odpowiedziHydraulikaTest wiedzy2 zaliczenie wykładów.docx

Hydraulika i Hydrologia              Test wiedzy (IV) 18.02.11

1)        Opis przestrzenny i materialny. Dlaczego stosujemy ? Czy istnieją inne sposoby doboru współrzędnych w opisie zjawisk kontinualnych ?  Objaśnij ?

Opis materialny stosujemy podczas opisu ciał fizycznych które się nie odkształcają. Wykorzystujemy przy tym nieskończenie małe [dx,dy,dz] których odległość między sobą jest zawsze taka sama. W hydraulice nie możemy użyć opisu materialnego z tego względu ,że po pewnym czasie od początkowej chwili, odległość między tymi samymi cząstkami będzie inna ( im większa droga przepływu, tym możliwa jest większa różnica w odległości) i nie będziemy mogli określić ich położenia, Dlatego w hydraulice stosujemy opis przestrzenny (nie interesuje nas pojedyncza cząstka)

2)        Jak działa na ściankę woda stojąca, jak przepływająca ?

Woda stojąca na każdą  ściankę  działa w kierunku prostopadłym do ścianki (normalna do ścianki i w przeciwną stronę z innym zwrotem działa ciśnienie wody).

Gdy woda zaczyna  przepływać to do tego członu, który nadal pozostaje(ciśnienie nadal działa prostopadle)   dochodzi  składowa styczna  wynikająca z tarcia (wzajemnej lepkości).

3)        Jak wpływa masa wody przepływająca przez rurę na potrzebną różnicę ciśnień ? Precyzyjnie.

hp+ppρg+Vśr22g=hk+pkρg+Vśr22g+hstr

pp-pkρg=hk-hp+λRe,εLdVśr22g

Im szybszy jest przepływ tym więcej masy przepływa, a więc różnica ciśnień jest proporcjonalna do kwadratu prędkości.

4)        Należy porównać obliczanie przepływów w kanałach otwartych i rurach pod wpływem różnicy ciśnień.

Kanał otwarty:

Opieramy się na wzorach Chezy i Manninga

Wzór Chezy:

vsr=CI∙rh

prędkość średnia jest to współczynnik razy pierwiastek ze spadku hydraulicznego i promienia hydraulicznego

I=i

I - spadek hydrauliczny jest równy i-spadkowi dna jeżeli jest stacjonarny i niezależny od czasu

Wzór Maninga:

Oznacza, że  aproksymacja  stałej C jest załatwiona przez:

C=rh16h

rh –promień hydrauliczny

h-miara chropowatości

rh=S(h)Lz(h)

Promień hydrauliczny jest to stosunek pola przekroju strumienia do obwodu zwilżonego zależnego od napełnienia

Qkgs=ρ∙S(h)∙vsr

ρ-gęstość

Sh-pole zależne od napelnienia

Vsr-prędkość średnia

Liczenie w rurach pod wpływem różnicy ciśnień

(1)                                                    (2)

Mamy rurę o stałym przekroju( dla ułatwienia). Dla dwóch przekrojów piszemy trójmian Bernoulli:

h1+p1ρg+vsrI22g=h2+p2ρg+vsrII22g+hstr

gdy rura nie jest dziurawa to: vsrI=vsrII=vsr

hstr zawiera część wyniku z armatury

hstr=ζwl∙vsr22g+λ(Re,ε)∙Ld∙vsr22g

λ liczy się ze wzorów lub wykres darcy

5)        Jak ilościowo uwzględniamy wpływ chropowatości ścianek na przepływ ciśnieniowy a jak na grawitacyjny.

Ciśnieniowy:

ε=k[mm]d[mm]

H+p1ρg+QρS212g=H+p2ρg+QρS212g+hstr

p1ρg=p2ρg+hstr

p1-p2ρg=hstr

p1-p2ρg=λRe,εLdQρS212g

Re=QρSdν                            ν – lepkość kinematyczna

Rośnie ε

Na przepływ laminarny ε nie wpływa.

W przepływie turbulentnym wraz ze wzrostem chropowatości ε rośnie λ,

a więc rośnie różnica ciśnień

Grawitacyjny:

rh= SLZ

Wzór Chezy:                            Vśr=CrhI

Wzór Manninga:              C=1nrh16

Vśr=inrh2/3

Współczynnik chropowatości ścian i dna kanału n ma miano [s/m13]

Gdy chropowatości n rośnie, prędkość średnia maleje.

Gdy chropowatości n maleje, prędkość średnia rośnie.

6)        Jak wpływa różnica wysokości końcowego oraz początkowego przekroju rury na ciśnieniowy a jak na grawitacyjny przepływ ?

Ciśnieniowy:

hp+ppρg+Vśr22g=hk+pkρg+Vśr22g+hstr

pp-pkρg+hp-hk=hstr

pp-pkρg+hp-hk=λRe,εLdVśr22g

Analizując przypadki, gdy różnica hp- hk:

- rośnie  > lewa strona równania rośnie, więc rośnie także Vśr > więcej przepływa

- maleje > lewa strona równania maleje, więc maleje także Vśr > mniej przepływa

Grawitacyjny:

Wzór Chezy:                            Vśr=CrhI

Wzór Manninga:              C=1nrh16

Vśr=inrh2/3

Gdzie:     i=hp-hkL

Analizując przypadki, gdy różnica hp- hk:

...