Пример 3.3. Определить силу суммарного давления на секторный затвор и ее направление. Глубина воды перед затвором H = 4 м, длина затвора L = 8 м, угол α = 60°.

Решение:

Равнодействующую сил давления определяем по формуле

Горизонтальная составляющая силы давления равна силе давления на вертикальную проекцию затвора:

– глубина погружения центра тяжести смоченной поверхности (Приложение 5);

– площадь вертикальной проекции,

следовательно,

Вертикальную составляющую силы давления определяем по формуле

где - объем тела авс длиной L.

Площадь сектора:

Окончательно, получаем

Вычислим равнодействующую сил давления

Направление этой силы определяется углом β:

Следовательно, угол β =18°25’.

Методические рекомендации к проведению расчетов
Для того, чтобы определить силу суммарного давления на плоскую стенку следует:

1. 
   определить глубину погружения центра тяжести стенки (используя приложение 5);
   
2. 
   найти площадь смачиваемой поверхности стенки S;
   
3. 
   рассчитать суммарную силу давления по формуле (3.1);
   
4. 
   точку приложения силы давления – центр давления – определить по формуле (3.2), где момент инерции рассчитывается по формулам, приведенным в приложении 5 (см. примеры 3.1 и 3.2)
   

Для того, чтобы определить силу суммарного давления на криволинейную стенку следует:

1. 
   определить горизонтальную и вертикальную составляющие по формулам (3.4) и (3.5);
   
2. 
   вычислить суммарную силу давления, используя формулу (3.3);
   
3. 
   направление силы давления показать, определив угол β по формуле (3.6) (см. пример 3.1).
   

Для построения эпюр давления – диаграмм распределения давления на смоченную поверхность следует:

1. 
   в точке соприкосновения свободной поверхности жидкости со стенкой восстанавливают перпендикуляр и на нем откладывают значение давления р₀;
   
2. 
   из точки пересечения стенки со дном восстанавливают другой перпендикуляр, равный в масштабе сумме значений р₀ и ρgH;
   
3. 
   соединив полученные отрезки, получают эпюру абсолютного давления.
   

Задачи
Задача 3.1. Определить силу гидростатического давления и центр давления воды на прямоугольный затвор шириной b = 1,2 м, закрывающий вход в прямоугольную трубу, высота которой h = 0,8 м. Глубина жидкости в резервуаре H = 3,5 м, а = 0,5 м.
Задача 3.2. Определить силу гидростатического давления жидкости на круглую крышку колодца диаметром D = 1,2 м. Относительная плотность жидкости δ = 1,25, глубины H₁ = 4,5 м, H₂ = 1,0 м.

Задача 3.3. Определить силу и центр давления воды на стенку шириной b = 15 м, глубина воды h = 3 м.

Задача 3.4. Определить равнодействующую силу и центр давления воды на наклонную прямоугольную стенку шириной b = 10 м, если глубина воды Н₁ = 6 м, Н₂ = 2 м, а угол наклона стенки α = 60°.

Задача 3.5. Прямоугольное отверстие высотой h = 0,4 м и шириной b = 1 м в вертикальной стенке открытого резервуара с водой закрыто щитом. Определить силу и центр давления воды на щит, если Н = 1,3 м.

Задача 3.6. Определить равнодействующую силу и центр давления воды на прямоугольную стенку шириной b = 10 м, если глубина воды Н₁=5 м, Н₂=3 м.



Задача 3.7. В вертикальной стенке имеется отверстие, перекрываемое щитом в виде равностороннего треугольника, сторона которого b = 1,5 м. Определить силу гидростатического давления и положение центра давления, если H = 2,3 м.



Задача 3.8. В вертикальной стенке имеется отверстие, перекрываемое щитом в форме эллипса с размерами а = 1,5 м, b = 2,5 м. Определить силу гидростатического давления и положение центра давления, если H = 0,3 м.



