Курсовая работа по дисциплине Гидрогазодинамика

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

ФГБ ОУ ВПО «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

специальность – 280700.62 Техносферная безопасность

Курсовая работа

по дисциплине: Гидрогазодинамика

                     Проверил:                                                                   Выполнил:                                                                                                              

__Устинов Н.В._____________             Студент:_Чернецкий В.В._______

        (заметка о зачете)

Рецензент:____________________                        Шифр: 1317-п/ТБб-1029______        

___________________________________

                                (подпись)

____________________________

                      (дата)

Калининград 2016 г

СОДЕРЖАНИЕ

1. Задача № 1. Задание 1.1………………………………………………….3
2. Задание 1.2………………………………………………………………….6
3. Задание 1.3………………………………………………………………….9
4. Задача № 2. Задание 2.1…………………………………………………..11
5. Задание 2.2………………………………………………………………...16
6. Приложения…………………………………………………………….…18
7. Список используемой литературы……………………………………....20

Задача №1

Задание 1.1 Провести гидравлический расчет элементов сложного трубопровода системы водоснабжения при параллельно-разветвленном соединении труб с насосной установкой, а также рассчитать параметры гидравлического удара в трубопроводе.

Горизонтальный трубопровод из стальных труб, схема которого представлена на рис. 1, имеет участок с параллельным соединением труб, состоящих из двух линий длиной  и диаметром . В точках B, C и D заданы расходы воды .

Рисунок 1

Требуется:

Установить диаметры труб на участках АВ и СД по предельным расходам.

Определить распределение расходов по первой и второй линиям параллельного соединения трубопроводов.

Определить необходимый напор в точке А для обеспечения заданных расходов  при заданном свободном напоре в конце трубопровода .

Построить пьезометрическую линию по длине трубопровода.

Если:

1. Определяем расчетные расходы на участках:

2. Выбираем диаметры труб , используя приложение 1.

Если:

Если:

,

3. Определяем потери напора:

3.1) потери напора  на участке CD.

Величина  можно определить по формуле:

3.2) потери напора  на участке AB.

Где  – удельное сопротивление трубы; К – расходная характеристика (модуль расхода) труб.

        Величины  и К для каждого участка можно определить с помощью приложения 2 и 3.

3.3) Потери напора

Для избегания перетечек из  в точке С, необходимо чтобы

Отсюда

Тогда

 3.4) потери напора  на участке ВС

4. Определим необходимый напор в точке А

5. Строим пьезометрическую линию по длине трубопровода с учетом того, что:

Напор в точке А будет равен ;

Напор в точке В ;

Напор в точке C ;

Напор в точке D .

        Построение пьезометрической линии по длине трубопровода представлена на рисунке 2

Рисунок 2

Задание 1.2. Вода при температуре t = 25 °С из водоприемного колодца (рис 3) насосом перекачивается в трубопровод с расходом Q (принимается равним  по рис 1.1). диаметр всасывающей линии насоса - , длина - . Ось насоса расположена выше уровня воды в водоприемном колодце на величину Н=1 м.

Требуется:

Рассчитать величину вакуума во всасывающей линии водяного насоса, подающего воду в систему трубопровода (рис 1)

Рисунок 3

Гидравлический расчет всасывающей линии насоса рекомендуется выполнять в следующей последовательности:

Искомую величину вакуума при входе в насос определяем из уравнения Бернулли, составленного для сечений 1-1 и 2-2

Принимая за горизонтальную плоскость сравнения сечение 1-1, т.е.  и считая  а также учитывая, что давление в сечении 1-1 равны атмосферному  имеем расчетный вид уравнения

Скорость течения, потери напора по длине трубопровода и на местных сопротивления определяем по представленным выше формулам.

Величину вакуума в сечении 2-2 определяем из выражения

При определении потерь напора во всасывающей линии насоса коэффициент местного сопротивления приемного клапана с сеткой взять по приложению 4, а колена – принять

Потерь напора по длине могут быть определены по формуле Дарси-Вейсбаха

Где 𝜆 – коэффициент гидравлического трения (коэффициент Дарси); L – длина самотечной трубы; d – диаметр трубы; v – скорость течения в трубе.

Коэффициент трения может быть определен по формуле А.Д. Альтшуля.

Где  эквивалентная шероховатость стенок трубопровода (принять равной );  число Рейнольдса, которое определяется по формуле

        Здесь v – кинематический коэффициент вязкости v (принять по приложению 5)

Скорость течения v в трубе вычисляем по формуле

Определим давление в насосе

Задание 1.3 По стальному трубопроводу длиной L=2200 м, диаметром d = 450 мм = 0,45 м и толщиной стенок  перекачивается вода с расходом Q = 230 л/с = 0.23 м³/с (рис 4).;

Требуется:

1. Определить повышение давления в трубопроводе, если время закрывания задвижки равно .
2. Найти максимально допустимое давление для данного трубопровода, если допустимое напряжение стенок на разрыв
3. Исхода из максимально допустимого повышения давления, определить минимально допустимое время закрытия задвижки.

Рисунок 4

Гидравлический расчет параметров гидравлического удара на участке сложного трубопровода:

Величину Т определяют по формуле

Если

  гидравлический удар прямой.

