Механика жидкости и газа. Гидростатика

Содержание

Слайд 2

1. ГИДРОСТАТИКА

1. ГИДРОСТАТИКА

Слайд 3

1. Гидростатика В гидростатике изучают законы равновесия жидкости и газа и

1. Гидростатика

В гидростатике изучают законы равновесия жидкости и газа
и их

взаимодействие в этом состоянии с твердыми телами.

Силы, действующие в сплошной среде, делят на 2 группы:
распределенные по объему – массовые силы,
распределенные по поверхности – поверхностные силы.

Слайд 4

1. Гидростатика Поверхностные силы в покоящейся жидкости – силы, направленные по

1. Гидростатика

Поверхностные силы в покоящейся жидкости – силы, направленные по нормали

к рассматриваемой площадке.

Давление представляет собой физический скаляр.
Единица гидростатического давления - паскаль: 1Па =1Н/м2
Единицы измерения давления в технике:
атмосфера: 1атм = 98066,5 Па ≈ 100 кПа,
миллиметр ртутного столба: 1мм.рт.ст. =98066,5 Па/760 = 129 Па.

Слайд 5

1. Гидростатика Дифференциальное уравнение гидростатики: где - плотность жидкости, ось Оz направлена вертикально вверх.

1. Гидростатика

Дифференциальное уравнение гидростатики:
где - плотность жидкости, ось Оz направлена

вертикально вверх.
Слайд 6

Следовательно, 1. Гидростатика – главный вектор сил давления жидкости на некоторую

Следовательно,

1. Гидростатика

– главный вектор сил давления жидкости
на некоторую

плоскую поверхность.

 

– давление в центре тяжести

Слайд 7

1. Гидростатика Центр давления D – точка приложения равнодействующей сил избыточного

1. Гидростатика

Центр давления D – точка приложения равнодействующей сил избыточного давления

жидкости на площадку.
Для плоской площадки силы давления параллельны между собой, следовательно,
центр давления найдется как центр параллельных сил.
Слайд 8

Заглубление центра давления 1. Гидростатика Координата D центра давления жидкости на

Заглубление центра давления

1. Гидростатика

Координата D центра давления жидкости на площадку:


где - координата центра тяжести площадки,
Jxс – момент инерции площадки относительно ее центральной оси, параллельной линии пересечения свободной поверхности и плоскости, в которой лежит площадка.

Центр давления лежит ниже центра тяжести площадки.

Слайд 9

Задача 1. На плотину из бетона (ρ = 2000 кг/м3) длиной

Задача 1.
На плотину из бетона (ρ = 2000 кг/м3) длиной

L = 50 м с двух сторон давит вода.
В = 20 м; b = 5 м; H = 12 м; h = 6 м; α = 45о
1) Найти равнодействующую сил нормального давления грунта на плотину и точку её приложения.
2) Определить, опрокинется ли плотина при Н = В.
3) Построить эпюры давления воды и воздуха на плотину.

Задача 1. Гидростатика

Слайд 10

Задача 1. Гидростатика

Задача 1. Гидростатика

Слайд 11

Задача 1. Гидростатика

 

Задача 1. Гидростатика

 

Слайд 12

Задача 1. Гидростатика Рассмотрим действие воды на плотину.

Задача 1. Гидростатика

Рассмотрим действие воды на плотину.

 

 

 

Слайд 13

Задача 1. Гидростатика Равнодействующая сила давления воды на смоченную поверхность плотины справа:

Задача 1. Гидростатика

Равнодействующая сила давления воды на смоченную поверхность плотины

справа:

 

 

Слайд 14

Задача 1. Гидростатика Найдем центр тяжести сечения плотины. Сечение разбиваем на

Задача 1. Гидростатика

Найдем центр тяжести сечения плотины.
Сечение разбиваем на элементарные

фигуры:
1 – прямоугольник,
2 – треугольник.

 

Центр тяжести прямоугольника С1 точка пересечения диагоналей.
Центр тяжести треугольника С2 точка пересечения медиан.
На схеме покажем координатные оси.