Задача 3.9. В боковой вертикальной стенке резервуара имеется отверстие, которое перекрывается равносторонним треугольным щитом со стороной b = 1,5 м. Определить силу гидростатического давления и положение центра давления, если H = 2,3 м, избыточное давление в резервуаре р_0изб = 5 кПа.

Задача 3.10. В боковой вертикальной стенке резервуара имеется отверстие, которое перекрывается щитом в форме эллипса с размерами а = 1,5 м, b = 2,5 м. Определить силу гидростатического давления и положение центра давления, если H = 3,2 м, вакуумметрическое давление в резервуаре р_0вак = 10 кПа.

Задача 3.11. Цилиндрический резервуар для хранения мазута диаметром D = 4 м имеем полусферическую крышку и сообщается с атмосферой через трубу диаметром d = 0,2 м. Определить вертикальную составляющую силы гидростатического давления мазута на крышку, если Н₁ = 4 м, Н₂ = 8 м, а плотность мазута ρ = 890 кг/м³.

Задача 3.12. Построить тело давления и определить силу, открывающую полусферическую крышку диаметром d = 1 м, Н = 2 м.

Задача 3.13. Построить тело давления и определить силу, прижимающую коническую крышку диаметром d = 1,2 м к основанию резервуара. Резервуар заполнен водой, глубина воды Н = 3 м, высота крышки h = 1 м.



Задача 3.14. Определить величину и направление силы давления воды на боковую поверхность цилиндрического затвора диаметром d = 1,6 м и длиной l = 4 м. Глубина воды Н = 3 м.



Задача 3.15. Построить тело давления и определить величину и направление силы гидростатического давления жидкости с относительной плотностью δ = 1,25 на затвор. Затвор является частью цилиндра радиусом R = 2,6 м, глубина жидкости в резервуаре Н = 3,8 м.

Задача 3.16. На щите, наклоненном к горизонту на угол α = 60°, имеется отверстие, которое перекрывается круглой крышкой диаметром d = 0,8 м. Определить силу гидростатического давления и центр давления воды на крышку люка, а = 1,0 м.

Задача 3.17. В вертикальной стенке имеется отверстие, перекрываемое щитом в виде равностороннего треугольника, сторона которого b = 2,5 м. Определить силу гидростатического давления и положение центра давления, если H = 3,4 м.

Задача 3.18. В боковой вертикальной стенке резервуара имеется отверстие, которое перекрывается щитом в форме эллипса с размерами а = 1,5 м, b = 2,5 м. Определить силу гидростатического давления и положение центра давления, если H = 0,3 м, вакуумметрическое давление в резервуаре р_0вак = 20 кПа.

Задача 3.19. Построить тело давления и определить силу, прижимающую полусферическую крышку диаметром d = 1,2 м к основанию резервуара. Резервуар заполнен водой, глубина воды Н = 3 м.

Задача 3.20. Построить тело давления и определить величину и направление силы гидростатического давления жидкости с относительной плотностью δ = 0,8, действующей на цилиндрическую поверхность, если радиус и длина образующей цилиндра соответственно R = 1,2 м, b = 0,5 м.
Контрольные вопросы и задания
1. Как определить силу гидростатического давления на плоскую стенку?

2. К какой точке приложена эта сила?

3.  В чем смысл гидростатического парадокса?

4. Как найти силу гидростатического давления и точку ее приложения, если стенка цилиндрическая?

5. Что называется телом давления?

6. Как определить направление силы суммарного давления на цилиндрические поверхности?

4. Основные понятия гидродинамики

Гидродинамика - раздел гидравлики, изучающий законы движения жидкости и их практическое применение.

Движение жидкости может быть установившимся и неустановившимся, равномерным и неравномерным, напорным и безнапорным.

При неустановившемся движении скорость и давление в выбранной точке пространства зависит от координат и изменяется с течением времени. При установившемся движении его характеристики не изменяются с течением времени и зависят только от координат рассматриваемой точки.

