Гидравлический расчет трубопроводов

Задача 4.1. Жидкость с плотностью р = 850 кг/м3 и вязкостью 2 Ст подается на расстояние l = 20 м по горизонтальной трубе диаметром d = 20 мм в количестве Q = 1,57 л/с. Определить давление и мощность, которые требуются для указанной подачи. Местные гидравлические сопротивления отсутствуют

Задача 4.2. Керосин перекачивается по горизонтальной трубе длиной l = 50 м и диаметром d = 50 мм в количестве Q = 9,8 л/с. Определить потребное давление и необходимую мощность, если свойства керосина: v = 0,025 Ст; р = 800 кг/м3. Труба гидравлически гладкая. Местными гидравлическими сопротивлениями пренебречь.

Задача 4.3. По трубопроводу диаметром d=10 мм и длиной l=10 м подается жидкость с вязкостью v=l Ст под действием перепада давления Ар = 4 МПа; р = 1000 кг/м3. Определить режим течения жидкости в трубопроводе. 

Задача 4.5. На рисунке показан всасывающий трубопровод гидросистемы. Длина трубопровода l=1 м, диаметр d = 20 мм, расход жидкости Q = 0,314 л/с, абсолютное давление воздуха в бачке ро= 100 кПа, Н=1 м, плотность жидкости р = 900 кг/м3. Определить абсолютное давление перед входом в насос при температуре рабочей жидкости t=+25°С (v = 0,2 Ст). Как изменится искомое давление в зимнее время, когда при этом же расходе температура жидкости упадет до - 35 °С (v = 10 Ст).

Задача 4.6. Общая длина одной из исполнительных магистралей гидросистемы l=10 м; диаметр d = 10 мм; скорость движения рабочей жидкости v = 7,5 м/с; вязкость v = 0,5 Ст. В связи с нагреванием рабочей жидкости в системе происходит понижение вязкости до v = 0,15 Ст и турбулизация потока в гидравлически гладкой трубе. Насколько изменится суммарная потеря напора в указанной магистрали при турбулизации потока и неизменном расходе жидкости? 

Задача 4.7. Определить расход керосина в гладкой горизонтальной трубе длиной l = 40 м; диаметром d = 40 мм, если разность давлений в начальном и конечном сечениях трубы р=160 кПа. Вязкость керосина v = 0,02 Ст; плотность р = 800 кг/м3. Указание. Задачу следует решать методом последовательных приближений, задавшись сначала значением коэффициента в первом приближении. 

Задача 4.8. Жидкость с плотностью р = 900 кг/м3 и вязкостью v = 0,01 Ст нагнетается по горизонтальному трубопроводу длиной l = 4 м и диаметром d = 25 мм. Определить давление в начальном сечении, если в конечном сечении трубопровода давление атмосферное, расход жидкости Q = 6 л/с; шероховатость стенок трубопровода 0,06 мм.

Задача 4.9. Жидкость из гидросистемы вытекает в бак через трубопровод 1 длиной l1 = 3 мм диаметром d1 = 15 мм; фильтр Ф, сопротивление которого эквивалентно сопротивлению трубопровода, длиной l = 300d1 и трубопровод 2 длиной l2 = 5 м и диаметром d2 = 25 мм. Определить расход жидкости, если ее вязкость v = 0,5 Ст; плотность р = 900 кг/м3; давление в сечении 0—0 ро = 0,25 МПа; высота фильтра h = 0,3 м. Учесть потерю напора при выходе из трубы в бак. 

Задача 4.10. Определить потребный напор, который необходимо создать в сечении 0-0 для подачи в бак воды с вязкостью v = 0,008 Ст, если длина трубопровода l=80 м; его диаметр d = 50 мм; расход жидкости Q= 15 л/с; высота H0 = 30 м; давление в баке р2 = 0,2 МПа; коэффициент сопротивления крана 5; колена 0,8; шероховатость стенок трубы 0,04 мм.