Слайд 15

Задача 1. Гидростатика Вычислим необходимые данные для определения центра тяжести плотины:

Задача 1. Гидростатика

 

Вычислим необходимые данные для определения центра тяжести плотины:

 

Слайд 16

Задача 1. Гидростатика

 

Задача 1. Гидростатика

 

Слайд 17

Задача 1. Гидростатика

Задача 1. Гидростатика

Слайд 18

Задача 1. Гидростатика Определим силу давления воздуха на стенки плотины. pа = 9,8·104 Н/м2

Задача 1. Гидростатика

 

Определим силу давления воздуха на стенки плотины.
pа =

9,8·104 Н/м2

 

Слайд 19

Задача 1. Гидростатика Равнодействующая сила давления воздуха на правую наклонную поверхность плотины:

Задача 1. Гидростатика

 

Равнодействующая сила давления воздуха на правую наклонную поверхность

плотины:

 

Слайд 20

Задача 1. Гидростатика Равнодействующая сила давления воздуха на верхнюю плоскость плотины:

Задача 1. Гидростатика

 

Равнодействующая сила давления воздуха на верхнюю плоскость плотины:

Слайд 21

Задача 1. Гидростатика

Задача 1. Гидростатика

 

 

Слайд 22

Задача 1. Гидростатика

Задача 1. Гидростатика

 

 

Слайд 23

Задача 1. Гидростатика

Задача 1. Гидростатика

 

 

Слайд 24

Задача 1. Гидростатика 9. Определим вероятность опрокидывания плотины при H = В

Задача 1. Гидростатика

9. Определим вероятность опрокидывания плотины при H =

В

 

 

 

Слайд 25

Задача 1. Гидростатика Момент, препятствующий опрокидыванию: Так как опрокидывающий момент значительно

Задача 1. Гидростатика

 

 

 

Момент, препятствующий опрокидыванию:

 

 

 

Так как опрокидывающий момент значительно меньше

момента сопротивления, то плотина не опрокинется при H = В.
Слайд 26

Задача 1. Гидростатика

Задача 1. Гидростатика

Слайд 27

2. ДИНАМИКА ОДНОМЕРНЫХ ТЕЧЕНИЙ ЖИДКОСТИ И ГАЗА

2. ДИНАМИКА ОДНОМЕРНЫХ ТЕЧЕНИЙ
ЖИДКОСТИ И ГАЗА

Слайд 28

2.1. ОСНОВНЫЕ УРАВНЕНИЯ ДИНАМИКИ ОДНОМЕРНЫХ СТАЦИОНАРНЫХ ТЕЧЕНИЙ

2.1. ОСНОВНЫЕ
УРАВНЕНИЯ ДИНАМИКИ ОДНОМЕРНЫХ СТАЦИОНАРНЫХ ТЕЧЕНИЙ

Слайд 29

2.1. Основные уравнения динамики одномерных стационарных течений К одномерным течениям относят

2.1. Основные уравнения динамики
одномерных стационарных течений

К одномерным течениям относят такое

движение жидкости, когда продольные размеры потока во много раз превосходят поперечные, например, в трубах, каналах, реках и т.д.
Слайд 30

2.1. Основные уравнения динамики одномерных стационарных течений Характеристики поперечного сечения потока:

2.1. Основные уравнения динамики
одномерных стационарных течений

Характеристики поперечного сечения потока:
смоченный

периметр χ – длина соприкасающейся с жидкостью дуги границы нормального сечения трубы или канала;
гидравлический диаметр DГ – отношение учетверенной площади нормального сечения к смоченному периметру:
Гидравлический диаметр заполненной жидкостью трубы круглого
сечения равен диаметру этой трубы.
гидравлический радиус:
Слайд 31

2.1. Основные уравнения динамики одномерных стационарных течений Уравнение неразрывности вырождается в

2.1. Основные уравнения динамики
одномерных стационарных течений

Уравнение неразрывности вырождается в уравнение

постоянства расхода:

При одномерном установившемся движении основные уравнения гидродинамики могут быть существенно упрощены.