При напорном движении поток жидкости со всех сторон ограничен твердыми стенками (закрытое русло), а давление отличается от атмосферного;

При безнапорном движении – поток имеет свободную поверхность, давление над которой атмосферное.

При изучении движущейся жидкости вводится ряд понятий, характеризующих гидравлические и геометрические элементы потока.

Живым сечением называют поверхность потока, проведенная перпендикулярно к направлению линий тока.

Живое сечение характеризуется площадью живого сечения ω (м²), смоченным периметром χ (м) и гидравлическим радиусом R (м).

Смоченный периметр χ – длина части периметра живого сечения, по которой поток соприкасается с ограничивающими его стенками.

Отношение площади живого сечения потока к смоченному периметру называется гидравлическим радиусом:

(4.1)

В приложении 6 приведены значения гидравлических радиусов для потоков разных сечений.

Расходом жидкости называется количество жидкости, протекающей через живое сечение потока за единицу времени.

Различают:

- объемный м³/с,

Здесь - средняя скорость потока в данном живом сечении - условная одинаковая во всех точках скорость, при которой расход потока будет такой же, как и при различных местных скоростях.

- массовый M , кг/с;

- весовой G , Н/с.

При установившемся движении расход жидкости для любого сечения есть величина постоянная.

Q = = сonst (4.2)

Выражение (4.1) представляет уравнение неразрывности потока.

Многочисленные экспериментальные исследования движущихся жидкостей позволили установить существование двух режимов движения жидкости: ламинарного и турбулентного.

При ламинарном режиме движения, наблюдаемом при малых скоростях, отдельные струйки жидкости движутся параллельно друг другу.

При турбулентном режиме наблюдается сильное перемешивание частиц жидкости и как следствие неупорядоченное движение ее элементов.

Скорость, при которой происходит смена режимов, называется критической.

Для характеристики режима движения жидкости введен безразмерный параметр – число Рейнольдса, которое для труб круглого сечения выражают через внутренний диаметр трубопровода:

(4.3)

Для потока произвольной формы число Рейнольдса выражается через гидравлический радиус

(4.4)

Минимальное значение, соответствующее переходу ламинарного режима в турбулентный определяется критическим числом Рейнольдса Re_кр.=2320 или

Следовательно, значение критической скорости:

(4.5)

При ламинарном режиме движения в цилиндрической трубе радиусом r₀ распределение местных скоростей подчиняется параболическому закону. Максимальная скорость имеет место на оси трубопровода, тогда местная скорость в слое жидкости, находящемся на расстоянии r от оси трубы

Средняя скорость .

Максимальная скорость

=

Касательная напряжения у стенки трубы

Касательные напряжения по сечению трубы распределяются по зависимости

При турбулентном режиме движения распределение осредненных скоростей по сечению трубы может быть приближенно принято по зависимости

,

где y – расстояние от стенки трубы до рассматриваемой точки;

– динамическая скорость.

Максимальная скорость связана со средней скоростью в сечении следующей зависимостью

Примеры гидравлических расчетов
Пример 4.1. Определить пределы изменения гидравлического радиуса R для канализационных самотечных трубопроводов, если их диаметр d изменяется от 150 до 3500 мм. Расчетное наполнение принять: a = h/d = 0,6 для труб диаметром d = 150 мм; a = h/d = 0,8 для труб диаметром d = 3500 мм.

Решение:

Гидравлический радиус определяем по формуле

где площадь живого сечения

,

смоченный периметр .

Угол α находим из соотношения

Проведем расчеты:

- для трубы диаметром d = 150 мм

Тогда гидравлический радиус равен

- для трубы диаметром d = 3500 мм

Тогда гидравлический радиус равен

Таким образом, гидравлический радиус изменяется от 0,04 до 1,07 м.
Пример 4.2. Определить режим движения воды в водопроводной трубе диаметром d = 300 мм, если протекающий по ней расход Q = 0,136 м³/с. Температура воды 10°С.