Задача 4.11. При каком диаметре трубопровода подача насоса составит Q= 1 л/с, если на выходе из него располагаемый напор Hрасп = 9,6 м; длина трубопровода l=10 м; эквивалентная шероховатость 0,05 мм; давление в баке ро = 30 кПа; высота H0 = 4 м; вязкость жидкости v = 0,015 Ст и ее плотность р = 1000 кг/м3? Местными гидравлическими сопротивлениями в трубопроводе пренебречь. Учесть потери при входе в бак.

Задача 4.12. Определить расход в трубе для подачи воды (вязкость v = 0,01 Ст) на высоту H=16,5 м, если диаметр трубы d=10 мм; ее длина l=20 м; располагаемый напор в сечении трубы перед краном Hрасп = 20 м; коэффициент сопротивления крана 4, колена 1. Трубу считать гидравлически гладкой. Указание. Задачу решить методом последовательных приближений, задавшись коэффициентом Дарси , а затем уточняя его.

Задача 4.13. Вода с вязкостью v = 0,02 Ст нагнетается насосом из колодца в водонапорную башню по вертикальному трубопроводу. Определить диаметр трубы от крана К до бака d2, если высота башни H=10 м; глубина погружения насоса H0 = 5 м; высота уровня жидкости в баке h=1 м; длина участка трубопровода от насоса до крана h0 = 3 м; его диаметр d1 = 40 мм; коэффициент сопротивления крана 3 (отнесен к диаметру d1); показание манометра рм = 0,3 мПа; подача насоса Q = 1,5 л/с. Учесть потерю скоростного напора при входе в бак. Трубы считать гидравлически гладкими.

Задача 4.14. Вода по трубе 1 подается в открытый бак и вытекает по трубе 2. Во избежание переливания воды через край бака устроена вертикальная сливная труба 3 диаметром d = 50 мм. Определить необходимую длину L трубы 3 из условия, чтобы при Q1 = 10 л/с и перекрытой трубе 2 (Q2 = 0) вода не переливалась через край бака. Режим течения считать турбулентным. Принять следующие значения коэффициентов сопротивления: на входе в трубу 0,5; в колене 0,5; на трение по длине трубы 0,03; а = 0.

Задача 4.15. Определить расход воды через сифонный трубопровод, изображенный на рисунке, если высота Н1 = 1 м; H2 = 2 м; H3 = 4 м. Общая длина трубы l = 20 м; диаметр d = 20 мм. Режим течения считать турбулентным. Учесть потери при входе в трубу l; в коленах 0,20; в вентиле 4 и на трение в трубе 0,035. Подсчитать вакуум в верхнем сечении х-х трубы, если длина участка от входа в трубу до этого сечения lХ = 8 м.

Задача 4.16. Труба, соединяющая два бака, заполнена жидкостью с вязкостью v = 0,01 Ст и плотностью р = 1000 кг/м3. Определить, при какой высоте H жидкость будет двигаться из верхнего бака в нижний с расходом Q = 0,05 л/с, а при какой высоте H будет двигаться в обратном направлении с тем же расходом, если длина трубы l = 2,5 м; ее диаметр d = 8 мм; коэффициент сопротивления каждого колена 0,5; избыточное давление в нижнем баке ро=7 кПа; вакуум в верхнем баке рвак = 3 кПа. Трубу считать гидравлически гладкой.

Задача 4.17

Какое давление должен создавать насос при подаче масла Q=0.4 л/с при давлении воздуха в пневмогидравлическом манипуляторе p2=2 МПа, если коэффициент сопротивления квадратичного дросселя 100; длина трубопровода от насоса до аккумулятора l=4м; диаметр d=10мм? Свойства масла: плотность - 900 кг/м3, v=0,5 Ст. Коэффициент  отнесен к трубе  d = 10мм

Задача 4.18. Определить абсолютное давление воды перед входом в центробежный насос при подаче Q = 0,628 л/с и высоте всасывания Hвс = 5 м. Всасывающую трубу, длина которой l = 8 м, диаметр d=20 мм, считать гидравлически гладкой. Учесть сопротивление приемного клапана К с фильтрующей сеткой £Кл = 3. Вязкость воды v = 0,01 Ст. Атмосферное давление - 750 мм рт. ст.

