Расчет сил давления жидкости, действующих на плоские и криволинейные стенки. Выбор толщины стенки резервуар

КУРСОВАЯ РАБОТА ПО ГИДРОМЕХАНИКЕ

 

Выполнил студент 2 курса ИНиГ

ПОДЛЕВСКИХ А.В.

Проверил преподаватель

ГЛАВАТСКИХ Н.С.

 

АРХАНГЕЛЬСК 2010

Содержание

 

1. Расчет изменения уровня жидкости в резервуарах при перепаде температур

2. Расчет сил давления жидкости, действующих на плоские и криволинейные стенки. Выбор толщины стенки резервуара

3. Истечение жидкости через отверстия и насадки. Опорожнение резервуаров

4. Гидравлические струи. Силовое воздействие струи на преграду

5. Гидравлический расчет трубопроводов. Выбор их диаметров

6. Основы гидравлического расчета магистрального трубопровода и выбор расположения насосных станций

7. Безнапорный приток жидкости к скважине

Список использованной литературы

Расчет изменения уровня жидкости в резервуарах при перепаде температур

Определить максимальный уровень нефти в резервуаре, чтобы при повышении температуры на Δt (0С) не произошло его переполнение. Показание манометра определить при полном заполнении резервуара

Изменение объема жидкости при перепаде температуры характеризуется коэффициентом температурного расширения βt :  ,

где ΔV – изменение объема жидкости при изменении температуры;

V – начальный объем жидкости;

Δt – перепад температуры, 0С.

Среднее значение температурного расширения βt в зависимости от плотности при температуре 15 0С принимаем равным 0,00077 0С-1. Начальный объем жидкости V принимаем равным объему резервуара. В сферическом резервуаре изменение уровня жидкости находят через объем шарового сегмента по формуле

 

 

Задаём Δh через каждые 5 см.

Числовые значения ΔVн в зависимости от величины Δh представлены в таблице № 1.

 

Таблица №1

Δh, м	Объем несмоченной части резервуара ΔVн
0,05	0,05
0,1	0,19
0,15	0,42
0,2	0,75
0,25	1,16
0,3	1,67
0,35	2,27
0,4	2,96
0,45	3,73
0,5	4,59
0,55	5,54
0,6	6,58
0,65	7,70
0,7	8,90
0,75	10,19
0,8	11,56
0,85	13,01
0,9	14,54
0,95	16,16
1	17,85
1,05	19,62
1,1	21,47
1,15	23,40
1,2	25,40
1,25	27,48

 

График функции ΔVн=f(ΔVн)

 

Из формулы , найдём ΔV, учитывая, что V=Vш+ ΔV, Vш=1/6πD3.

Наносим на график значение ΔV=25,06 м3, определяем Δh (Δh=1,19 м ).

Уровень наполнения резервуара равен D- Δh=12-1,19= 10,81 м.

 

В резервуарах, сообщающихся с атмосферой, для контроля уровня жидкости часто используют манометр.

Манометрическое давление в нижней точке резервуара, сообщающегося с атмосферой,

pм=ρgh ,

где ρ – плотность нефти;

g - ускорение свободного падения;

h - уровень жидкости в резервуаре над осью манометра.

pм=800*9,81*12=94176Па.

 

Расчет сил давления жидкости, действующих на плоские и криволинейные стенки. Выбор толщины стенки резервуар

 

Определить усилия, действующие на стенки резервуара, точки их приложения, силу давления полностью заполненного резервуара на фундамент. Вычислить толщину стенки резервуара. Вычертить расчетные схемы, указать направление сил, построить тела давлений.

Сила гидростатического давления жидкости на плоскую поверхность определяется по формуле

 

P=(p0+ ρghc)ω, (1)

 

где p0 – давление на свободной поверхности жидкости;

hc – глубина погружения центра тяжести плоской фигуры;

ω – площадь плоской фигуры.

a) Свободная поверхность жидкости находится под манометрическим давлением равным 10 кПа.

P=(pм+ ρghc)ω, pм – манометрическое давление.

hc=H-h;

h=( 2d/ 3 )* sin ;

hc= 3,5-( 2*3 / 3*3,14)* sin 75 = 3,5-0,61= 2,89 м

ω= πd*d/8 = (3,14*3*3)/8 = 3,53м2.

Учитывая полученные значения, найдем P.

P=(10*103+800*9,81*2,89)*3,53 =115363 Н.

b) Свободная поверхность жидкости находится под атмосферным давлением.

Если свободная поверхность находится под атмосферным давлением, формула (1) упрощается и принимает вид P=ρghcω.

P=800*9,81*2,89*3,53=80063 Н.

Точкой приложения силы гидростатического давления жидкости на плоскую фигуру является центр давления, который располагается ниже центра тяжести на величину эксцентриситета e.

Ордината центра давления yд определяется по формуле:

 

 

где yC – ордината центра тяжести плоской фигуры;

I – момент инерции плоской фигуры относительно горизонтальной оси, проходящей через центр тяжести.

 

 

где α – угол наклона стенки к горизонту.

Рис. 2. Сила давления жидкости на плоскую поверхность (стенку)

 

Момент инерции I для полукруга определяется по формуле 0,0068d4. Площадь полукруга определяется по формуле ω=πd*d/8. Тогда.

I = 0.0068*34= 0.5508

Hd= 2,94 м

 

 

Для сферических поверхностей достаточно определить две составляющие силы гидростатического давления, параллельные соответствующим координатным осям Рх и Рz.

Горизонтальная составляющая равна силе гидростатического давления на вертикальную проекцию криволинейной фигуры и определяется по формуле Px=(p0+ ρghc)ωz,

где hc – глубина погружения центра тяжести проекции криволинейной фигуры на вертикальную плоскость;

ωz – площадь проекции криволинейной фигуры на вертикальную плоскость.

Так как на свободной поверхности жидкости давление равно атмосферному, то Px=ρghcωz.

hc=1/2D; wz=pD2/4. С учетом этих формул Px=ρgpD3/8.

 

 

Вертикальная составляющая гидростатического давления определяется по формуле:

Pz=rgV,

где V – объем тела давления.

V=Vц – 1/2Vш; Vц=pD3/8; Vш=pD3/6;

Результирующая сила гидростатического давления жидкости на криволинейную поверхность определяется по формуле:

Толщину стенок резервуара определяют в опасных сечениях по действующей силе и длине линии контакта. С учетом двойного запаса прочности её можно определить по формуле

 

трубопровод скважина нефть резервуар гидравлический

где [sр] – допускаемое напряжение на разрыв;

P – сила гидростатического давления жидкости, действующая на стенки резервуара в опасном сечении;

x – длина линии контакта в опасном сечении;

kз – коэффициент запаса прочности.

Aк – припуск на коррозию и технологические требования.

1) Найдем толщину стенок для сечения 2-2:

Длина линии контакта x=p*D.

2) Найдём толщину стенки резервуара для сечения 1-1

Найдем точку приложения силы Px.

hc=D/2; I=pD4/64;

Длина линии контакта

Принимаем толщину стенки сосуда равной 4,9 мм.