Слайд 32

2.1. Основные уравнения динамики одномерных стационарных течений Уравнение количества движения принимает вид формулы Эйлера:

2.1. Основные уравнения динамики
одномерных стационарных течений

Уравнение количества движения принимает вид

формулы Эйлера:
Слайд 33

2.1. Основные уравнения динамики одномерных стационарных течений Коэффициент α (коэффициент Кориолиса)

2.1. Основные уравнения динамики
одномерных стационарных течений

Коэффициент α (коэффициент Кориолиса) представляет

собой отношение действительной кинетической энергии к кинетической энергии, подсчитанной по средней скорости.
Для равномерных течений α = 1.

Δh12 – удельная мощность внутренних сил на участке 1–2, или потеря полного
напора (гидравлические потери).

Слайд 34

2.1. Основные уравнения динамики одномерных стационарных течений Уравнение Бернулли для идеальной жидкости:

2.1. Основные уравнения динамики
одномерных стационарных течений

Уравнение Бернулли для идеальной жидкости:


Слайд 35

2.1. Основные уравнения динамики одномерных стационарных течений Уравнение Бернулли в единицах давления:

2.1. Основные уравнения динамики
одномерных стационарных течений

Уравнение Бернулли в единицах давления:


Слайд 36

2.1. Основные уравнения динамики одномерных стационарных течений Пьезометрический и гидравлический уклоны

2.1. Основные уравнения динамики
одномерных стационарных течений

Пьезометрический и гидравлический уклоны положительные,
если

они направлены в сторону движения жидкости.
Слайд 37

Гидравлический уклон мыслим только в вязкой жидкости. Он всегда направлен в

Гидравлический уклон мыслим только в вязкой жидкости. Он всегда направлен в

сторону движения жидкости.
Пьезометрический уклон может быть направлен как в сторону движения, так и в противоположную сторону.

2.1. Основные уравнения динамики
одномерных стационарных течений

Слайд 38

2.2. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПОТЕРИ

2.2. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ПОТЕРИ

Слайд 39

2.2. Гидравлические потери Потери при одномерном течении: 1) потери по длине;

2.2. Гидравлические потери

Потери при одномерном течении:
1) потери по длине; 2)

местные потери.

Природа гидравлических сопротивлений достаточно сложна.
Они зависят от сил внутреннего и внешнего трения, от геометрии твердых границ. Их теоретическое исследование слишком сложно, поэтому на практике пользуются экспериментальными данными.
Гидравлические потери самым существенным образом зависят от режима течения жидкости.
Иначе потери полного напора называют гидравлическими сопротивлениями.

Режимы движения жидкости:
Ламинарный – режим, при котором частицы жидкости движутся слоями,
без перемешивания.
Турбулентный – режим с беспорядочным перемешиванием жидкости.

Слайд 40

2.2. Гидравлические потери Переход от ламинарного к турбулентному режиму происходит при

2.2. Гидравлические потери

Переход от ламинарного к турбулентному режиму происходит при критическом

числе Рейнольдса.

где v – средняя скорость, μ – коэффициент динамической вязкости,
d – характерный размер (гидравлический диаметр сечения)

Размерность коэффициента вязкости:
динамического [μ] = Н·с/м2,
кинематического [ν] = [μ /ρ] = м2/c.

Слайд 41

2.2. Гидравлические потери

2.2. Гидравлические потери

Слайд 42

2.2. Гидравлические потери Коэффициент гидравлического трения:

2.2. Гидравлические потери

Коэффициент гидравлического трения:

Слайд 43

2.2. Гидравлические потери Средняя шероховатость (высота бугорков стенок) трубы (мм) Таблица 1.

2.2. Гидравлические потери

Средняя шероховатость (высота бугорков стенок) трубы (мм)
Таблица 1.

Слайд 44

2.2. Гидравлические потери

2.2. Гидравлические потери

Слайд 45

2.2. Гидравлические потери Коэффициенты потерь для некоторых местных сопротивлений Таблица 2.

2.2. Гидравлические потери

Коэффициенты потерь для некоторых местных сопротивлений
Таблица 2.

Слайд 46

2.2. Гидравлические потери Коэффициенты потерь для некоторых местных сопротивлений Продолжение таблицы 2.

2.2. Гидравлические потери

Коэффициенты потерь для некоторых местных сопротивлений
Продолжение таблицы 2.

