Χρίστος Α. Καραβίτης Διαχείριση Υδατικών Πόρων Τμήμα ΑΦΠ & ΓΜ, Γ.Π.Α.

Transcript

1 Χρίστος Α. Καραβίτης Διαχείριση Υδατικών Πόρων Τμήμα ΑΦΠ & ΓΜ, Γ.Π.Α.

2 Πρόγραμμα Άνοιξη 014 ΗΜ/ΝΙΑ ΔΕΥΤΕΡΑ ΤΕΤΑΡΤΗ ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ ΜΕΛΕΤΗ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΚΑΘΕ ΔΕΥΤΕΡΑ Part I: ΥΔΡΟΛΟΓΙΚΟΣ ΚΥΚΛΟΣ-ΥΔΡΟΛΟΓΙΚΕΣ ΛΕΚΑΝΕΣ-ΥΔΡΟΜΕΤΡΗΣΕΙΣ 4/ Υδραυλική Γενικές αρχές- 10/3 Υδροστατική πίεση Άσκηση 1 17/3 Υδροστατικές Δυνάμεις Εξίσωση Συνέχειας Άσκηση 4/3 Συνέχεια - Βernouli Άσκηση 3 31/3 Ανοικτοί Αγωγοί Άσκηση 4

3 Υδροστατικές Δυνάμεις σε επίπεδες επιφάνειες Η λευκή επιφάνεια ΑΒ είναι ένα επίπεδο με ακανόνιστο σχήμα. Η γραμμή Α-Β είναι μία κατά μήκος τομή αυτής της επιφάνειας. Ποια είναι η συνισταμένη των δυνάμεων λόγω της πίεσης που ασκείται στην κεκλιμένη επιφάνεια ΑΒ; Σημειώνεται ότι η υδροστατική πίεση αυξάνει ως προς τον άξονα Υ

4 Το σχήμα δεν είναι ακριβές. Η γραμμή ΑΒ αντιπροσωπεύει τη πραγματική θέση της επιφάνειας. Η λευκή επιφάνεια όμως δεν είναι σχεδιασμένη στην πραγματική της θέση Η γραμμή 0-0 είναι οριζόντια, η λευκή επιφάνεια έχει περιστραφεί κατά τον άξονα Α-Β από την κανονική θέση. Με άλλα λόγια, το βάθος της λευκής επιφάνειας δεν είναι ορατό.

5 Από τον ορισμό της πίεσης: ή έτσι ώστε η συνολική δύναμη στην επιφάνεια Α είναι: ή ή, εφόσον το g και το ημίτονο a είναι σταθερά

6 Η μέση απόσταση επί την συνολική επιφάνεια θα είναι : ώστε η συνολική δύναμη μπορεί να εκφραστεί ως: όπου είναι η πίεση στο κέντρο βάρους της επιφάνειας. Η παραπάνω τελική σχέση είναι γνωστή ως υδροστατική πίεση. Κατά αυτόν τον τρόπο έχουμε αντικαταστήσει ένα ολοκλήρωμα που εκφράζει τη μεταβολή της πίεσης, με μία σταθερά που εκφράζει το τελικό μέτρο της πίεσης: Ftotal g ha

7 Παράδειγμα 3: Να ευρεθεί η κάθετη δύναμη που απαιτείται για να ανοίξει ένα κυκλικό θυρόφραγμα το οποίο περιστρέφεται γύρω από τον σημείο Α Υπολογίζουμε F total, την συνολική υδροστατική πίεση που ενεργεί πάνω στην επιφάνεια : Α

8 Α=πr =3,14x6,5= 19,65m F total = 10m*9810N/m 3 *19,65m = 1,95MN

9 Βυθιζόμενο Σώμα φαινόμενο Βάρος = w+p 1 ΔΑ-p ΔΑ φαινόμενο Βάρος = γ s ΔV+γh 1 ΔΑγh ΔΑ φαινόμενο Βάρος = γ s ΔV-γΔV φαινόμενο Βάρος = ΔV(γ s -γ) Φαινόμενο Βάρος Βυθιζόμενου Σώματος = V(γ s -γ)

10 Άσκηση: Άνωση Δίνεται: T=5 kn, γ νερού =9,81 kn/m 3, γ=35 kn/m 3 Να βρεθεί ο όγκος V ΣF=0 T+F B -w=0 T+F B =w T+F B =γv=35v Όμως η άνωση F B = γ νερού (V) T+9,81V=35V 5=5,19V V=0,198 m 3

11 Κλειστοί Αγωγοί

12 ΑΓΩΓΟΙ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ Κλειστοί Αγωγοί

13 ΜΕΤΑΛΛΙΚΟΙ ΑΓΩΓΟΙ Κλειστοί Αγωγοί

14 ΠΛΑΣΤΙΚΟΙ ΑΓΩΓΟΙ Κλειστοί Αγωγοί

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25 ΕΞΙΣΩΣΗ ΣΥΝΕΧΕΙΑΣ w g Ax g Avt w t g Av w ' g Av