Задача 4.20. Определить максимальный расход бензина Q, который можно допустить во всасывающем трубопроводе насоса бензоколонки из условия отсутствия кавитации перед входом в насос, если высота всасывания Hвс=4 м, размеры трубопровода: l = 6 м; d = 24 мм; предельное давление бензина принять рн.п = 40 кПа. Режим течения считать турбулентным. Коэффициент сопротивления приемного фильтра - 2; коэффициент сопротивления трения - 0,03; h0 = 750 мм рт. ст.; рб = 750 кг/м3.

Задача 4.21. Определить минимально возможный диаметр всасывающего трубопровода, если подача насоса Q = 1 л/с; высота всасывания H0=2,5 м; длина трубопровода l=3 м; шероховатость трубы - 0,08 мм; коэффициент сопротивления входного фильтра £ф = 5; максимально допустимый вакуум перед входом в насос рвак = 0,08 МПа; вязкость рабочей жидкости v = 0,01 Ст; плотность р = 1000 кг/м3.

Задача 4.22. Определить расход воды с вязкостью v = 0,01 Ст, вытекающей через трубу из бака, если диаметр трубы d = 20 мм; длина l=10 м; высота H = 8 м; коэффициент сопротивления крана £1 = 3; колена £2=1; шероховатость трубы - 0,05 мм.

Задача 4.23. Определить давление в напорном баке р, необходимое для получения скорости истечения из брандспойта V2 = 20 м/с. Длина шланга l = 20 м; диаметр d1 = 20 мм; диаметр выходного отверстия брандспойта d2 = 10 мм. Высота уровня воды в баке над отверстием брандспойта H = 5 м. Учесть местные гидравлические сопротивления при входе в трубу - 0,5; в кране - 3,5; в брандспойте - 0,1, который отнесен к скорости v2. Шланг считать гидравлически гладким. Вязкость воды v = 0,01 Ст.

Задача 4.24. Вода перетекает из бака А в резервуар Б по трубе диаметром d = 25 мм, длиной l=10 м. Определить расход воды Q, если избыточное давление в баке p1 = 200 кПа; высоты уровней Н1 = 1 м; H2 = 5 м. Режим течения считать турбулентным. Коэффициенты сопротивления принять: на входе в трубу - 0,5; в вентиле - 4; в коленах - 0,2; на трение - 0,025.

Задача 4.25. Даны расход в основной гидролинии Q = 3 л/с и размеры одинаковых по длине l и диаметру d параллельных ветвей (l = 1 м, d=10 мм). В одной из них установлен дроссель с коэффициентом сопротивления - 9. Считая режим течения турбулентным и приняв 0,03, определить расходы в ветвях Q1 и Q2.

Задача 4.26. Трубопровод с расходом жидкости Q = = 0,32 л/с в точке М разветвляется на два трубопровода: 1-й размерами l1 = l,0 м, d1 = 10 мм; 2-й размерами l2 = 2,0 м, d2 = 8 мм. В точке N эти трубопроводы смыкаются. Во 2-м трубопроводе установлен фильтр Ф, сопротивление которого эквивалентно трубе длиной lэ = 200 d2. Определить расход и потерю давления в каждом трубопроводе при р = 900 кг/м3 и v=l Ст.

Задача 4.27. Определить, при каком проходном сечении дросселя расходы в параллельных трубопроводах будут одинаковыми, если длины трубопроводов l1 = 5 м и l2 = 10 м; их диаметры d1=d2=12 мм; коэффициент расхода дросселя - 0,7; вязкость рабочей жидкости v = 0,01 Ст; расход жидкости перед разветвлением Q = 0,2 л/с. Трубопровод считать гидравлически гладким.

