Гидравлика и аэродинамика систем водоснабжения и водоотведения (320,00 руб.)

Стр.2

Стр.389

Стр.390

Стр.391

Стр.392

Стр.393

Стр.394

УДК 628.2+532.5 ББК 39.71-022 В43 Рецензенты: доктор технических наук, профессор В.А. Орлов, заведующий кафедрой водоснабжения и водоотведения НИУ МГСУ; доктор технических наук, профессор И.И. Павлинова, старший научный сотрудник отдела 40 АО «МосводоканалНИИпроект»; доктор технических наук, профессор В.И. Баженов, исполнительный директор ЗАО «Водоснабжение и водоотведение» Викулин, Павел Дмитриевич. В43 Гидравлика и аэродинамика систем водоснабжения и водоотведения : учебник / П.Д. Викулин, В.Б. Викулина ; М-во образования и науки Рос. Федерации, Нац. исследоват. Моск. гос. строит. ун-т. — Москва : Издательство МИСИ – МГСУ, 2018. — 396 с. ISBN 978-5-7264-1873-5 Изложены основные вопросы гидравлики и аэродинамики систем водоснабжения и водоотведения. Рассмотрены законы равновесия, основы кинематики и динамики, гидравлических сопротивлений при движении жидкости и газа. Описано обтекание потоком жидкости твердых тел. Детализированы механизмы перемешивания затопленных струй с окружающей средой и смешения сточных вод с водой водоемов. Приведены основные элементы гидравлических машин и воздуходувных станций. В каждом разделе есть примеры гидравлических расчетов. Для обучающихся по направлениям подготовки 08.03.01 Строительство, 15.03.04 Автоматизация технологических процессов и производств, 27.03.04 Управление в технологических системах, 20.03.01 Техносферная безопасность. УДК 628.2+532.5 ББК 39.71-022 ISBN 978-5-7264-1873-5 © Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет, 2018

Стр.2

ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие .................................................................................... 3 Введение .......................................................................................... 4 Глава 1. Единицы измерений основных физических показателей жидкости ........................................... 7 Вопросы для самопроверки ...................................................... 11 Глава 2. Основные физические свойства жидкостей ................... 12 2.1. Понятие жидкости .............................................................. 12 2.2. Физические свойства жидкости ......................................... 13 2.3. Многофазные системы ....................................................... 25 2.4. Примеры ............................................................................. 35 Вопросы для самопроверки ...................................................... 37 Глава 3. Равновесие жидкости и газа ............................................ 39 3.1. Гидростатическое давление и его свойства ........................ 39 3.2. Дифференциальные уравнения равновесия жидкостей (уравнения Эйлера) ............................................................ 41 3.3. Основное уравнение гидростатики в дифференциальной форме .............................................. 44 3.4. Поверхности равного давления ......................................... 44 3.5. Основное уравнение гидростатики в интегральной форме .................................................................................. 48 3.6. Закон Паскаля. Гидромеханизмы ....................................... 52 3.7. Сила давления жидкости на плоскую стенку .................... 54 3.8. Центр давления ................................................................... 56 3.9. Закон Архимеда .................................................................. 59 3.10. Условия равновесия плавающих тел ................................ 60 3.11. Равновесие газа в поле силы тяжести............................... 64 3.12. Приборы для измерения давления воды .......................... 66 3.13. Примеры ........................................................................... 69 Вопросы для самопроверки ...................................................... 77 Глава 4. Основы кинематики и динамики жидкости и газа .................................................... 79 4.1. Основы кинематики движения жидкости ......................... 79 4.1.1. Понятие о гидродинамике ......................................... 79

