Гидравлика систем водоснабжения и водоотведения (600,00 руб.)

Стр.3

Стр.245

Стр.246

Стр.247

Стр.248

УДК 628.2+532.5 ББК 39.71-022 В43 Р е ц е н з е н т ы: доктор технических наук, академик РАЕН Л. С. Скворцов, председатель регионального отделения «Проблемы внедрения современных технологий» Российской академии естественных наук; доктор технических наук, профессор О. Г. Примин, заместитель генерального директора ОАО «МосводоканалНИИпроект»; доктор технических наук, профессор В. И. Баженов, исполнительный директор ЗАО «Водоснабжение и водоотведение» В43 Викулин, Павел Дмитриевич. Гидравлика систем водоснабжения и водоотведения [Электронный ресурс] : учебник / П. Д. Викулин, В. Б. Викулина ; М-во образования и науки Рос. Федерации, Моск. гос. строит. ун-т. — 2-е изд. (эл.). — Электрон. текстовые дан. (1 файл pdf : 249 с.). — М. : Издательство МИСИ— МГСУ, 2017. — Систем. требования: Adobe Reader XI либо Adobe Digital Editions 4.5 ; экран 10". ISBN 978-5-7264-1635-9 Изложены основные вопросы гидравлики систем водоснабжения и водоотведения. Приведены физические свойства жидкости, основы кинематики и динамики, гидравлические сопротивления. Рассмотрено движение жидкости по трубопроводам в системах водоснабжения и водоотведения. 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. В каждом разделе есть примеры гидравлических расчетов. Для студентов, обучающихся по программе бакалавриата по направлению 08.03.01 «Строительство». УДК 628.2+532.5 ББК 39.71-022 Деривативное электронное издание на основе печатного издания: Гидравлика систем водоснабжения и водоотведения : учебник / П. Д. Викулин, В. Б. Викулина ; М-во образования и науки Рос. Федерации, Моск. гос. строит. ун-т. — М. : Издательство МИСИ—МГСУ, 2014. — 248 с. — ISBN 978-5-7264-0866-8. В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных техническими средствами защиты авторских прав, правообладатель вправе требовать от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации. ISBN 978-5-7264-1635-9 © Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет, 2014

Стр.3

ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Раздел 1. ГИДРОСТАТИКА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Глава 1. Основные физические свойства жидкости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.1. Капельные и газообразные жидкости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.1.1. Невязкая жидкость . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.1.2. Аномальные жидкости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.2. Плотность и удельный вес жидкости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.3. Вязкость жидкости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.4. Единицы измерений основных физических показателей жидкости. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.5. Примеры. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Вопросы для самопроверки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 Глава 2. Равновесие жидкости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.1. Гидростатическое давление и его свойства . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.1.1. Понятие о гидростатике . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.1.2. Дифференциальные уравнения равновесия жидкостей (уравнения Эйлера) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 2.1.3. Основное уравнение гидростатики в дифференциальной форме . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 2.1.4. Поверхности равного давления. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 2.1.5. Основное уравнение гидростатики в интегральной форме . . . . . . . . . . 25 2.2. Приборы для измерения давления воды . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 2.3. Закон Паскаля. Гидромеханизмы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 2.4. Сила давления жидкости на плоскую стенку . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2.5. Центр давления . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 2.6. Закон Архимеда . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 2.7. Условия равновесия плавающих тел . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 2.8. Схема затворов и регуляторов гидравлического действия . . . . . . . . . . . . . . 43 2.9. Примеры. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 Вопросы для самопроверки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 Раздел 2. ГИДРОДИНАМИКА. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 Глава 3. Основы кинематики и динамики жидкости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 3.1. Понятие о гидродинамике . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 3.2. Основы кинематики движения жидкости. Основные понятия и виды движения жидкости. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 3.3. Гидравлические элементы потока . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 3.3.1. Основные понятия элементов потока . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 3.3.2. Дифференциальные уравнения движения идеальной жидкости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 244

