Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Гидравлика. РГР для СТ(бакалавры) 12-13 уч. г....doc
Скачиваний:
5
Добавлен:
01.03.2025
Размер:
1 Мб
Скачать
☆

1.Контрольная работа 1

Цель контрольных заданий - способствовать более глубокому изучению основных положений гидравлики и аэродинамики и лучшему усвоению приемов использования этих положений для решения инженерных задач.

Прежде чем приступить к выполнению контрольного задания, необходимо хорошо изучить соответствующие разделы курса гидравлики и аэродинамики. Сталкиваясь с той или иной расчетной формулой, студент должен научиться не только применять эту формулу для расчета, но и понять ее сущность и те закономерности, которые она отражает, а также проанализировать размерности входящих в нее величин.

Ответы на контрольные вопросы должны быть краткими, но не в ущерб ясности и полноте изложения. Следует обращать внимание на правильность терминологии и четкость ответов. Ответы на вопросы необходимо писать лишь после того, как проработана вся тема в целом, но отнюдь не в процессе ее изучения, так как законченный и четкий ответ можно дать только после изучения всей темы. Номера вопросов, на которые следует ответить, и номера задач, которые нужно решить, определяются по таблице вариантов в зависимости от сочетания букв в фамилии студента. Номер первой задачи соответствует первой букве фамилии, второй задачи-второй букве. Номера вопросов определяют по имени студента. Например, студент Петров Николай должен решить задачи 1.9, 2.4, 3.11 и ответить на вопросы 8, 16, 29, 38. Если фамилия или имя студента содержит меньше букв, чем число задач или вопросов, то номера последующих задач и вопросов будут соответствовать последней букве. Численные значения к задачам выбираются по последнему номеру зачётной книжки.

В начале контрольной работы необходимо привести свою фамилию и имя, а также перечислить номера задач и вопросов.

Таблица 1.1 – Номера задач и вопросов к контрольной работе 1

Буквы алфавита

Номера задач выбираются по фамилии

Вопросы выбираются по имени

1

2

3

а

1.1

2.1

3.1

1, 13, 25

б, в

1.2

2.2

3.2

2, 14, 26

г, д

1.3

2.3

3.3

3, 15, 27

е, ж, з, и

1.4

2.4

3.4

4, 16, 28

к

1.5

2.5

3.5

5, 17, 29

л

1.6

2.6

3.6

6, 18, 30

м

1.7

2.7

3.7

7, 19, 31

н, о

1.8

2.8

3.8

8, 20, 32

п, р

1.9

2.9

3.9

9, 21, 33

с

1.10

2.10

3.10

10, 22, 34

т, у, ф, х

1.11

2.11

3.11

11, 23, 35

ц, ч, ш, щ, ъ, ы, ь, э, ю, я

1.12

2.12

3.12

12, 24, 36

1.1.Задачи к контрольной работе 1

Тема: Физические свойства жидкости и газа

Задача 1.1. Плотность и объем первой жидкости равны 1000 кг/м3 и 10 см3. Плотность второй жидкости 2 и объём V2. Жидкости смешали. Определить плотность смеси.

Последняя цифра

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

2, кг/м3

800

840

880

920

960

1040

1080

1120

1160

1200

V2, см3

20

18

16

14

12

10

8

6

4

2

Задача 1.2. При гидравлических испытаниях водопровода длиной ℓ и диаметром D необходимо повысить давление в нём на ∆p. Какой объём воды необходимо дополнительно закачать в водопровод?

Последняя цифра

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

ℓ, км

0,5

1,00

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5

D, мм

1400

1200

1100

1000

900

800

700

610

460

260

∆p, МПа

6,0

5,5

5,0

4,5

4,0

3,5

3,0

2,0

1,0

0,5

Коэффициенты объёмного сжатия жидкости принять равными 5 10-10 1/Па.

Задача 1.3.Определить плотность воды при давлении p, если при давлении 0,1 МПа плотность воды 1000 кг/м3.

Последняя цифра

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

p, МПа

6,1

5,6

5,1

4,5

4,1

3,6

3,1

2,1

1,1

0,6

Коэффициенты объёмного сжатия принять равными: 5 10-10 1/Па.

Задача 1.4. Определить модуль упругости жидкости, если при увеличении давления на ∆p её объём изменился с V1 до V2.

Последняя цифра

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

∆p, МПа

20

19

18

17

16

15

14

13

12

11

V1, см3

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

2000

V2, см3

198

297

396

496

595,2

695

794

894

994

1989

Задача 1.5. Определить плотность воды при температуре t, если при температуре 4 С плотность воды 1000 кг/м3. Сравнить с табличными значениями (см. Приложение).

Последняя цифра

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

t,  С

40

45

50

55

60

65

70

75

80

90

Коэффициенты температурного расширения принять равными 4,8 10-4 1/С.

