Hydraulika - Krzysztof Książyński.pdf

(1848 KB) Pobierz
Oznaczenia i hydrostatyka druk
POLITECHNIKA KRAKOWSKA
im. Tadeusza Kościuszki
KRZYSZTOF WOJCIECH KSIĄśYŃSKI
HYDRAULIKA
ZESTAWIENIE POJĘĆ I WZORÓW STOSOWANYCH W BUDOWNICTWIE
PODRĘCZNIK DLA STUDENTÓW WYśSZYCH SZKÓŁ TECHNICZNYCH
Wydanie drugie poprawione i uzupełnione
Kraków 2008
146615922.002.png
146615922.003.png
3
SPIS TREŚCI
1. WPROWADZENIE .......................................................................................................... 7
1.1. Słowo wstępne..................................................................................................... 7
1.2. Wykaz oznaczeń.................................................................................................. 9
1.3. Oznaczenia pomocnicze .................................................................................... 11
2. HYDROSTATYKA ........................................................................................................ 12
2.1. Ciśnienie............................................................................................................ 12
2.1.1. Pojęcie ciśnienia................................................................................. 12
2.1.2. Prawo Eulera ...................................................................................... 12
2.1.3. Prawo Pascala..................................................................................... 12
2.1.4. Hydrostatyczny rozkład ciśnienia....................................................... 13
2.1.5. Ciśnienie względne i bezwzględne ..................................................... 13
2.1.6. Wysokość ciśnienia ............................................................................ 14
2.1.7. Obliczanie ciśnień w naczyniach połączonych ................................... 14
2.1.8. Przenoszenie ciśnienia zewnętrznego do wnętrza cieczy ................... 15
2.1.9. PrzełoŜenie prasy hydraulicznej ......................................................... 16
2.2. Parcie hydrostatyczne na powierzchnie płaskie................................................. 18
2.2.1. Parcie hydrostatyczne......................................................................... 18
2.2.2. Wykres przestrzennego rozkładu parcia............................................. 19
2.2.3. Bryła parcia ........................................................................................ 19
2.2.4. Środek parcia...................................................................................... 20
2.2.5. Równowaga sił z udziałem parcia ...................................................... 22
2.2.6. Rozkład parcia na składowe ortogonalne ........................................... 23
2.3. Parcie na ściany krzywoliniowe ........................................................................ 24
2.3.1. Składowe ortogonalne parcia na ściany krzywoliniowe ..................... 24
2.3.2. Bryła parcia poziomego...................................................................... 24
2.3.3. Bryła parcia pionowego...................................................................... 25
2.3.4. Wyznaczanie parcia elementarne powierzchnie krzywoliniowe......... 25
2.3.5. Kierunek działania wypadkowej parcia na ściany w kształcie
powierzchni obrotowych .................................................................... 26
2.3.6. Wyznaczanie parcia na złoŜone powierzchnie krzywoliniowe ........... 27
2.4. Pływanie ciał ..................................................................................................... 29
2.4.1. Prawo Archimedesa............................................................................ 29
2.4.2. Równowaga ciał pływających ............................................................ 29
2.4.3. Podstawowe pojęcia teorii pływania .................................................. 30
2.4.4. Stateczność ciał całkowicie zanurzonych w cieczy ............................ 31
2.4.5. Stateczność ciała pływającego po powierzchni cieczy ....................... 32
2.4.6. Wyznaczanie wysokości metacentrycznej .......................................... 34
3. HYDRODYNAMIKA..................................................................................................... 36
3.1. Opis ruchu płynu ............................................................................................... 36
3.1.1. Ciągłość płynu .................................................................................... 36
3.1.2. Prędkość lokalna ................................................................................ 36
146615922.004.png
4
3.1.3. NatęŜenie przepływu płynu ................................................................ 37
3.1.4. Prędkość średnia ................................................................................ 37
3.2. Klasyfikacja przepływów .................................................................................. 38
3.2.1. Kinematyczna klasyfikacja ruchu....................................................... 38
3.2.2. Lepkość .............................................................................................. 39
3.2.3. ReŜimy przepływu według kryterium Reynoldsa ............................... 39
3.2.4. ReŜimy przepływu według kryterium Froude’a ................................. 41
3.3. Ciągłość przepływu ........................................................................................... 42
3.3.1. Ogólne równanie ciągłości przepływu cieczy .................................... 42
3.3.2. Ciągłość przepływu dla strumienia..................................................... 42
3.4. Równanie Bernoulliego..................................................................................... 43
3.4.1. Wysokość energii ............................................................................... 43
3.4.2. Postać równania dla cieczy rzeczywistej............................................ 43
3.4.3. Współczynnik Saint-Venanta ............................................................. 44
4. HYDRAULIKA RUROCIĄGÓW .................................................................................. 46
4.1. Definicje............................................................................................................ 46
4.1.1. Przepływ pod ciśnieniem ................................................................... 46
4.1.2. Podział rurociągów ze względu na wielkość ciśnienia ....................... 46
4.1.3. Podział rurociągów ze względu na rodzaj połączeń........................... 47
4.2. Podstawy obliczeń strat energii W rurociągach ................................................ 48