Стр.389

4.1.2. Основные понятия и виды движения жидкости и газа .......................................................................... 80 4.2. Гидравлические элементы потока ...................................... 83 4.2.1. Основные понятия элементов потока ....................... 83 4.2.2. Дифференциальные уравнения движения идеальной жидкости .................................................. 84 4.2.3. Дифференциальные уравнения неразрывности для идеальной жидкости ........................................... 86 4.3. Уравнение Бернулли для невязкой жидкости ................... 88 4.3.1. Вывод уравнения для невязкой жидкости ................ 88 4.3.2. Уравнение Бернулли для потока ............................... 92 4.4. Уравнение движения вязкой жидкости ............................. 94 4.4.1. Условие движения вязкой жидкости ......................... 94 4.4.2. Уравнение Бернулли — Эйлера для газов ................. 99 4.5. Уравнение количества движения (импульсов) ................ 103 4.6. Элементы газовой динамики ........................................... 106 4.6.1. Течение газа в сужающемся канале ......................... 106 4.6.2. Течение газа в расширяющемся канале. Сопло Лаваля ........................................................... 109 4.6.3. Прямой скачок уплотнения газа ............................. 111 4.6.4. Косой скачок уплотнения газа ................................ 116 4.6.5. Связь между скоростями течения и скоростью звука. Число Маха ................................................... 118 4.7. Уравнение Бернулли в гидравлических расчетах ............ 120 4.8. Примеры ........................................................................... 125 Вопросы для самопроверки .................................................... 136 Глава 5. Гидравлические сопротивления и потери при движении жидкости и газа ...................................................................... 138 5.1. Понятие о гидравлических сопротивлениях и потерях напора .............................................................. 138 5.2. Ламинарный и турбулентный режимы движения жидкости.......................................................... 139 5.2.1. Предпосылки для определения характера движения жидкости ................................................. 139 5.2.2. Критерий Рейнольдса и его критическое значение ................................................................... 141

Стр.390

5.2.3. Распределение скоростей потока в трубе при ламинарном режиме ......................................... 142 5.2.4. Определение расхода при ламинарном течении жидкости в трубе ..................................................... 144 5.2.5. Потери напора в трубе при ламинарном режиме ... 146 5.2.6. Распределение скоростей потока в трубе при турбулентном режиме ...................................... 148 5.2.7. Потери напора при турбулентном режиме движения жидкости в трубах .................................................... 150 5.3. Местные сопротивления .................................................. 152 5.3.1. Понятие о местных сопротивлениях в трубопроводах ....................................................... 152 5.3.2. Экспериментальное определение коэффициентов местных сопротивлений и коэффициента Дарси ........................................................................ 157 5.3.3. Определение общих потерь напора при движении жидкости ......................................... 158 5.4. Аэродинамический расчет трубопроводов ...................... 159 5.4.1. Особенности подачи газообразных жидкостей по трубопроводам .................................................... 159 5.4.2. Гидравлический расчет воздуховодов при малых перепадах давления ............................... 160 5.4.3. Гидравлический расчет воздуховодов при больших перепадах давления ........................... 162 5.4.4. Особенности гидравлического расчета воздуховодов низкого давления ..................................................... 167 5.4.5. Гидравлический расчет вентиляционных воздуховодов ............................................................ 168 5.5. Примеры ........................................................................... 168 Вопросы для самопроверки .................................................... 177 Глава 6. Цели и задачи систем водоснабжения .......................... 179 6.1. Основные понятия системы водоснабжения .................. 179 6.2. Трассирование сетей водоснабжения .............................. 180 6.3. Движение жидкости в напорных трубопроводах ............ 181 6.4. Основы расчета трубопроводов........................................ 182 6.4.1. Принципы расчета напорных трубопроводов ........ 182