Задача 1.6. Определить коэффициент температурного расширения воздуха, если при увеличении температуры с 20 С до t2 плотность воздуха изменилась с 1,20 кг/м3 до 2.

Последняя цифра

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

t2,  С

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

2, кг/м3

1,12

1,09

1,06

1,03

0,996

0,969

0,943

0,918

0,895

0,872

Задача 1.7. Для периодического аккумулирования прироста объема воды, возникающего при изменении температуры, в системах центрального водяного отопления устраивают резервуары, которые присоединяются к системе в верхней ее точке и сообщаются с атмосферой. Определить наименьший объем расширительного резервуара, чтобы он полностью не опорожнялся. Допустимое колебание температуры воды от 25°С до t2 . Объем воды в системе V. Значение плотности воды взять из таблицы 1 приложения.

Последняя цифра

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

t2,  С

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

V, м3

10

20

30

40

50

60

70

80

150

200

Задача 1.8. Определить плотность воздуха на таком расстоянии от поверхности земли, где температура равна t, а давление p.

Последняя цифра

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

t,  С

-10

-15

-20

-30

-40

-50

-60

-65

-70

-75

p, МПа

0,09

0,08

0,07

0,06

0,05

0,045

0,04

0,03

0,02

0,01

Газовая постоянная воздуха равна 287 дж/(кг К )

Задача 1.9. Газ перекачивается по газопроводу при политропическом процессе c коэффициентом политропы 1,33. Давление и плотность газа в начале газопровода 5 МПа и 30 кг/м3. Определить плотность газа в конце газопровод, где давление газа равно p2.

Последняя цифра

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

P2, МПа

4,0

3,8

3,6

3,4

3,2

3,0

2,8

2,6

2,4

2,2

Задача 1.10. Давление в данной точке газопровода равно p1, а температура 27°С. В газопроводе образовалось отверстие, через которое происходит истечение газа в атмосферу (p2 = 0,1 МПа) при адиабатическом процессе с коэффициентом адиабаты k = 1,33. Определить температуру газа на выходе.

Последняя цифра

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

P1, МПа

2,0

1,95

1,9

1,85

1,8

1,75

1,7

1,65

1,6

1,5

Задача 1.11. На слой жидкости толщиной y и плотностью , положена невесомая пластина площадью , которая движется со скоростью u. Для этого на пластинку приложена сила T. Определить коэффициент динамической и кинематической вязкости жидкости.

Последняя цифра

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

y, cм

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

, кг/м3

800

820

840

860

880

900

920

940

960

980

, cм2

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

u, м/с

2

3

4

5

6

7

8

9

10

20

T, H

20

30

40

50

60

70

80

90

100

20

Задача 1.12. Определить касательные напряжение в Ньютоновской жидкости в точке с координатой у, если эпюра скоростей имеет вид u(y) = u0 (y/yo)2

Последняя цифра

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

y, cм

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

y0, cм

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

u0, м/с

2

3

4

5

6

7

8

9

10

20

Тема: Гидростатическое давление

Задача 2.1. Определить абсолютное давление и показание вакуумметра в баке, если разность уровней ртути равно hрт.

Последняя цифра

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

hрт, мм

300

340

380

420

460

500

540

580

620

640

Задача 2.2. Определить абсолютное давление и показание манометра в баке, если разность уровней ртути равно hрт.

Последняя цифра

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

hрт, мм

100

140

180

220

260

340

380

420

460

500

Задача 2.3. Определить показание манометра, если абсолютное давление на свободной поверхности трубки po, уровень жидкости в трубке H, а уровень жидкости в баке h.

Последняя цифра

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

P0, МПа

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

0,09

0,1

0,11

H, м

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

h, м

0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

, кг/м3

800

800

800

800

900

900

900

950

950

950

Задача 2.4. Определить на какую высоту h поднимется уровень воды в трубке пьезометра, если на поршень диаметром D действует сила R, уровень воды в баке h1.

Последняя цифра

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

R, Н

20

25

30

35

40

45

50

157

314

628

D, мм

15

20

25

30

35

40

45

100

200

300

h1, м

1

2

3

4

5

6

1

2

3

4

Задача 2.5. Определить показание манометра, если поршень диаметром D, действует сила R, уровень жидкости в цилиндре h, а плотность жидкости .

Последняя цифра

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

R, Н

20

25

30

35

40

45

50

157

314

628

D, мм

15

20

25

30

35

40

45

100

200

300

h, м

1

2

3

4

5

6

1

2

3

4

, кг/м3

800

820

840

860

880

900

920

940

960

980

Задача 2.6. Уровень жидкости в трубке вакуумметра поднялся на высоту h. Плотность жидкости . Определить абсолютное давление p0 и давление вакуума.

