несжимаемой, определить скорость движения поршня под действием силы F= 10 кН на штоке, диаметр поршня D = 80 мм, диаметр штока d = 30 мм, проходное сечение дросселя Sдр = 2 мм2, его коэффициент расхода 0,75, избыточное давление слива рс = 0, плотность рабочей жидкости р = 900 кг/м3.

 

 Задача 3.36. Определить расход бензина через жиклер Ж карбюратора диаметром d = 1,2 мм, если коэффициент расхода жиклера 0,8. Сопротивлением бензотрубки пренебречь. Давление в поплавковой камере атмосферное. Дано разрежение (вакуум) в горловине диффузораPВАК = 18 кПа, рб = 750 кг/м3. 

Задача 3.37. На рисунке показан простейший карбюратор двигателя внутреннего сгорания. Поток воздуха, засасываемого в двигатель, сужается в том месте, где установлен распылитель бензина (обрез трубки). Скорость воздуха в этом сечении возрастает, а давление падает. Благодаря этому бензин подсасывается из поплавковой камеры и вытекает через распылитель, смешиваясь с потоком воздуха. Найти соотношение между массовыми расходами воздуха и бензина Qвоз/Qб, если известны: размеры D = 30 мм; dж = 1,8 мм; коэффициент сопротивления воздушного канала до сечения 2-2 £в = 0,05; коэффициент расхода жиклера 0,8. Сопротивлением бензотрубки пренебречь. Плотности: воздуха рВОЗ=1,25 кг/м3; бензина рб = 750 кг/м3. Указание. Следует записать уравнение Бернулли для воздушного потока (сечение 0-0 и 2-2) и уравнение истечения для бензина. При этом учесть, что давления бензина и воздуха в сечении 2-2 одинаковы. 

 Задача 3.38. К поршню ускорительного насоса карбюратора диаметром D=16 мм приложена сила F = 5 H. Вследствие этого бензин движется по каналу диаметром d = 2 мм через клапан К, а затем через жиклер диаметром dж = 0,8 мм вытекает в воздушный поток. Определить расход бензина, приняв следующие коэффициенты: сопротивления клапана £к=10 (отнесено к d); расхода жиклера 0,8 (отнесено к dж). Давления воздуха над поршнем и в воздушном потоке одинаковы. Сопротивлением канала (диаметром d) пренебречь, плотность бензина р = 750 кг/м3.  

Задача 3.39. Даны разрежение в горловине диффузора карбюратора рВак = 10 кПа и диаметры жиклеров: экономического dж1 = 1 мм и главного dж2 = 0,8 мм. Определить расход бензина через главную дозирующую систему, считая коэффициенты расхода жиклеров одинаковыми: 0,8; рб = 700 кг/м3 

  

Задача 3.40. На рисунке изображена схема автомобильного карбюратора, которая обеспечивает обеднение смеси при большом разрежении в диффузоре 1 за счет того, что в рас¬пылитель 2 кроме топлива через основной дозирующий жиклер 4 будет поступать воздух через трубку 3. Определить максимальный расход топлива Q без подсоса воздуха в распылитель, если высота жидкости в поплавковой камере h = 20 мм; диаметр жиклера 4 dж = 3 мм; коэффициент расхода 0,8.

Задача 3.41. На рисунке изображена система карбюратора двигателя внутреннего сгорания с ускорительным насосом для мгновенного обогащения топливной смеси. При резком открытии дроссельной заслонки 1 поршень 2 ускорительного насоса движется вниз. Под действием давления, возникшего под поршнем, открывается клапан 3 (клапан 4 закрыт) и топливо подается в диффузор карбюратора дополнительно, помимо основной дозирующей системы, состоящей из жиклера 5 и распылителя 6. Определить, во сколько раз увеличится подача топлива в диффузор, если в его горловине давление рвак = 0,02 МПа; расход топлива через основную дозирую¬щую систему Q = 8 см3/с; диаметр трубопровода ускорительного насоса d = 2 мм; коэффициент расхода клапана = 0,78; проходное сечение клапана Sк = 0,4 мм2; скорость движения поршня ускорительного насоса v = 0,1 м/с; диаметр поршня D=10 мм; высота h = 20 мм; радиальный зазор между поршнем и цилиндром 6 = 0,1 мм; вязкость топлива v = 0,01 Ст, его плотность р = 800 кг/м3. Потерями напора в трубопроводах пренебречь. Учесть утечки через щелевой зазор между поршнем и цилиндром, считая их соосными.