Решение:

Число Рейнольдса находим по формуле:

Средняя скорость движения воды в трубе

где живое сечение потока

Тогда

Кинематический коэффициент вязкости воды при температуре 10°С находим по таблице 4.5 (Приложение 4): ν = 0,0131·10^-4 м²/с.

Следовательно,

Так как значит режим движения турбулентный.

Методические рекомендации к проведению расчетов
Для того чтобы определить режим движения жидкости, необходимо рассчитать число Рейнольдса Re по формуле (4.3) для труб круглого сечения и по формуле (4.4) для трубы произвольного сечения. В последнем случае гидравлический радиус рассчитывается по формуле (4.1) (пример 4.1). Затем сравнить полученное значение Re c критическим Re_кр=2320 (пример 4.2).

Значение критической скорости определяется по формуле (4.5), а соответствующий ей расход по формуле (4.2).

Задачи
Задача 4.1. Жидкость движется в лотке со скоростью V = 0,1 м/с. Глубина наполнения лотка h = 30 см, ширина по верху В = 50 см, ширина по низу b = 20 см. Определить смоченный периметр, площадь живого сечения, гидравлический радиус, расход, режим движения жидкости, если динамический коэффициент вязкости жидкости μ = 0,0015 Па·с, а ее плотность ρ = 1200 кг/м³.



Задача 4.2. Найти минимальный диаметр d напорного трубопровода, при котором нефть будет двигаться при турбулентном режиме, если кинематический коэффициент вязкости нефти ν = 0,3 см²/с, а расход в трубопроводе Q = 8 л/с.

Задача 4.3. По трубе диаметром d = 0,1 м под напором движется вода. Определить расход, при котором турбулентный режим сменится ламинарным, если температура воды t = 25°C.

Задача 4.4. Определить критическую скорость, при которой происходит переход от ламинарного режима к турбулентному, в трубопроводе диаметром d = 30 мм при движении воды (ν = 0,009 Ст), воздуха (ν = 0,162 Ст) и глицерина (ν = 4,1 Ст).

Задача 4.5. Определить, изменится ли режим движения воды в напорном трубопроводе d = 0,5 м при возрастании температуры от 15 до 65°С, если расход в трубопроводе Q = 15 л/с.

Задача 4.6. Вода движется под напором в трубопроводе прямоугольного сечения. Определить при каком максимальном расходе сохранится ламинарный режим. Температура воды t = 30°C, а = 0,2 м, b = 0,3 м.

Задача 4.7. По трубе диаметром d = 0,1 м под напором движется вода. Определить расход, при котором турбулентный режим сменится ламинарным, если температура воды t = 25°C.

Задача 4.8. Жидкость движется в безнапорном трубопроводе с расходом Q = 22 м³/ч. Трубопровод заполнен наполовину сечения. Диаметр трубопровода d = 80 мм. Определить, при какой температуре будет происходить смена режимов движения жидкости. График зависимости кинематического коэффициента вязкости представлен на рисунке.

Задача 4.9. Жидкость, имеющая динамический коэффициент вязкости μ = 1,005 Па·с и плотность ρ = 900 кг/м³, движется в трапецеидальном лотке. Определить критическую скорость, при которой будет происходить смена режимов движения жидкости. Глубина наполнения h = 0,2 м, ширина лотка по дну b = 25 см, угол наклона боковых стенок лотка к горизонту α = 30°.



Задача 4.10. Применяемые в водоснабжении и канализации трубы имеют минимальный диаметр d = 12 мм и максимальный диаметр d = 3500 мм. Расчетные скорости движения воды в них V = 0,5÷4 м/с. Определить минимальное и максимальное значение чисел Рейнольдса и режим течения в этих трубопроводах.