Последняя цифра

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

h, м

0,1

0,2

0,3

0,4

1

2

3

0,25

0,30

0,40

, кг/м3

800

800

800

800

1000

1000

1000

13600

13600

13600

Задача 2.7. Определить показание манометра pm и абсолютное давление, если уровни керосина, воды и ртути соответственно равны h1, h2 и h3, а плотности этих жидкостей 800, 1000 и 13600 кг/м3.

Последняя цифра

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

h1, м

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

h2, м

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

h3, м

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,1

0,2

0,3

0,4

Задача 2.8. Определить показание манометра pm и абсолютное давление, если уровни керосина, воды и ртути соответственно равны h1, h2 и h3, а плотности этих жидкостей 800, 1000 и 13600 кг/м3.

Последняя цифра

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

h1, м

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

h2, м

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

h3, м

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,1

0,2

0,3

0,4

Задача 2.9. Определить усилие Q, создаваемое большим поршнем гидравлического пресса, если на малый поршень действует сила P. Диаметры поршней D и d, а разность уровней жидкостей h. Плотность масла принять равной 800 кг/м3.

Последняя цифра

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

P, Н

4,0

3,8

3,6

3,4

3,2

3,0

2,8

2,6

2,4

2,2

d, мм

6,0

7,0

8,0

9,0

10,0

11,0

12,0

13,0

14,0

15,0

D, мм

80

85

90

95

100

105

110

115

120

125

h, м

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

Задача 2.10. Определить высоты жидкостей в коленах U – образной трубки h1 и h2, если известна разница уровней h и плотности жидкостей 1, 2.

Последняя цифра

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

h, м

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1, кг/м3

800

820

840

860

1000

1100

1200

1300

1400

1500

2, кг/м3

13600

13600

13600

13600

1500

1500

1500

2000

2000

2000

Задача 2.11. Определить показание манометра pm1, если дано показание манометра pm2, диаметры поршней D и d. Поршень находится в равновесии.

Последняя цифра

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Pm2, МПа

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

D, мм

80

85

90

95

100

105

110

115

120

125

d, мм

6,0

7,0

8,0

9,0

10,0

11,0

12,0

13,0

14,0

15,0

Задача 2.12. Определить тягу p через дымовую трубу высотой H, если плотность наружного воздуха 1 = 1,2 кг/м3. Плотность дымовых газов рассчитывать, как плотность воздуха при температуре t и давлении 0,1 МПа по уравнению состояния.

Последняя цифра

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

H, м

20

30

40

50

60

70

80

90

100

120

t, °С

100

150

200

250

300

350

400

450

500

550

Тема: Сила давления жидкости на плоские и криволинейные поверхности

Задача 3.1 Определить силу давления воды на круглую крышку люка диаметром d, закрывающую отверстие на наклонной плоской стенке. Угол наклона стенки α. Длина наклонной стенки от уровня воды до верха люка a. Найти точку приложения равнодействующей. Атмосферное давление, действующее на поверхности воды, учитывать не следует.

Последняя цифра

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

d, м

2,0

1,8

1,6

1,4

1,2

1,0

0,8

0,6

0,5

0,4

α, град

90

90

60

60

60

45

45

45

30

30

a, м

6,0

5,5

5,0

4,5

4,0

3,5

3,0

2,5

2,0

1,0

Задача 3.2. Круглая труба диаметром D перекрыта плоским дисковым затвором, который наклонен под углом α к оси трубы. Определить силу гидростатического давления воды на затвор и точку ее приложения (центр давления), если манометрическое гидростатическое давление на оси трубы слева от затвора равно pм.

Последняя цифра

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

D, м

2,0

1,8

1,6

1,4

1,2

1,0

0,8

0,6

0,5

0,4

α, град

90

90

60

60

60

45

45

45

30

30

pм, кПа

6,0

5,5

5,0

4,5

4,0

3,5

3,0

2,5

2,0

1,0

Задача 3.3. Котел системы водяного отопления имеет лаз для осмотра диаметром D. Лаз закрыт плоской крышкой, прикрепленной n болтами. Уровень воды в расширительном бачке находится на высоте H, а центр тяжести крышки на высоте h от осевой линии котла. Определить необходимый диаметр болтов. Предел прочности стали принять равной  = 400 МПа.

Последняя цифра

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

D, м

2,0

1,8

1,6

1,4

1,2

1,0

0,8

0,6

0,5

0,4

n, шт

30

28

26

24

22

20

18

16

14

12

H, м

30,0

28,0

26,0

24,0

22,0

20,0

18,0

16,0

14,0

12,0

h, м

3,0

2,8

2,6

2,4

2,2

2,0

1,8

1,6

1,4

1,2

Задача 3.4. Круглое отверстие в плоской вертикальной стенке сосуда, наполненного водой, закрывается плоской крышкой. Диаметр крышки d. Расстояние от поверхности воды до верхней точки крышки l. Определить силу суммарного давления воды на крышку и точку ее приложения. Выражение для момента инерции взять из справочных данных.