Задача 4.28. На трубопроводе диаметром D = 400 мм, подводящем воду к ТЭЦ, установлен трубчатый подогреватель воды. Сумма живых сечений трубок (d = 25 мм) сделана примерно равной площади сечения трубопровода; длина трубок l = 0,5 L; число трубок n = 256. Пренебрегая сопротивлением конусов и потерями на входе в трубки и на выходе из них, определить, во сколько раз сопротивление подогревателя больше сопротивления участка трубопровода диаметром D и длиной L, на место которого установлен подогреватель. Использовать формулу Блазиуса

Задача 4.30. На рисунке показан сложный трубопровод. Определить расходы в каждом из простых трубопроводов, если их длины соответственно равны: l1 = 5 м, l2 = 3 м, l3 = = 3 м, l4 = 6 м, а суммарный расход Q = 6 л/мин. Считать, что режим течения ламинарный, а диаметры трубопроводов одинаковы.

Задача 4.34. Вода подается из бака А в количестве Q1 = 3,2 л/с по трубе 1 длиной l = 6 м и диаметром d = 30 мм к разветвлению М, от которого по двум одинаковым трубам 2 и 3 длиной l и диаметром d подается в резервуары Б и В. Приняв коэффициент сопротивления трения одинаковым и равным - 0,03, а также коэффициенты сопротивлений всех трех кранов одинаковыми и равными £к = 3,5, определить расходы воды Q2 и Q3, подаваемой в бак Б и резервуар В, а также давление в баке А. Сопротивлением колен и тройника пренебречь. Высоты: H1 = 7,4 м; H2 = 4 м; H3 = 0,6 м. Задача 4.34. Предыдущую задачу решить в другой постановке, а именно: при всех тех же размерах и также значениях коэффициентов сопротивлений определить расход Qi на выходе из бака А, а также расходы воды Q2 и Qz, подаваемой в резервуары Б и В. Избыточное давление в баке А считать заданным и равным pi = 86,4 кПа. Указание. Задачу рекомендуется решать графически. Для этого следует рассчитать и построить кривые потребных напоров p/ipg) для трубопроводов 2 и 3 и сложить их по правилу сложения характеристик (кривых потребных напоров) параллельных трубопроодов. Далее, используя известное давление в баке A pi, следует построить зависимость напора в точке разветвления М [pM/(pg)] от расхода, которая в отличие от предыдущих будет нисходящей кривой. Точка пересечения последней с суммарной кривой определяет собой Qi, Q2 и Q3.

Задача 4.35. По трубопроводу длиной l = l1 + l2 + l3 движется жидкость, истекающая по пути следования через дроссели 1..4 в атмосферу. Движение жидкости в трубопроводе на всех участках происходит в области квадратичного сопротивления. Коэффициенты сопротивлений всех дросселей одинаковы и равны. Найти соотношение между участками трубопровода l1,l2,l3 если Q3 = 2Q4; Q2 = 2Q3; Q1 = 2Q2, а диаметр всех труб d.

Задача 4.39. В двигателе внутреннего сгорания подача масла для смазки коренных подшипников коленчатого вала производится насосом Н по трубе размерами l1 = l м; d1 = 10 мм через фильтр Ф и распределительный канал К, от которого отходят три отводных канала размерами l2 = 250 мм; d2 = 4 мм к серединам подшипников. Часть подачи насоса по трубке размерами l3=1 м; d3 = 5 мм подается в радиатор р, из которого по такой же трубке сливается в картер. Определить давление насоса и расход масла через подшипники и радиатор (диаметр шейки коленчатого вала d0 = 50 мм, длина подшипника s = 60 мм). Зазор в подшипниках считать концентрическим и равным 6 = 0,1 мм. Влиянием вращения вала пренебречь. Сопротивление фильтра и радиатора принять эквивалентным сопротивлению трубок длиной lф = 100 d1 и lр= 1300 d3. Свойства масла: р=900 кг/м3; v = 0,3 Ст. Давление в распределительном канале считать постоянным по длине. Режим течения считать ламинарным. Характеристика насоса задана: Q, л/с 0 0,10 0,12 Pн,МПа 0,7 0,6 0