Задача 4.11. Для осветления сточных вод используют горизонтальный отстойник, представляющий собой удлиненный прямоугольный резервуар. Его глубина h = 2,6 м, ширина b = 5,9 м. Температура воды t = 20°С. Определить среднюю скорость и режим движения сточной жидкости, если ее расход Q = 0,08 м³/с, а коэффициент кинематической вязкости ν = 1,2·10^-6 м²/с. При какой скорости в отстойнике будет наблюдаться ламинарный режим движения жидкости?

Задача 4.12. Конденсатор паровой турбины оборудован 8186 трубками диаметром d = 2,5 см. Через трубки пропускается охлаждающая вода при t = 10°С. Будет ли при расходе воды Q = 13600 м³/с обеспечен турбулентный режим движения в трубках?

Задача 4.13. Определить режим движения горячей воды (t = 80°С) в пробковом кране, проходное сечение которого при частичном открытии изображено на рисунке, если l = 20 мм, b = r = 3 мм, расход воды Q = 0,1 л/с.

Задача 4.14. Определить режим движения воды при t = 20°С в смесителе, проходное сечение которого открыто наполовину, если d = 10 мм, расход воды Q = 0,1 л/с.




Задача 4.15. Смазка протекает через кольцевую щель. Определить гидравлический радиус при условии, что D = 50 мм, d = 48 мм.
Задача 4.16. Определить гидравлический радиус для формы потока, изображенной на рисунке.



Задача 4.17. Определить гидравлический радиус, если простая задвижка на трубе круглого сечения d частично закрыта,



Задача 4.18. Построить эпюру скоростей и касательных напряжений в сечении трубы диаметром d = 50 мм, если расход потока Q = 100 см³/с, а температура воды t = 8°С.

Задача 4.19. Определить максимальную и среднюю в сечении скорости, построить эпюру скоростей потока нефти в трубе диаметром d = 400 мм, если расход потока Q = 15 л/с, коэффициент кинематической вязкости ν = 0,29 см²/с.

Задача 4.20. Построить эпюру осредненных скоростей в сечении трубы, по которой протекает поток бензина с расходом Q = 60 л/с, если диаметр трубы d = 350 мм, кинематический коэффициент вязкости ν = 0,0093 Ст. Гидравлический коэффициент трения λ = 0,03.
Контрольные вопросы и задания
1. Назовите основные параметры движущейся жидкости.

2. Перечислите основные виды движения. Приведите примеры.

2. Что такое площадь живого сечения потока, смоченный периметр и гидравлический радиус?

3.  Напишите и объясните уравнение неразрывности потока.

4. Дайте определение ламинарного режима движения жидкости.

5. Охарактеризуйте турбулентный режим течения жидкости.

6. Что называется критической скоростью движения жидкости в трубе?

7. Изобразите схематически профили скоростей при ламинарном и турбулентном режимах течения жидкости в трубах.

8. Напишите формулу соотношения между средней и максимальной скоростью при ламинарном режиме.

9. Что такое осредненная местная скорость?

Примерные темы докладов и рефератов
1. Установка для исследования режимов движения жидкостей: ее конструкция и методика исследований.

2. Гидравлическое подобие и его применение в технике.

3. Критерии подобия, применяемые при моделировании гидравлических явлений и машин.

5. Уравнение Бернулли
В некоторых задачах о движении жидкости в приближении рассматривается идеальная (невязкая) жидкость.

Уравнение Бернулли для потока идеальной жидкости представляет закон сохранения энергии жидкости вдоль потока: вдоль элементарной струйки идеальной жидкости сумма потенциальной и кинетической энергии является постоянной величиной, т.е.

, (5.1)

где Н - полный гидродинамический напор (полная удельная энергия жидкости в сечении); Z – вертикальная координата центров тяжести сечений (геометрический напор); – пьезометрический напор (удельная энергия давления); /2g – скоростной напор (удельная кинетическая энергия), сумма представляет собой потенциальную энергию.