Стр.391

6.4.2. Расчет последовательно соединенных трубопроводов ......................................................... 188 6.4.3. Расчет параллельно соединенных трубопроводов ......................................................... 189 6.4.4. Расчет разветвленного и кольцевого трубопроводов ......................................................... 190 6.5. Зависимость гидравлического расчета от материалов трубопроводов .................................................................. 193 6.6. Примеры ........................................................................... 201 Вопросы для самопроверки .................................................... 223 Глава 7. Неустановившееся движение в напорных трубопроводах ........................................................................ 224 7.1. Общие сведения о неустановившемся режиме движения жидкости в трубопроводах ............................................... 224 7.2. Истечение жидкости при переменном напоре ................ 226 7.3. Гидравлический удар ........................................................ 230 7.3.1. Этапы развития гидравлического удара .................. 230 7.3.2. Определение ударного давления и скорости распространения ударной волны ............................ 234 7.3.3. Способы гашения и примеры использования гидравлического удара ............................................ 236 7.4. Примеры ........................................................................... 238 Вопросы для самопроверки .................................................... 246 Глава 8. Системы водоотведения ................................................ 248 8.1. Основные понятия и общие представления о системе водоотведения .................................................. 248 8.1.1. Понятие о схемах водоотведения ............................ 248 8.1.2. Условия равномерного движения жидкости в открытых каналах ................................................. 250 8.1.3. Основные расчетные формулы ............................... 251 8.1.4. Гидравлические характеристики канала ................. 257 8.1.5. Гидравлически наивыгоднейшее сечение канала ... 258 8.1.6. Допустимые скорости в каналах .............................. 261 8.2. Основные типы задач при расчете каналов ..................... 262 8.3. Гидравлический расчет каналов замкнутого сечения ..... 264 8.4. Особенности гидравлического расчета русел рек ........... 266 8.5. Общие сведения о наносах в трубопроводах ................... 268

Стр.392

8.6. Осаждение (всплывание) твердых частиц в жидкости .... 272 8.7. Особенности осаждения (всплывания) капель жидкости и газовых пузырьков ........................................ 276 8.8. Примеры ........................................................................... 279 Вопросы для самопроверки .................................................... 286 Глава 9. Гидравлика и аэродинамика процессов механической очистки воды .......................................................................... 288 9.1. Динамическое воздействие потока на элементы сооружений ................................................. 288 9.1.1. Основные виды динамического воздействия потока ...................................................................... 288 9.1.2. Взаимодействие струи жидкости с ограждающей поверхностью ................................ 289 9.1.3. Расчет давления на повороте потока (трубопровода) ......................................................... 295 9.1.4. Изгиб воздушных струй ........................................... 298 9.1.5. Воздушная завеса ..................................................... 300 9.2. Местные сопротивления в открытых руслах. Виды сопротивлений ....................................................... 303 9.3. Решетки ............................................................................. 304 9.4. Водосливы ......................................................................... 305 9.5. Водомерные лотки ............................................................ 307 9.6. Фильтрация ....................................................................... 309 9.6.1. Понятие о фильтрации ............................................ 309 9.6.2. Коэффициент фильтрации ...................................... 311 9.6.3. Ламинарная и турбулентная фильтрации ............... 312 9.7. Взаимодействие потока и твердого тела .......................... 313 9.7.1. Определение мощности воздействия струи потока на преграду ............................................................... 313 9.7.2. Сопротивление тел в жидкости ............................... 314 9.7.3. Обтекание шара. Гидравлическая крупность .......... 316 9.8. Примеры ........................................................................... 317 Вопросы для самопроверки .................................................... 322 Глава 10. Смешение водных масс с водой водоемов .................................................................... 324 10.1. Разбавление водных масс водой водоемов .................... 324 10.2. Перенос вещества в потоке ............................................ 331

Стр.393

10.3. Определение коэффициента турбулентной диффузии для зоны смешения водных масс ..................................... 336 10.4. Самоочищение воды в водоеме ...................................... 338 10.5. Сброс сточных вод в непроточные водоемы.................. 341 10.6. Примеры ......................................................................... 343 Вопросы для самопроверки .................................................... 345 Глава 11. Гидромашины ............................................................... 346 11.1. Общие сведения о гидравлических машинах ................ 346 11.2. Движение жидкости в рабочем колесе насоса ............... 354 11.3. Теоретический напор и подача насоса ........................... 355 11.4. Высота всасывания и кавитация .................................... 361 11.5. Работа центробежных насосов на сеть ........................... 365 11.6. Регулирование подачи центробежных насосов ............. 375 11.7. Воздуходувки, компрессоры, вакуумные насосы .......... 376 11.8. Критерий быстроходности и коэффициент давления вентилятора ...................................................................... 382 11.9. Основные правила эксплуатации центробежных насосов ..................................................... 384 11.10. Примеры ........................................................................ 386 Вопросы для самопроверки .................................................... 386 Библиографический список ....................................................... 388

Стр.394