Где  длина трубопровода; с – скорость распространения ударной волны, которая для случая движения воды в стальном трубопроводе вычисляется по формуле

скорость потока жидкости находим по формуле

здесь d – диаметр трубопровода;  толщина стенок трубы.

Повышение давления в трубопроводе определяют по формулам:

При прямом ударе

При непрямом ударе

Здесь  плотность жидкости; v – скорость движения потока до его остановки; с – скорость распространения ударной волны; Т – фаза ударной волны;  время закрывания задвижки.

Максимально допустимое давление для данного трубопровода определяется с учетом допустимого напряжения стенок на разрыв .

Разрывающее усилие, испытываемое стенками трубопровода под влиянием давления p, определяется по формуле

Это усилие воспринимается площадью сечения стенок трубопровода

А растягивающее напряжение

Отсюда искомое максимально допустимое давление для заданного трубопровода определяется по формуле

Минимально допустимое время закрывания задвижки определяем по формуле

Задача № 2

Задание 2.1  Выполнить газодинамический расчет сопла Лаваля.

Провести газодинамический расчет сопла Лаваля (рис 5), обеспечиваюшего в расчетном режиме массовый расход кислорода G = 10 кг/с. параметры торможения:  Скорость входа газа  показатель адиабаты k = 1.41. Углы раствора сопла: дозвуковой части ; сверхзвуковой части . Давление на срезе сопла

Требуется:

Определить, параметры газа в основных (входного, критического и выходного) и дополнительных сечениях 1,2, 3, 4 и построить графики зависимости P-?, T-?, W-?,  по длине сопла.

Рисунок 5

По мере движения газа по соплу (рис 5), его абсолютная температура Т и давление р снижаются, а скорость w возрастет (рис 6).

Рисунок 6

Решение

1. Расчет параметров газа в критическом сечении.

Газовая постоянная для кислорода R= 260 Дж/кг*К,

Из уравнения Менделеева – Клапейрона находим плотность газа при полной остановке:

Находим скорость звука при полной остановке газа:

Где k – показатель адиабаты, равный 1,41 для двухатомного газа.

Определим скорость звука в критическом сечении:

        Максимальную скорость газового потока находим по формуле

В критическом сечении коэффициент скорости   число Маха  равны единице:

 , откуда находим скорость газового потока в критическом сечении:

Используя газодинамическую функцию, находим температуру газа в критическом сечении:

Рассчитаем давление газа в критическом сечении, используя газодинамическую функцию:

Найдем плотность газа в критическом сечении, используя газодинамическую функцию:

Из уравнения неразрывности потока находим площадь критического сечения:

Находим диаметр критического сечения

2. Расчет параметров газа во входном сечении.

Находим коэффициент скорости во входном сечении

Используя газодинамическую функцию, находим температуру газа во входном сечении:

Рассчитаем давление газа в входном сечении, используя газодинамическую функцию:

 Па

Найдем плотность газа в входном сечении, используя газодинамическую функцию:

Из уравнения неразрывности потока находим площадь входного сечения:

Находим диаметр входного сечения

Вычисляем скорость звука во входном сечении:

        Определяем число Маха во входном сечении:

3. Расчет параметров газа в выходном сечении.

Используя газодинамическую функцию, находим коэффициент скорости в выходном сечении:

Где

Используя газодинамическую функцию, находим температуру газа в выходном сечении:

Рассчитаем давление газа в выходном сечении, используя газодинамическую функцию:

 Па

Найдем плотность газа в входном сечении, используя газодинамическую функцию:

Определим скорость газового потока в выходном сечении:

Из уравнения неразрывности потока находим площадь входного сечения:

Находим диаметр выходного сечения

Вычисляем скорость звука во выходном сечении:

        Определяем число Маха во выходном сечении:

4. Геометрический профиль сопла.

Определим длину суживающейся (дозвуковой) части сопла:

Находим длину расширяющейся (сверхзвуковой) части сопла:

Вычисляем общую длину сопла:

Задание 2.2 Определить параметры потока после прямого скачка уплотнения при течении воздуха по трубе.

Дано:

.

.

.

.

К = 1,41.

.

1. Определить скорость потока после прямого скачка уплотнения.
2. Определить параметры заторможенного потока.

Прямой скачок уплотнения возникает только в сверхзвуковом потоке (. Изменение параметров газа при переходе через скачок имеет вид:

Изменения параметров газа при переходе через скачок имеют вид:

Где

Где

Критическая скорость звука может быть определена из отношения

Параметры заторможенного потока находим, используя зависимости:

Где

Список используемой литературы

1. Штеренлихт А.Б, Гидравлика. Учебник, - М.: Колосс, 2009.
2. Кузьминский Р.С. Гидрогазодинамика. Учебное пособие. – М.: МИИТ, 2011.
3. Давидсон В.Е. Основы гидрогазодинамики в примерах и задачах. Учебное пособие. – М.: Издательский центр «Академия», 2008.
4. Бекнев В.С. и др. Сборник задач и упражнений по газовой динамике. – М.: Машиностроение, 1992.