- •Раздел 1. Свойства жидкости
- •Свойства давления.
- •Раздел 2. Закон распределения давления в жидкости
- •Раздел 3. Сила давления жидкости на плоскую стенку
- •З адача 3.2
- •Раздел 4. Сила давления на криволинейную стенку
- •Задача 4.4
- •Раздел 5. Относительное равновесие жидкости в сосудах, движущихся прямолинейно с постоянным ускорением
- •Определение сил, действующих на заднюю и переднюю стенки методом “тела давления”
- •Раздел 6. Относительное равновесие жидкости во вращающихся сосудах Равномерное вращение цилиндрического сосуда вокруг вертикальной оси.
- •Равномерное вращение цилиндрического сосуда вокруг оси, не совпадающей с вертикалью.
- •Раздел 7. Уравнение бернулли для потока идеальной жидкости
- •Раздел 8. Уравнение бернулли для потока реальной жидкости.
- •Раздел 9. Течение жидкости в каналах некруглого поперечного сечения.
- •Раздел 10. Истечение жидкости через отверстия и насадки
- •Истечение через отверстия
- •И стечение через насадки
- •Определение коэффициентов истечения опытным путем.
- •Раздел 11. Гидравлический расчет трубопроводов Простой трубопровод.
- •Последовательное соединение трубопроводов.
- •Параллельное соединение трубопроводов.
- •Расчет сложного трубопровода.
- •1 Приближение
- •2 Приближение
Раздел 7. Уравнение бернулли для потока идеальной жидкости
При решении простейших задач с движением жидкости делается допущение о том, что жидкость идеальная и несжимаемая.
Основными уравнениями, позволяющими решать задачи о движении идеальной несжимаемой жидкости, являются уравнение расхода и уравнение Бернулли.
Уравнение расхода представляет собой
условие неразрывности (сплошности)
потока несжимаемой жидкости – во всех
сечениях одного и то же потока объемный
расход
остается одинаковым. Например, для
сечений 1 и 2 -
или
,
таким образом
,
где
- скорость,
- площадь.
Уравнение Бернулли для потока идеальной жидкости представляет закон сохранения удельной энергии (энергии, отнесенной к единице веса).
Для двух сечений одного и того же потока идеальной жидкости уравнение Бернулли имеет вид:
,
где
- потенциальная удельная энергия
положения или высота расположения точки
потока над выбранной плоскостью отсчета;
- потенциальная удельная энергия давления
или пьезометрическая высота;
- удельная кинетическая энергия или
скоростной напор;
- полная удельная энергия жидкости.
В пределах одного сечения сумма потенциальных энергий остается постоянной:
.
При применении уравнения Бернулли для решения задач важно правильно выбрать те два сечения, для которых оно записывается.
Обычно рекомендуется выбирать, во-первых, то сечение, параметры которого необходимо определить, а, во-вторых, те сечения, параметры которых известны по условию задачи, например – свободная поверхность жидкости в резервуаре, выход в атмосферу, сечение, где присоединен пьезометр, манометр или вакуумметр.
Уравнение Бернулли рекомендуется сначала записать в общем виде, а затем переписать с заменой его членов заданными в задаче буквенными обозначениями.
Задача 7.1
О

,
если избыточное давление воздуха в баке
;
высота уровня
;
высота подъема керосина в пьезометре,
открытом в атмосферу,
.
Плотность керосина
.
Дано:

Решение:
В

Запишем уравнение Бернулли в общем виде:
.
Пусть плоскость x-x,
от которой отсчитывается координата
,
проходит через ось трубы.
Для сечения 0-0
.
Для сечения 1-1
.
Уравнение Бернулли для данных задачи имеет вид:
,
откуда
.
Расход
.
Ответ:
.
З

Определить расход жидкости, протекающий
по трубопроводу диаметром
,
если разница показаний пьезометра,
установленных в трубе и мерной диафрагме
с диаметром
.
Решение:
Запишем уравнение Бернулли для двух сечений, в которые установлены пьезометры

т.к.
,
уравнение Бернулли приобретает вид:
;
откуда
.
Из условия задачи:
.
Из уравнения расхода
;
выразим скорости
;
Тогда:
;
Откуда
.
З