4.2.1. Rodzaje strat ...................................................................................... 48
4.2.2. Straty lokalne ..................................................................................... 49
4.2.3. Straty na długości ............................................................................... 51
4.2.4. Obliczanie strat na długości ze wzoru Manninga ............................... 52
4.2.5. Podział rurociągów ze względu na wielkość strat .............................. 53
4.3. Linie ciśnień i energii w rurociągach ................................................................ 54
4.3.1. Linia energii ....................................................................................... 54
4.3.2. Linia ciśnień ....................................................................................... 54
4.3.3. Konstrukcja wykresu linii ciśnień i energii ........................................ 55
4.4. Rozwiązywanie zadań z hydrauliki rurociągów szeregowych.......................... 56
4.4.1. Prędkość ekonomiczna....................................................................... 56
4.4.2. Typy zadań z rurociągów ................................................................... 57
4.4.3. Obliczanie wysokości energii zasilania rurociągu.............................. 57
4.4.4. Obliczanie wydatku rurociągu............................................................ 58
4.4.5. Projektowanie średnicy rurociągu ...................................................... 59
4.4.6. Obliczanie lewara............................................................................... 61
4.5. Podstawy rozwiązywania sieci rurociągów ....................................................... 62
4.5.1. Elementy sieci .................................................................................... 62
4.5.2. Równania podstawowe....................................................................... 62
4.5.3. Obliczanie strat w rurociągu wydatkującym po drodze...................... 63
4.5.4. Projektowanie rurociągu magistralnego ............................................. 64
4.5.5. Obliczanie sieci otwartych ................................................................. 66
4.5.6. Obliczanie rurociągów równoległych................................................. 68
146615922.005.png
5
5. RUCH W KORYTACH OTWARTYCH........................................................................ 71
5.1. Geometria koryt otwartych ................................................................................ 71
5.1.1. Przekrój poprzeczny koryta cieku ...................................................... 71
5.1.2. Profil podłuŜny koryta........................................................................ 72
5.2. Straty energii w cieku ........................................................................................ 73
5.2.1. Straty na długości cieku...................................................................... 73
5.2.2. Straty lokalne w korycie cieku ........................................................... 75
5.3. Ruch jednostajny w korytach otwartych ............................................................ 75
5.3.1. Głębokość i prędkość normalna ......................................................... 75
5.3.2. Obliczanie przepływu w korytach wielodzielnych ............................. 76
5.3.3. Rozwiązywanie zadań ........................................................................ 77
5.3.4. Obliczanie przepływu w kolektorach ................................................. 78
5.4. ReŜimy ruchu w korytach otwartych ................................................................. 81
5.4.1. Definicja głębokości krytycznej ......................................................... 81
5.4.2. Wzór na głębokość krytyczną w korycie prostokątnym ..................... 82
5.4.3. Wzór na głębokość krytyczną w korycie dowolnym .......................... 82
5.4.4. Prędkość i spadek krytyczny .............................................................. 83
5.5. Ruch niejednostajny w korycie otwartym.......................................................... 83
5.5.1. Warunki występowania ...................................................................... 83
5.5.2. Metoda od przekroju do przekroju ..................................................... 84
5.5.3. Obliczanie zasięgu cofki..................................................................... 85
5.5.4. Metody uproszczone .......................................................................... 86
6. HYDRAULIKA BUDOWLI WODNYCH ..................................................................... 87
6.1. Wypływ przez upusty ........................................................................................ 87
6.1.1. Rodzaje upustów ................................................................................ 87
6.1.2. Rodzaje wypływu przez upusty .......................................................... 88
6.1.3. Typy wypływu przez otwory .............................................................. 89
6.1.4. Typy wypływu przez przelewy ........................................................... 90
6.1.5. Kontrakcja strumienia ........................................................................ 90
6.1.6. Prędkość wypływu.............................................................................. 92
6.1.7. Współczynnik wydatku ...................................................................... 93
6.2. Wypływ przez otwory ....................................................................................... 93
6.2.1. Wypływ przez mały otwór niezatopiony ............................................ 93
6.2.2. Wypływ przez otwór zatopiony i podtopiony..................................... 94
6.2.3. Wypływ przez przystawkę.................................................................. 94
6.2.4. Wypływ przez duŜy otwór.................................................................. 95
6.3. Przelewy ............................................................................................................ 96
6.3.1. Wydatek przelewu swobodnego ......................................................... 96
6.3.2. Współczynnik przelewu ..................................................................... 97
6.3.3. Wpływ wody dolnej na wydatek przelewu ......................................... 98
6.3.4. Przelewy o ostrej krawędzi................................................................. 98
6.3.5. Przelewy o kształcie praktycznym.................................................... 100
6.3.6. Współczynnik kontrakcji bocznej .................................................... 100
146615922.001.png
Zgłoś jeśli naruszono regulamin