- •Н.И.Дмитриев задачник по курсу «Противопожарное водоснабжение»
- •Глава 1. Основы гидростатики
- •1.1. Физические свойства жидкостей
- •1.2. Гидростатическое давление. Закон Паскаля
- •1.3. Эпюры гидростатического давления. Сила гидростатического давления на плоские стенки. Закон Архимеда
- •Закон Архимеда
- •Глава 2. Основы гидродинамики
- •2.1. Основные понятия и определения. Уравнения неразрывности потока
- •2.2. Уравнение Бернулли для потока реальной жидкости
- •Глава 3. Движение жидкости по трубам и пожарным рукавам
- •3.1. Линейные и местные потери напора
- •Местные потери напора можно определить по формуле Вейсбаха
- •3.2. Гидравлический удар
- •Глава 4. Истечение жидкости через отверстия и насадки. Пожарные струи
- •4.1. Истечение жидкости через отверстия и насадки
- •4.2. Вертикальные и наклонные струи. Реакция струи
- •Приложения Приложение 1 Плотность и удельный вес некоторых жидкостей
- •Приложение 2 Коэффициенты динамической и кинематической вязкости некоторых жидкостей
- •Приложение 5
- •Приложение 6 Значение абсолютной шероховатости для труб.
- •Приложение 7 Расчетные значения удельных сопротивлений для стальных и чугунных водопроводных труб
- •Приложение 8 Значения сопротивлений s для чугунных труб
- •Продолжение приложения 8 Значения сопротивлений s для чугунных труб
- •Значения поправочных коэффициентов Kп
- •Приложение 10 Значения скоростей движения воды V в зависимости от расхода и диаметра труб, м/с
- •Приложение 11 Значения сопротивления Sp одного стандартного пожарного рукава длиной 20 м
- •Приложение 12 Значения коэффициентов местного сопротивления
- •Приложение 13 Значения сопротивлений s для гидрантов и колонок
- •Приложение 16 Значение сопротивлений Sн и проводимостей p насадков (для q л/с)
- •Приложение 17
- •Приложение 18 Радиусы действия компактной части струй лафетных стволов (при угле наклона радиуса действия компактной струи 30)
- •Приложение 19 Характеристики пожарных насосов, установленных на пожарных автомобилях и мотопомпах
Глава 1. Основы гидростатики
1.1. Физические свойства жидкостей
Основными физическими свойствами жидкости являются: текучесть, плотность, удельный вес, вязкость, сжимаемость, температурное расширение.
Плотность жидкости – физическая величина, численно равная отношению массы жидкости к ее объёму.
(1.1)
где – плотность жидкости, кг/м3;
m – масса жидкости; кг;
W – объём жидкости, м3.
Удельный вес – физическая величина, численно равная отношению веса жидкости к ее объёму.
(1.2)
где – удельный вес жидкости, Н/м3;
G – вес жидкости, Н.
Между удельным весом и плотностью имеется зависимость
(1.3
где g = 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения.
Значения и для воды и некоторых других жидкостей при различной температуре приведены в приложении 1.
Вязкость – свойство жидкости оказывать сопротивление относительному сдвигу смежных слоёв. Вязкость характеризуется коэффициентами динамической вязкости , Пас, и кинематической вязкости , м/с. Между этими коэффициентами имеется зависимость
(1.4)
Значения коэффициентов динамической и кинематической вязкости для некоторых жидкостей приведены в приложении 2.
Сжимаемость – свойство жидкости изменять свой объём при изменении давления. Сжимаемость характеризуется коэффициентом объёмного сжатия w, который можно определить по формуле
(1.5)
где w – коэффициент объёмного сжатия, 1/Па;
W – первоначальный объём жидкости, м3;
W – изменение объёма жидкости, м3;
p – изменение давления, Па.
Величина, обратная коэффициенту объёмного сжатия, называется модулем объёмной упругости К. Модуль объёмной упругости измеряется в Па.
(1.6)
Коэффициенты объёмного сжатия жидкостей мало меняются при изменении температуры и давления. Значение коэффициентов объёмного сжатия и модулей упругости для некоторых жидкостей приведены в приложении 3.