Для измерения скорости течения воды в
трубе диаметром
применен насадок Пито-Прандтля (
),
имеющий щелевое отверстие для воспринятия
статического давления.
Так как размеры насадка соизмеримы с диаметром трубы, то при измерении скорости необходимо учесть поправку на влияние насадка, которое выражается в уменьшении давления в плоскости щелевого отверстия.
Д


с учетом поправки.
Дано:
;
![]()
Найти:
.
Решение:
Запишем уравнение Бернулли для двух сечений:
![]()
Пусть сечение 1-1 проходит через носовую часть насадка, а 2-2 через сечение со щелевыми отверстиями, а плоскость отсчета проходит по оси трубы:
.
В сечении 1-1 поток полностью заторможен
-
.
Тогда уравнение Бернулли для заданных условий примет вид:
;
по условию
,
откуда
.
Но скорость движения воды в трубе
меньше скорости
.
Из уравнения расхода имеем
,
или
,
подставляя найденное значение
,
находим
:
.

Задача 7.4
При закрытом положении крана манометр показывал 2,8 ат, после открытия – 0,6 ат.
Определить расход воды, если диаметр
трубы
.
Решение:
Запишем уравнение Бернулли для двух моментов времени.
При закрытом положении крана жидкость обладала только потенциальной энергией давления.
При открытии крана – часть потенциальной энергии преобразовалась в кинетическую энергию движения.
;
![]()
Расход жидкости
;
.
Задача 7.5
Вода перетекает из верхнего резервуара
в нижний по расширяющейся трубе, имеющей
плавно закругленный вход. Пренебрегая
потерями напора на входе в трубу,
определить, при каком уровне воды
,
в верхнем резервуаре абсолютное давление
в узком сечении станет равным нулю.
Р

.
Атмосферное давление
составляет 750 мм.рт.ст.
Решение.
Запишем уравнение Бернулли для двух сечений
.
Пусть сечение 1-1 проходит через самое узкое сечение, а 2-2 на срезе трубы, где давление равно атмосферному.
Плоскость отсчета x-x проходит по сечению 2-2.
Для сечения 1-1
(в шкале абсолютных давлений).
Для сечения 2-2
давление
- атмосферное.
Для задачи уравнение Бернулли имеет вид:
.
Из уравнения расхода
находим
:
;
после подстановки
в
уравнение Бернулли получаем:
;
.
Запишем уравнение Бернулли для сечений 0-0 и 1-1.
Плоскость сравнения проходит через сечение 1-1.
.
Подставляя найденное ранее выражение
для
,
имеем:
.
По условию задачи атмосферное давление задано в мм рт. ст.
,
следовательно
;
.
Ответ:
.
Задача 7.6
Определить весовой расход воздуха по
трубе с плавно закругленным входом и
цилиндрической частью диаметром
,
если показания вакуумметра в виде
вертикальной стеклянной трубки, опущенной
в сосуд с водой,
.
Плотность воздуха
.
Д


Решение:
Запишем уравнение Бернулли для двух сечений:
![]()
С

Сечение 2-2 – в месте установки пьезометра–вакуумметра.
Для сечения 1-1
(в шкале избыточных давлений);
.
Для сечения 2-2
.
Для условий задачи уравнение Бернулли имеет вид:
.
Объемный расход
.
- весовой расход определяется из
выражения:
.
Ответ:
.
З



Из напорного бака вода течет по трубе
диаметром
и затем вытекает в атмосферу через
насадок диаметром
.
Избыточное давление воздуха в баке
,
высота
.
Определить скорость течения воды в
трубе
и на выходе насадка
.
Ответ:
.

Задача 7.8
К расходомеру Вентури присоединены два
пьезометра и дифференциальный ртутный
манометр. Выразить расход воды
через размеры расходомера
и
,
разность показаний пьезометров
,
а также через показания дифференциального
манометра
.
Задача 7.9
В


,
а затем постепенное расширение до
.
Истечение происходит под действием
напора
.
Пренебрегая потерями энергии, определить
абсолютное давление в узком сечении
трубы (I - I),
если соотношение диаметров
,
а атмосферное давление составляет
750 мм.рт.ст.
Найти тот напор
,
при котором абсолютное давление в
сечении I-I
сделается равным нулю.
Ответ:
.
З

Вода перетекает из левого резервуара в правый по короткому трубопроводу, имеющему сужение.
Определить скорость и абсолютное
давление в узком сечении трубопровода,
если
.
Построить пьезометрическую линию.
Ответ:
.