В реальных жидкостях проявляется влияние сил внутреннего трения, обусловленных вязкостью, на преодоление которых расходуется определенное количество кинетической энергии или скоростного напора h.

Уравнение Бернулли для двух сечений потока реальной жидкости записывается в следующем виде

(5.2)

где υ - средняя по сечению скорость; α – коэффициент Кориолиса, учитывающий неравномерность распределения скоростей по сечениям (при турбулентном режиме движения жидкости α=1, при ламинарном - α=2).

Член выражает потери напора на преодоление различных сопротивлений на пути движения жидкости между рассматриваемыми сечениями потока:

1. 
   Сопротивления по всей длине потока жидкости, вызванное силами трения частичек жидкости между соседними слоями жидкости и трением о стенки, ограничивающие поток.
   

Потери напора называют линейными - .

2. 
   Сопротивления, обусловленные местными препятствиями, встречающимися на пути движения (изменение формы и размеров русла). Они ведут к изменению величины и направления скорости.
   

Потери напора называют местными - .

Таким образом, гидродинамический напор в первом сечении всегда больше гидродинамического напора во втором сечении на величину потерь .

Примеры гидравлических расчетов
Пример 5.1. На оси водопроводной трубы установлена трубка Пито с дифференциальным ртутным манометром. Определить максимальную скорость движения воды в трубе V_max, если разность уровней ртути в манометре Δh = 18 мм.

Решение:

Трубка Пито измеряет скоростной напор

Откуда

Для определения Н запишем уравнение равновесия в ртутном манометре относительно плоскости а-а

где давления в трубках ртутного манометра на уровне верхней отметки ртути; - плотность ртути (13600 кг/м³) и воды (1000 кг/м³).

Отсюда получаем

Подставляя исходные данные, получим

Таким образом, максимальная скорость в трубе

Пример 5.2. Горизонтальная труба диаметром d = 5 см соединяет резервуары с водой, в которых поддерживаются постоянные уровни Н₁ = 4,5 м и H₂ = 2,5 м. Для регулирования расхода на трубопроводе установлен вентиль. Определить коэффициент сопротивления вентиля и потерю напора в нем, если расход воды Q = 12,5 л/с, а избыточное давление на поверхности воды в напорном баке р_изб = 25 кПа. Другими потерями напора пренебречь.



Решение:

Перед записью уравнения Бернулли выбираем два сечения.

В качестве начального сечения принимаем открытую поверхность жидкости в напорном баке и обозначаем его 1-1. В пределах этого сечения скорость жидкости мала V₁ ≈ 0, абсолютное давление р₁ = р_а + р_изб. Конечное сечение выбираем на поверхности жидкости в сливном баке 2-2. В пределах этого сечения скорость V₂ ≈ 0, абсолютное давление р₂ = р_а.

В качестве произвольной горизонтальной плоскости для отсчета нивелирных высот (сечение 0-0) выбираем плоскость, совпадающую с осью трубопровода. Тогда z₁ = H₁, а z₂ = H₂.

В соответствии с условием задачи учитываем только местные потери напора на вентиле h_в, тогда уравнение Бернулли принимает вид:

Выразим потери напора на вентиле

С другой стороны, потери напора можно определить по формуле Вейсбаха

Скорость движения жидкости выразим из уравнения неразрывности потока

Подставив в формулу и выразив коэффициент сопротивления, окончательно получаем:

;

Следовательно,

=
Методические рекомендации к проведению расчетов
Для решения задачи с применением уравнения Бернулли следует:

1) выбрать два сечения, для которых записывается уравнение. В качестве сечений рекомендуется брать:

- выход в атмосферу, где _абс = р_а;

- свободную поверхность в резервуаре, где скорость V = 0

- сечение, в котором присоединен прибор для измерения давления (манометр, вакуумметр, пьезометр и др.).

2) записать уравнение Бернулли в общем виде – формула (5.1) для идеальной жидкости и формула (5.2) для реальной жидкости;

3) переписать уравнение для заданных сечений с заменой его членов заданными буквенными величинами и исключить члены, равные нулю.