Задача 4.40. Дана схема в двух проекциях жидкостного тракта системы охлаждения V-образного двигателя (дизеля) большой мощности. Центробежный насос Н, имеющий один вход и два выхода, нагнетает жидкость в охлаждающие рубашки блоков Б цилиндров по трубам l1, d1. Из блоков жидкость движется по трубам l2; d2 в радиатор Р, а из радиатора - снова в насос Н по трубе l3; d3. По данным размерам труб, значениям коэффициентов сопротивления блока, радиатора £р и колена £к, а также коэффициента Дарси (режим течения турбулентный) и по характеристике насоса Н при частоте вращения n = 1500 об/мин, требуется: 1. Выразить суммарную потерю напора как функцию расхода и построить характеристику системы, , считая режим сопротивления квадратичным. На том же графике построить характеристику насоса при частоте вращения n = 2400 об/мин в виде кривых Ни n по Q (способ пересчета характеристики насоса изложен в гл. 5). Определить расход воды в системе; напор, создаваемый насосом; к.п.д. насоса и потребляемую мощность. Расход через расширительный бачок считать равным нулю. Данные для расчета: l1 = 0,8 м; d1= d2 = 30 мм; l2 = = 1,8 м; l3 = 0,8 м; ; £к = 0,3; Характеристика насоса при л =1500 об/мин: Q, л/с .1 . .0 1 2 3 4 5 6 7 8 Н, м . . . .6,25 6,35 6,27 6,10 5,9 5,5 5,16 4,6 3,75 n, % . . . .0 24,0 35,0 39,5 40,0 37,0 30,0 20,0 7,0

Задача 4.41. Автомобильный газотурбинный двигатель большой мощности удерживается на заданном режиме центробежным регулятором Р, который пропускает через себя в бак часть подачи насоса. Топливо с плотностью р = 800 кг/м3 подается в камеру сгорания Г, где давлениеро = 0,5 МПа через коллектор К (кольцевую трубу) и шесть форсунок Ф с отверстиями dф = 1 мм и коэффициентами расхода - 0,25. Определить весовой расход топлива двигателем и мощность, потребляемую насосом, при следующих размерах труб: l1=А м; l2 = 4 м; l3=1 м; l4 = 5 м; d1 = d2 = 5 мм; d3 = 4 мм. Принять режим течения турбулентным, а коэффициент Дарси - 0,04. Рабочий объем насоса V = 5 см3/об; частота вращения n = 8400 об/мин; полный к.п.д. насоса - 0,80 при давлении p=1,2 МПа (кпд - 0,86). Центробежный регулятор рассматривать как дроссель с отверстием, площадь которого 5—1 мм2; коэффициент расхода - 0,7.

Задача 4.42. На рисунке показана упрощенная схема системы охлаждения автомобильного двигателя, состоящая из центробежного насоса Н, охлаждающей рубашки блока цилиндров Б, термостата Т, радиатора Р и трубопроводов. Черными стрелками показано движение охлаждающей жидкости при прогретом двигателе, а светлыми стрелками — при холодном двигателе, когда радиатор посредством термостата 3 отключен. Расчетно-графическим методом определить расход Q охлаждающей жидкости в системе в двух случаях: двигатель прогрет и двигатель холодный. Даны следующие величины: длина трубы от радиатора до насоса l1 = 0,4 м; от блока до радиатора l2 = 0,3 м; от блока цилиндров до насоса l3 = 0,2 м; диаметр всех труб d = 30 мм; коэффициенты сопротивлений: охлаждающей рубашки £1 = 2,8; радиатора £2=1,4; термостата при отключенном радиаторе £з=1,2 и при включенном радиаторе £з = 0,3; плотность охлаждающей жидкости р = 1010 кг/м3; ее кинематическая вязкость на прогре-том двигателе v = 0,28 Ст и на холодном двигателе v' = 0,55 Ст; частота вращения вала насоса п = 4000 об/мин. Характеристика насоса при частоте вращения п1 = = 3500 об/мин задана: Q, л/мин 0 100 200 300 400 500 600 H, м 14,0 13,7 13,3 13,0 12,2 10,8 9,5 Указание. Следует рассчитать и построить характеристику системы охлаждения для двух указанных случаев. На тот же график нанести характеристику насоса, пересчитанную с частоты вращения rti на частоту п (см. гл. 5).

 

Автор страницы: admin