Температурное расширение – свойство жидкости изменять свой объём при изменении температуры. Температурное расширение характеризуется коэффициентом температурного расширения , который может быть определен из выражения
(1.7)
где – коэффициент температурного расширения, 1/К;
W – первоначальный объём жидкости, м3;
– изменение объёма жидкости, м3;
– изменение температуры, К.
Коэффициенты температурного расширения для некоторых жидкостей приведены в приложении 4.
Задачи
Определить массу воды в рукаве диаметром 51 мм и длиной 20 м.
Решение. Масса воды определяется из формулы (1.1)
Плотность воды по приложению 1
Объём воды
Тогда
Определить вес воды в рукавах диаметром 66 мм и 77 мм и дли-ной 20 м.
Определить массу дизельного мазута, находящегося в цистерне объёмом 50 м3, если плотность мазута составляет 920 кг/м3.
Определить, какой объём займет нефть, имеющая массу 20103 кг и плотность 900 кг/м3.
Определить плотность нефтепродуктов, если их масса составляет 17,5103 кг, объём 20 м3.
Определить вес этилового спирта в объёме 20 литров.
Уровень мазута в вертикальном цилиндрическом баке диаметром 2 м понизился на 0,5 м. Определить массу израсходованного мазута, если его плотность при температуре 20 С равна 990 кг/м3.
При гидравлических испытаниях допускается утечка воды, которая за одни сутки не должна превышать 3 л с квадратного метра смоченной поверхности. Возможно ли принять в эксплуатацию резервуар прямоугольной формы, имеющий размеры в плане 126 м, в котором уровень воды за одни сутки понизился с 3,5 м до 3,48 м. Определить массу убывшей воды.
Решение. Объём убывшей воды составил
Масса убывшей воды
Площадь смоченной поверхности
Утечка воды с одного квадратного метра смоченной поверхности при гидравлических испытаниях
что превышает установленную норму.
Определить, возможно ли принять в эксплуатацию цилиндрический резервуар диаметром 12 м, в котором уровень воды за одни сутки понизился с 5 м до 4,985 м.
Определить предельную массу воды, убывшей за одни сутки в результате гидравлических испытаний цилиндрического резервуара диаметром 18 м. Определить предельное снижение уровня воды, если первоначальный уровень составлял 3,9 м.
Определить коэффициент динамической вязкости нефти, если коэффициент кинематической вязкости составляет 0,62410-4 м2/с. Плотность нефти 750 кг/м3.
Водовод пожарного водопровода диаметром 300 мм и длиной 50 м, подготовленный к гидравлическим испытаниям, заполнен водой при атмосферном давлении. Определить объём воды, которую необходимо дополнительно подать в водовод, чтобы избыточное давление в нем поднялось до 5 МПа. Деформацией труб водовода пренебречь.
Решение. Из уравнения (1.5) находим, что объём воды, который необходимо дополнительно подать в водовод, определяется как
Коэффициент объёмного сжатия воды
Первоначальный объём воды
Тогда
При гидравлическом испытании технологического трубопровода длиной 200 м и диаметром 250 мм, заполненного керосином, давление было поднято до 1,5 МПа. Через один час давление упало до 1,0 МПа. Определить объём вытекшего через неплотность керосина. Коэффициент объёмного сжатия керосина принять = 8010-11 1/Па. Деформацией трубопровода пре- небречь.
Манометр на технологической емкости, полностью заполненной нефтью, показывает 0,5 МПа. При выпуске 40 л нефти показания манометра упали до 0,1 МПа. Определить объём ёмкости, если коэффициент объёмного сжатия нефти = 8010-11 1/Па.
В вертикальном цилиндрическом резервуаре диаметром 5 м находится 1,2105 кг нефти, плотность которой при 0 С составляет 800 кг/м3. Определить колебания уровня нефти в резервуаре при изменении температуры от 0 С до 30 С.
Определить колебания уровня воды в баке водонапорной башни при изменении температуры от 10 С до 35 С. В водонапорном баке диаметром 3 м находится 20 м3 воды. Коэффициент температурного расширения воды принять равным 210-4 1/К.
Предельная высота уровня бензола в вертикальном цилиндрическом резервуаре диаметром 12 м равна 10 м при температуре 10 С. Определить, до какого уровня возможно налить бензол при возможном повышении температуры до 30 С. Расширением резервуара пренебречь.