Слайд 47

2.2. Гидравлические потери Коэффициенты потерь для некоторых местных сопротивлений Продолжение таблицы 2.

2.2. Гидравлические потери

Коэффициенты потерь для некоторых местных сопротивлений
Продолжение таблицы 2.

Слайд 48

2.2. Гидравлические потери Коэффициенты потерь для некоторых местных сопротивлений Продолжение таблицы 2. Таблица 3

2.2. Гидравлические потери

Коэффициенты потерь для некоторых местных сопротивлений
Продолжение таблицы 2.

Таблица

3
Слайд 49

Задача 2. Динамика реальной жидкости Из резервуара, давление в свободном объеме,

Задача 2. Динамика реальной жидкости

Из резервуара, давление в свободном объеме, которого

p1 через водопроводную систему, состоящую из труб разного диаметра и длины, входа в трубопровод А, резкого расширения (или сужения) В, запорного вентиля С, и конфузора (диффузора) D вода выливается в атмосферу.

Определить давление p1, необходимое для обеспечения заданного расхода Q, а также построить графики пьезометрического и скоростного напоров.

Слайд 50

Задача 2. Динамика реальной жидкости Дано: Определить давление p1. Построить графики пьезометрического, скоростного напоров.

Задача 2. Динамика реальной жидкости

Дано:

Определить давление p1.
Построить графики пьезометрического,

скоростного напоров.

 

Слайд 51

Задача 2. Динамика реальной жидкости Составим уравнение Бернулли в общем виде

Задача 2. Динамика реальной жидкости

Составим уравнение Бернулли в общем виде для

сечения 1–1 (уровень жидкости в резервуаре) и сечения 2–2 на выходе потока из трубы. За плоскость сравнения принимаем нижнюю ось трубопровода.

1

1

2

2

 

Слайд 52

Задача 2. Динамика реальной жидкости

Задача 2. Динамика реальной жидкости

 

 

 

Слайд 53

Задача 2. Динамика реальной жидкости Тогда уравнение Бернулли принимает вид: Потери

Задача 2. Динамика реальной жидкости

Тогда уравнение Бернулли принимает вид:

Потери напора равны

сумме потерь по длине и местных потерь:

 

 

Потери напора по длине определяют по формуле Дарси:

 

 

 

 

Потери напора в местных сопротивлениях вычисляют по формуле Вейсбаха:

 

Слайд 54

Число Рейнольдса: Задача 2. Динамика реальной жидкости Cкорости движения воды на

Число Рейнольдса:

Задача 2. Динамика реальной жидкости

 

Cкорости движения воды на каждом участке

определим
c учетом постоянства расхода Q по формуле:

 

 

 

 

 

Определим режим движения жидкости на каждом участке .

 

 

 

Слайд 55

Это турбулентный режим, поэтому коэффициент гидравлического трения определяем по формуле Альтшуля:

Это турбулентный режим,
поэтому коэффициент гидравлического
трения определяем по формуле Альтшуля:

Задача

2. Динамика реальной жидкости

 

 

 

Для стальных бесшовных новых труб (по табл. П.2.1)δ = 0,014 мм = 0,014·10-3 м.

 

Для удобства вычислений диаметр перевели в мм: d1= 0,04 м = 40 мм.

Слайд 56

Это область гидравлических гладких труб, поэтому коэффициент гидравлического трения определяем по

Это область гидравлических гладких труб,
поэтому коэффициент гидравлического
трения определяем по формуле

Блазиуса:

 

 

 

 

 

 

 

Задача 2. Динамика реальной жидкости

Слайд 57

Найдем потери напора по длине по формуле Дарси (3): Задача 2. Динамика реальной жидкости

 

 

 

Найдем потери напора по длине по формуле Дарси (3):

 

 

 

 

 

Задача 2. Динамика

реальной жидкости
Слайд 58

Задача 2. Динамика реальной жидкости Найдем местные потери напора по формуле

Задача 2. Динамика реальной жидкости

Найдем местные потери напора по формуле Вейсбаха

(4):

 

 

Коэффициент сопротивления на входе в трубопровод (табл. П2.2): ξвх = 0,5

 