При этом необходимо помнить:

- уравнение Бернулли записывается по течению жидкости;

- вертикальная ордината z всегда отсчитывается от произвольной горизонтальной плоскости вверх;

- давление р, входящее в правую и левую части уравнения, должно быть задано в одной системе отсчета (абсолютной или избыточной);

- коэффициент Кориолиса в задачах на движение потока реальной жидкости следует учитывать только при ламинарном режиме течения α = 2, для турбулентных потоков можно принимать α = 1;

- суммарная потеря напора записывается в правой части уравнения со знаком «+» и складывается из местных потерь, которые определяются формулой Вейсбаха, и потерь на трение по длине, определяемых формулой Дарси.
Задачи
Задача 5.1. Из напорного бака вода течет по трубе диаметром d₁ = 20 мм и затем вытекает в атмосферу через брандспойт с диаметром выходного отверстия d₂ = 10 мм. Избыточное давление воздуха в баке р₀ = 0,18 МПа; высота Н = 1,6 м. Пренебрегая потерями энергии, определить скорость течения воды в трубе V₁ и на выходе

из насадка V₂.

Задача 5.2. Определить скорость движения бензина V и расход Q в сифонном трубопроводе. Нижняя точка оси трубопровода расположена ниже уровня жидкости в питающем резервуаре на расстоянии h = 2,5 м. Внутренний диаметр трубопровода d = 25 мм, плотность бензина ρ = 850 кг/м³. Потерями напора пренебречь.

Задача 5.3. Определить расход жидкости Ж, вытекающей из бака по трубопроводу диаметром d, если избыточное давление воздуха в баке р₀, высота уровня Н₀, высота подъема жидкости в пьезометре, открытом в атмосферу Н. Потерями энергии пренебречь.

Задача 5.4. Вода движется в трубчатом расходомере в направлении от сечения 1-1 к 2-2. Избыточное давление больше в сечении 1-1 Δр = 25 кПа. Определить расход Q, если внутренний диаметр трубопровода в сечении 1-1 D = 65 мм, а в сечении 2-2 d = 40 мм, разность отметок сечений Δz = 2 м. Потерями напора пренебречь.

Задача 5.5. Керосин движется в трубчатом расходомере в направлении от сечения 1-1 к 2-2. Избыточное давление в сечении 1-1 р₁ = 35 кПа. Определить избыточное давление в сечении 2-2, если внутренний диаметр трубопровода в сечении 1-1 D = 50 мм, а в сечении 2-2 d = 35 мм, разность отметок сечений Δz = 1 м, расход Q = 2 л/с. Потерями напора пренебречь.

Задача 5.6. Определить расход воды в трубопроводе, если согласно показаниям ртутного дифференциального манометра h = 30 мм. Плотность ртути ρ = 13600 кг/м³, внутренний диаметр трубопровода D = 80 мм. Потери напора не учитывать.

Задача 5.7. По горизонтальной трубе переменного сечения протекает нефть с расходом Q = 1,3 л/с. Определить разность показаний пьезометров h, если диаметр трубопровода в широком сечении D = 10 см, а в узком d = 5 см. Плотность нефти ρ = 850 кг/м³. Потерями напора пренебречь.

Задача 5.8. Насос с подачей Q = 7,2 м³/ч забирает воду из колодца. Определить наибольший вакуум p_вак при входе в насос. Внутренний диаметр трубопровода D = 80 мм, высота установки насоса над уровнем жидкости h = 4 м. Потери напора Δh = 0,5 м.

Задача 5.9. По трубопроводу диаметром D = 150 мм движется вода с расходом 20 л/мин. Определить, пренебрегая потерями напора, разность уровней в жидкостном манометре. Плотность жидкости в манометре ρ = 1300 кг/м³.