Последняя цифра

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

D, м

2,0

1,8

1,6

1,4

1,2

1,0

0,8

0,6

0,5

0,4

l, м

3,0

2,8

2,6

2,4

2,2

2,0

1,8

1,6

1,4

1,2

Задача 3.5 Квадратное отверстие в плоской вертикальной стенке сосуда, наполненного водой, закрывается плоской крышкой. Размеры отверстия a х a. Расстояние от поверхности воды до верхней точки крышки l. Определить силу суммарного давления воды на крышку и точку ее приложения. Выражение для момента инерции взять из справочных данных.

Последняя цифра

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

a, м

2,0

1,8

1,6

1,4

1,2

1,0

0,8

0,6

0,5

0,4

l, м

3,0

2,8

2,6

2,4

2,2

2,0

1,8

1,6

1,4

1,2

Задача 3.6. Определить силу, действующую на 1 метр длины водопровода, диаметром D, который находится под давлением pm. Также определить толщину стенок трубопровода , которая выдержит это давление. Предел прочности стали принять равной .

Последняя цифра

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

D, мм

400

375

350

325

300

275

250

225

200

100

pm, МПа

3,0

2,8

2,6

2,4

2,2

2,0

1,8

1,6

1,4

1,2

τ, МПа

600

560

520

480

440

400

360

320

280

240

Задача 3.7. Определить силу, отрывающую верхнюю часть цистерны (сечение a-a), если диаметр её D, длина L, а показание манометра pm.

Последняя цифра

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

D, м

4,0

3,6

3,2

2,8

2,4

2,0

1,6

1,2

0,8

0,4

L, м

3,0

2,8

2,6

2,4

2,2

2,0

1,8

1,6

1,4

1,2

pm, МПа

3,0

2,8

2,6

2,4

2,2

2,0

1,8

1,6

1,4

1,2

Задача 3.8. Определить силу, разрывающую цистерны горизонтально (сечение a-a), если диаметр её D, длина L, а показание манометра pm.

Последняя цифра

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

D, м

4,0

3,6

3,2

2,8

2,4

2,0

1,6

1,2

0,8

0,4

L, м

3,0

2,8

2,6

2,4

2,2

2,0

1,8

1,6

1,4

1,2

pm, МПа

3,0

2,8

2,6

2,4

2,2

2,0

1,8

1,6

1,4

1,2

Задача 3.9. Определить уровень воды H1, при котором стенка опрокинется, если заданы геометрические размеры уровень жидкости в справа от стенки H2 , высота стенки H, толщина стенки L. Плотность материала стенки 2000 кг/м3.

Последняя цифра

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

H2, м

3,0

2,8

2,6

2,4

2,2

2,0

1,8

1,6

1,4

1,2

H, м

5,0

4,8

4,6

4,4

4,0

3,8

3,6

3,2

3,0

2,8

L, м

2,0

1,8

1,6

1,4

1,2

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

Задача 3.10. Определить вертикальную и горизонтальные составляющие силы давления воды на 1 метр ширины криволинейной поверхности, если заданы значения H и R.

Последняя цифра

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

R, м

2,0

1,8

1,6

1,4

1,2

1,0

0,8

0,6

0,5

0,4

H, м

30,0

28,0

26,0

24,0

22,0

20,0

18,0

16,0

14,0

12,0

Задача 3.11. Определить вертикальную и горизонтальные составляющие силы давления воды на 1 метр ширины криволинейной поверхности, если заданы значения H и R.

Последняя цифра

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

R, м

2,0

1,8

1,6

1,4

1,2

1,0

0,8

0,6

0,5

0,4

H, м

30,0

28,0

26,0

24,0

22,0

20,0

18,0

16,0

14,0

12,0

Задача 3.12. Песок на строительство доставляется на деревянной шаланде, которая имеет вертикальные борта и площадь дна . Собственный масса шаланды M. Определить, сможет ли пройти шаланда: а) в порожнем состоянии; б) с грузом песка объемом W, если наименьшая глубина по фарватеру равна hmin. Плотность песка взять равным 2000 кг/м3.

Последняя цифра

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

, м2

50

60

70

80

90

100

150

200

250

300

M, т

30

32

34

38

42

45

80

120

150

200

W, м3

20,0

22,0

24,0

26,0

28,0

35,0

50,0

70,0

90,0

100

hmin, м

1,2

1,2

1,3

1,1

1,0

1,3

1,4

1,6

1,2

0,9