Коэффициент сопротивления на внезапное расширение (табл. П2.2):

 

 

Слайд 59

Коэффициент сопротивления при прохождении через вентиль (табл. П2.2): ξвен = 4

 

Коэффициент сопротивления при прохождении через вентиль (табл. П2.2):
ξвен = 4


 

Коэффициент сопротивления диффузора:

 

, где α – угол конусности

Задача 2. Динамика реальной жидкости

Слайд 60

Задача 2. Динамика реальной жидкости Найдем α – угол конусности

Задача 2. Динамика реальной жидкости

Найдем α – угол конусности

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Слайд 61

Потери напора на выход из трубы в атмосферу. Коэффициент сопротивления на

Потери напора на выход из трубы в атмосферу.

 

Коэффициент сопротивления на выходе

(табл. П2.2): ξвых = 1

Общие потери напора:

 

Все скоростные напоры:

 

 

 

 

Задача 2. Динамика реальной жидкости

Слайд 62

Находим высоту, обусловленную избыточным давлением в резервуаре hп: В уравнение Бернулли

Находим высоту, обусловленную избыточным давлением в резервуаре hп:

 

 

 

 

В уравнение Бернулли (2)

подставим найденные значения
и вычислим давление p1:

 

Задача 2. Динамика реальной жидкости

Слайд 63

Задача 2. Динамика реальной жидкости Напорная и пьезометрическая линии Напорная линия

Задача 2. Динамика реальной жидкости

Напорная и пьезометрическая линии
Напорная линия показывает, как

изменяется полный напор (полная удельная энергия) по длине потока.
При построении напорной линии значения высот (гидродинамических напоров) откладывают вертикально вверх от осевой линии трубопровода. По ходу движения напорная линия всегда падает, то есть имеет уклон, так как потери напора не обратимы.

 

Слайд 64

Задача 2. Динамика реальной жидкости Напорная и пьезометрическая линии

Задача 2. Динамика реальной жидкости

Напорная и пьезометрическая линии

Слайд 65

3. ИСТЕЧЕНИЕ ЖИДКОСТИ ИЗ ОТВЕРСТИЙ И НАСАДКОВ

3. ИСТЕЧЕНИЕ ЖИДКОСТИ ИЗ ОТВЕРСТИЙ
И НАСАДКОВ

Слайд 66

3. Истечение жидкости из отверстий и насадков В гидравлике различают большие

3. Истечение жидкости из отверстий и насадков

В гидравлике различают большие и

малые отверстия.
Отверстие называют малым, если его вертикальный размер
не превышает 0,1 напора.

где μ, φ – коэффициенты скорости и расхода, значения
которых приведены в таблице;
S – площадь отверстия;
H – геометрический напор над центром тяжести отверстия; p1 – давление на свободной поверхности жидкости;
p2 – давление в среде, в которую происходит истечение

Слайд 67

3. Истечение жидкости из отверстий и насадков Значения коэффициентов сжатия струи скорости и расхода Таблица 3.

3. Истечение жидкости из отверстий и насадков

Значения коэффициентов сжатия струи скорости

и расхода
Таблица 3.
Слайд 68

3. Истечение жидкости из отверстий и насадков Связь между коэффициентами μ

3. Истечение жидкости из отверстий и насадков

Связь между коэффициентами μ и

φ:

где ε – коэффициент сжатия струи, равный отношению площади струи в сжатом сечении к площади отверстия.

Слайд 69

3. Истечение жидкости из отверстий и насадков При истечении жидкости из

3. Истечение жидкости из отверстий и насадков

При истечении жидкости из открытого

резервуара в атмосферу
(p1 = p2 = pа)
формулы для скорости v и расхода Q жидкости принимают простой вид:
Слайд 70

3. Истечение жидкости из отверстий и насадков При истечении под уровень

3. Истечение жидкости из отверстий и насадков

При истечении под уровень (в

этом случае отверстие называется затопленным) скорость и расход находятся по формулам:

где ΔH – разность уровней.