Задача 5.10. Нефть движется под напором в трубопроводе квадратного сечения. Определить критическую скорость, при которой будет происходить смена режимов движения жидкости, если сторона квадрата a = 0,05 м, динамический коэффициент вязкости μ = 0,02 Па·с, а плотность нефти ρ = 850 кг/м³.

Задача 5.11. По горизонтальному трубопроводу переменного сечения движется нефть, плотность которой ρ = 850 кг/м³. Диаметр в широком сечении трубопровода d₁ =50 мм. Расход жидкости в трубопроводе Q = 0,5 л/с, разность уровней в дифференциальном манометре, заполненном ртутью плотностью ρ = 13600кг/м³, составляет h = 35 мм. Определить диаметр трубопровода в узком сечении. Потерями напора пренебречь.

Задача 5.12. Определить скорость и расход газа с плотностью ρ = 20 кг/м³ в трубопроводе с внутренним диаметром D = 50 мм. В колене манометра находится жидкость плотностью ρ_ж = 1000 кг/м³. Потери напора не учитывать.

Задача 5.13. По горизонтальному трубопроводу переменного сечения движется вода. Из бачка А по трубке, подведенной к трубопроводу, поступает краситель, имеющий плотность ρ = 1300 кг/м³. Определить расход воды в трубопроводе, при котором прекратится подача красителя. Уровень красителя в бачке H = 0,5 м, диаметр трубопровода в широком сечении d₁ = 150 мм, в узком – d₂ = 100 мм, избыточное давление воды в широком сечении трубопровода составляет 30 кПа. Потерями напора пренебречь.

Задача 5.14. Для условий задачи 4.13 определить, при какой высоте Н прекратится подача красителя. Расход воды в трубопроводе Q = 1,8 м³/мин, диаметр трубопровода в широком сечении d₁ = 200 мм, в узком – d₂ = 100 мм, абсолютное давление воды в широком сечении трубопровода составляет 150 кПа. Потерями напора пренебречь.

Задача 5.15. Определить давление в сечении трубопровода с диаметром d₁ = 0,1 м, если вода в трубке поднялась на высоту h = 3 м, диаметр cуженой части трубопровода d₂ = 0,6 м, расход воды в трубопроводе Q = 0,0065 л/с. Потери напора не учитывать.

Задача 5.16. На вертикальной водопроводной трубе постоянного диаметра на расстоянии l = 10 м установлены два манометра. Нижний манометр показывает давление 1,2 кг/см², а верхний – 0,8 кг/см². Определить гидравлический уклон и направление движения жидкости.

Задача 5.17. По нагнетательному патрубку диаметром d₁ = 200 мм вентилятором подается воздух плотностью ρ = 1,2 кг/м³ с расходом Q = 0,8 м³/с при избыточном давлении р₁ = 1 кПа. К патрубку подсоединен диффузор с диаметром выходного сечения d₂ = 300 мм. Определить давление воздуха на выходе из диффузора. Изменение плотности воздуха и потери в диффузоре не учитывать.

Задача 5.18. К трубе, по которой движутся дымовые газы плотностью ρ = 0,6 кг/м³, присоединен микроманометр, заполненный спиртом (ρ_сп = 0,6 кг/м³). Показание шкалы манометра, наклоненной под углом α = 30° к горизонту, l = 15 мм. Определить скорость движения дымовых газов.
Задача 5.19. На вертикальной водопроводной трубе, состоящей из труб диаметром d₁ = 27 мм и d₂ = 15 мм, установлены два манометра. Нижний манометр показывает давление 1,6 кг/см², а верхний – 1,2 кг/см². Определить направление движения воды, гидравлический и пьезометрический уклоны, если расход составляет Q = 0,3 л/с.
Задача 5.20. Поршень диаметром D = 200 мм вытесняет воду по короткому трубопроводу диаметром d = 20 мм в атмосферу. Определить усилие на поршень, если скорость истечения жидкости v = 5 м/с, потери напора h_w = 2 м.