 

Задача 3.42. Воздух плотностью рв=1,28 кг/м3 всасывается двигателем через фильтр 1 с коэффициентом сопротивления £ф = 3 (отнесен к d1), затем по трубе диаметром d1 = 50 мм попадает в диффузор 2 карбюратора, сопло которого имеет коэффициент сопротивления £с = 0,1 (отнесен к d2). В узком сечении диффузора диаметром d2 = 30 мм расположено выходное отверстие распылителя 3. Благодаря разрежению, возникающему в горловине диффузора, бензин с плотностью рб = 790 кг/м3 подсасывается из поплавковой камеры 4 и через жиклер 5 с коэффициентом расхода 0,6 и распылитель попадает в воздушный поток. Свободная поверхность бензина в поплавковой камере находится ниже выходного отверстия распылителя на высоту h=10 мм. Определить диаметр отверстия жиклера d для обеспечения коэффициента избытка воздуха а = 1. Гидравлическими потерями трубки распылителя пренебречь.

  

Задача 3.44. Сравнить времена опорожнения одинаковых конических сосудов с углом конуса L и высотой h0, один из которых расположен вершиной вверх (а), а другой — вершиной вниз (б). В обоих случаях истечение происходит через отверстие диаметром d0 с коэффициентом расхода. Давление на свободной поверхности жидкости считать атмосферным, а течение — установившимся. Принять, что h0>d0. 

 Задача 3.47. На рисунке показана схема автомобильного гидроамортизатора двойного действия. При плавном движении поршня 1 вниз (ход сжатия) жидкость изпод поршня перетекает в пространство над поршнем через отверстия 2 и 7, а через отверстия 4 закрытого клапана 5 в компенсационную кольцевую полость 6, в верхней части которой воздух сжимается. При обратном плавном движении поршня 1 вверх (ход отбоя) жидкость перетекает в нижнюю полость через отверстия 7 и 8. Кроме того, часть жидкости возвращается из компенсационной полости через открывающийся при этом клапан 5 5. При резком отбое перетекание жидкости обеспечивается еще открытием клапана 9 (при резком ходе сжатия открывается клапан, который на схеме не показан). Так как пружины клапанов 3 и 5 являются слабыми, а каналы достаточно велики, то сопротивление этих клапанов пренебрежимо мало. Поэтому основным сопротивлением потоку жидкости при ходе сжатия являются калиброванные отверстия 4 в клапане 5, а при ходе отбоя — калиброванные отверстия 7 в клапане 9. Определить скорости перемещения поршня относительно цилиндра при плавном ходе сжатия (v1) и плавном ходе отбоя (v2), если значение силы вдоль штока F = 400 Н, которая направлена в первом случае вниз, а во втором — вверх. Диаметры: поршня D = 40 мм, штока d=16 мм. Площадь отверстий 7 S1 = 1,0 мм2; площадь отверстий 4 S2 = 0,2 мм2. Коэффициенты расхода отверстий принять одинаковыми 0,60. Давление воздуха в полости 6 не учитывать, р = 850 кг/м3. Указание. Ввиду малости сопротивлений клапанов 3 и 5 считать при ходе сжатия давления жидкости по обе стороны поршня одинаковыми, а при ходе отбоя давление под поршнем принять за атмосферное. Для обоих случаев записать уравнение равновесия поршня и уравнение истечения. 

  

Автор страницы: admin