Стр.245

3.3.3. Дифференциальные уравнения неразрывности для идеальной жидкости. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 3.4. Уравнение Бернулли . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 3.4.1. Вывод уравнения Бернулли . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 3.4.2. Уравнение Бернулли для потока. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 3.4.3. Уравнение Бернулли в гидравлических расчетах. . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 3.5. Примеры. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 Вопросы для самопроверки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 Глава 4. Гидравлические сопротивления и потери напора при движении жидкости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 4.1. Понятие о гидравлических сопротивлениях и потерях напора . . . . . . . . . . 73 4.2. Ламинарный и турбулентный режимы движения жидкости. . . . . . . . . . . . . 74 4.2.1. Понятия о ламинарном и турбулентном движениях . . . . . . . . . . . . . . . 74 4.2.2. Критерий Рейнольдса и его критическое значение . . . . . . . . . . . . . . . . 76 4.2.3. Распределение скоростей потока в трубе при ламинарном режиме. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 4.2.4. Определение расхода при ламинарном течении жидкости в трубе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 4.2.5. Потери напора в трубе при ламинарном режиме . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81 4.2.6. Распределение скоростей потока в трубе при турбулентном режиме . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 4.2.7. Потери напора при турбулентном режиме движения жидкости в трубах. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 4.3. Местные сопротивления. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 4.3.1. Понятие о местных сопротивлениях в трубопроводах . . . . . . . . . . . . . 87 4.3.2. Экспериментальное определение коэффициентов местных сопротивлений и коэффициента Дарси . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 4.3.3. Определение общих потерь напора при движении жидкости. . . . . . . . 92 4.4. Примеры. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 Вопросы для самопроверки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 Раздел 3. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 Глава 5. Цели и задачи систем водоснабжения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 5.1. Основные понятия системы водоснабжения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 5.2. Трассирование сетей водоснабжения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 5.3. Движение жидкости в напорных трубопроводах. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 5.4. Основы расчета трубопроводов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 5.4.1. Принципы расчета напорных трубопроводов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 5.4.2. Расчет последовательно соединенных трубопроводов . . . . . . . . . . . . 105 5.4.3. Расчет параллельно соединенных трубопроводов . . . . . . . . . . . . . . . . 106 5.4.4. Расчет разветвленного и кольцевого трубопроводов . . . . . . . . . . . . . . 107 245

Стр.246

5.5. Зависимость гидравлического расчета от материалов трубопроводов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 5.6. Примеры. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 Вопросы для самопроверки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 Глава 6. Неустановившееся движение в напорных трубопроводах . . . . . . . . . . . 120 6.1. Общие сведения о неустановившемся режиме движения жидкости в трубопроводах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 6.2. Истечение жидкости при переменном напоре . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 6.3. Гидравлический удар . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 6.3.1.Этапы развития гидравлического удара . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 6.3.2. Определение ударного давления и скорости распространения ударной волны . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 6.3.3. Способы гашения и примеры использования гидравлического удара . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 6.4. Примеры. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 Вопросы для самопроверки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 Раздел 4. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СИСТЕМ ВОДООТВЕДЕНИЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 Глава 7. Системы водоотведения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 7.1. Основные понятия и общие представления о системе водоотведения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 7.1.1. Понятие о схемах водоотведения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 7.1.2. Условия равномерного движения жидкости в открытых каналах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 7.1.3. Основные расчетные формулы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 7.1.4. Гидравлические характеристики канала . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 7.1.5. Гидравлически наивыгоднейшее сечение канала. . . . . . . . . . . . . . . . . 145 7.1.6. Допустимые скорости в каналах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 7.2. Основные типы задач при расчете каналов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 7.3. Гидравлический расчет каналов замкнутого сечения . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 7.4. Особенности гидравлического расчета русел рек . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 7.5. Общие сведения о наносах в трубопроводах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 7.6. Примеры. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 Вопросы для самопроверки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163 Раздел 5. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ И ВОДООТВЕДЕНИЯ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 Глава 8. Гидравлика процессов механической очистки воды . . . . . . . . . . . . . . . . 164 8.1. Динамическое воздействие потока на элементы сооружений . . . . . . . . . . 164 8.1.1. Основные виды динамического воздействия потока . . . . . . . . . . . . . . 164 8.1.2. Взаимодействие струи жидкости с ограждающей поверхностью. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 246

Стр.247

8.1.3. Расчет давления на повороте потока (трубопровода) . . . . . . . . . . . . . 170 8.2. Местные сопротивления в открытых руслах. Виды сопротивлений . . . . . 174 8.3. Решетки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 8.4. Водосливы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176 8.5. Водомерные лотки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 8.6. Фильтрация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 8.6.1. Коэффициент фильтрации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 8.6.2. Ламинарная и турбулентная фильтрации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 8.7. Взаимодействие потока и твердого тела . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 8.7.1. Определение мощности воздействия струи потока на преграду . . . . 184 8.7.2. Сопротивление тел в жидкости . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 8.7.3. Обтекание шара. Гидравлическая крупность . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186 8.8. Примеры. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 Вопросы для самопроверки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 Глава 9. Смешение водных масс с водой водоемов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 9.1. Разбавление водных масс водой водоемов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 9.2. Перенос вещества в потоке . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 9.3. Определение коэффициента турбулентной диффузии для зоны смешения водных масс . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201 9.4. Самоочищение воды в водоеме . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202 9.5. Сброс сточных вод в непроточные водоемы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205 9.6. Примеры. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207 Вопросы для самопроверки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 Раздел 6. ПРИНУДИТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ ВОДЫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 Глава 10. Гидромашины. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 10.1. Общие сведения о гидравлических машинах. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 10.2. Движение жидкости в рабочем колесе насоса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 10.3. Теоретический напор и подача насоса . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 10.4. Высота всасывания и кавитация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 10.5. Работа центробежных насосов на сеть . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229 10.6. Регулирование подачи центробежных насосов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238 10.7. Основные правила эксплуатации центробежных насосов . . . . . . . . . . . . 240 10.8. Примеры. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241 Вопросы для самопроверки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242 Библиографический список . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243 247

Стр.248