Слайд 71

3. Истечение жидкости из отверстий и насадков Насадком называется короткая трубка

3. Истечение жидкости из отверстий и насадков

Насадком называется короткая трубка (длиной

3–4 диаметра), прикрепленная к отверстию.

В зависимости от формы насадки делятся на
цилиндрические: внешние и внутренние (а,б),
Конические: сходящиеся и расходящиеся (в,г).

Слайд 72

3. Истечение жидкости из отверстий и насадков Скорость и расход при

3. Истечение жидкости из отверстий и насадков

Скорость и расход при истечении

из насадка определяются по тем же формулам, что и при истечении через малое отверстие.

Значения коэффициентов сжатия струи, скорости и расхода
Таблица 4.

Слайд 73

Задача 3. Истечение жидкости из отверстий и насадков Истечение воды из

Задача 3. Истечение жидкости из отверстий и насадков

Истечение воды из закрытого

резервуара происходит через насадок,
а из открытого – через отверстие в тонкой стенке. Диаметры выходного отверстия насадка и отверстия в тонкой стенке одинаковы.
Определить расход воды через систему и избыточное давление p0 в закрытом резервуаре.

Дано:

Слайд 74

Задача 3. Истечение жидкости из отверстий и насадков d = 10

Задача 3. Истечение жидкости из отверстий и насадков

d = 10 мм

= 0,01 м < 0,1·H2 = 0,21 м
Следовательно, отверстие является малым.
По таблице П3.1 для малого незатопленного отверстия принимаем коэффициент расхода μ0 = 0,62.
Расход жидкости при истечении из отверстия из открытого резервуара в атмосферу определяется по формуле:

(Для другой схемы для первого отверстия Н = Н2, для второго Н = Н3)

 

Слайд 75

Задача 3. Истечение жидкости из отверстий и насадков Расход из отверстия

Задача 3. Истечение жидкости из отверстий и насадков

Расход из отверстия равен:

При

истечении жидкости через насадок при затопленном отверстии расход определяется по формуле:

 

 

 

- Предыдущая
Конденсаторы. Виды конденсаторов
Следующая -
Електронно-променевий підсилювач НВЧ. Електронно-променева трубка

Похожие презентации

Порядок формирования и налогового учета резервов по сомнительным долгам. Сомнительный долг и дебиторская задолженность
Понятие жидкости. Идеальная жидкость
ЭПРА люминесцентных ламп
Частицы и взаимодействия. Ускорители частиц. Элементарные частицы. Экспериментальное исследование структуры частиц. (Лекция 9)
Термодинамические свойства реальных газов (тема 7)
Микроструктуры конструкционных материалов
Свободное падение тел 9 класс
Физика в кристаллических телах
Тема: Радио Попова …можно сообщить и передать информацию, но нельзя вложить готовых знаний, можно создать лишь предпосылки к их овладению… В.Г. Разумовский
Әр түрлі иондаушы сәулелер көздері түрлерінің заттармен өзара әсерлесуі
Rotation of rigid bodies. Angular momentum and torque. Properties of fluids
Звездные величины. Формула Погсона
Различные состояния вещества и их объяснение на основе молекулярно-кинетических представлений
Шаровая молния. Чем опасна шаровая молния для человека
Исследование методов опреснения морской воды
Презентация по физике "Педагогические технологии при обучении физике: преподавание, развивающее ученика" - скачать
ТЕМПЕРАТУРА. ТЕПЛОВОЕ РАВНОВЕСИЕ. Учитель физики :МОУ СОШ №1 г. Зарайск. МОРЖАКОВА Т.Ю
Основы управления денежными средствами компании
Солнечная радиация и ее гигиеническое значение
Машиностроительный комплекс Росcии (тест)
Густина речовини. Одиниці густини
Занятие № 1 Методы повышения эффективности усвоения понятийпри изучении темы:Кинематика
Презентация по физике "Строение атома" - скачать
Способы создания нанообъектов и наноматериалов
Денелердің жүзу шарттары
Структура измерительных приборов и систем
Transformer. What is it?
Презентация Закон сохранения и превращения энергии.
Вы можете прислать нам Вашу презентацию и мы опубликуем ее на сайте.
Обратная связь
Для правообладателей
Email: Нажмите что бы посмотреть