26 ΕΞΙΣΩΣΗ ΣΥΝΕΧΕΙΑΣ w ' g Av ' m g gav m ' Av ' m ' 1 m Av A v g g, 1 } A v A v Q Q

27 ΕΞΙΣΩΣΗ ΣΥΝΕΧΕΙΑΣ (ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ)

28 Δίνεται: Q= 0,8 m 3 /sec V 1 =5,0 m/sec V =1,0 m/sec Να βρεθούν οι διατομές A 1 & A ΕΞΙΣΩΣΗ ΣΥΝΕΧΕΙΑΣ (ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑ) v A v A Q Q / m A v Q A v A Q 8 0. / m A v Q A v A Q

29 Ερωτήσεις

30 Χρίστος Α. Καραβίτης Διαχείριση Υδατικών Πόρων Τμήμα ΑΦΠ & ΓΜ, Γ.Π.Α.

31 Πρόγραμμα Άνοιξη 014 ΗΜ/ΝΙΑ ΔΕΥΤΕΡΑ ΤΕΤΑΡΤΗ ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ ΜΕΛΕΤΗ ΑΣΚΗΣΕΙΣ ΚΑΘΕ ΔΕΥΤΕΡΑ Part I: ΥΔΡΟΛΟΓΙΚΟΣ ΚΥΚΛΟΣ-ΥΔΡΟΛΟΓΙΚΕΣ ΛΕΚΑΝΕΣ-ΥΔΡΟΜΕΤΡΗΣΕΙΣ 4/ Υδραυλική Γενικές αρχές- 10/3 Υδροστατική πίεση Άσκηση 1 17/3 Υδροστατικές Δυνάμεις Εξίσωση Συνέχειας Άσκηση 4/3 Συνέχεια - Βernouli Άσκηση 3 31/3 Ανοικτοί Αγωγοί Άσκηση 4

32 ΕΞΙΣΩΣΗ ΣΥΝΕΧΕΙΑΣ w g Ax g Avt w t g Av w ' g Av

33 ΕΞΙΣΩΣΗ ΣΥΝΕΧΕΙΑΣ w ' g Av ' m g gav m ' Av ' m ' 1 m Av A v g g, 1 } A v A v Q Q

34 Άσκηση: Συνέχεια Δίνεται: γ νερού =9,81 kn/m 3, ρ=1000 kg/m 3, d=45 mm Να βρεθεί ο όγκος ẃ και m ẃ = γav = γq & m = pav = ρ Q Q = 1000 lt/min * 10-3 m 3 /lt * 1/(60 s/min) = 0,01667 m 3 /s ẃ = 9,81 kn/m 3 * 0,01667 m 3 /s = 0,1635 kn/s m = 1000 kg/m 3 * 0,01667 m 3 /s = 16,67 kg/s

35 ΕΞΙΣΩΣΗ BERNOULLI Ένα ιδανικό ρευστό δεν έχει ιξώδες και είναι ασυμπίεστο Συνολικό ύψος= Δυναμική ενέργεια + +Ενέργεια πίεσης+ +Κινητική ενέργεια Δυναμική ενέργεια = zmg Ενέργεια πίεσης = hmg Κινητική ενέργεια = 1/mU Διαιρούμε δια mg οπότε : z + U /g + (h* (γ/γ))

36 ΕΞΙΣΩΣΗ BERNOULLI Για ιδανικά ρευστά, το συνολικό ύψος διατηρείται

37 ΕΞΙΣΩΣΗ BERNOULLI Για ιδανικά ρευστά, το συνολικό ύψος δεν είναι το ίδιο παντού λόγω απωλειών

38 BERNOULLI Δίνεται: d 1 =150mm p 1 =40kPa d =75mm p =140kPa Να προσδιοριστεί το Q σε m 3 /s

39 ΕΞΙΣΩΣΗ BERNOULLI / ΣΥΝΕΧΕΙΑ Από την εξίσωση Συνέχειας έχουμε: Q1 Q AV 1 1 AV A d V V V 1 A1 d1 V 75 V V

40 ΕΞΙΣΩΣΗ BERNOULLI z 1 V1 g Αντικαθιστώ τα δεδομένα στην εξίσωση. ( V / 4 m / s) 40kPa ( V m / s) 140kPa *9,81 m / s 9,81 kn / m *9,81 m/ s 9,81 kn / m V V 9,81 *9,81 p g /16 V 4, 4 m/ s V V / 4 6,1 m/ s 1 1 z V g 3 Q AV 0, 075 m *4, 4 m/ s 0,108 m / s 4 p g

41 Γραμμικές απώλειες Εξίσωση Bernoulli Γραμμικές απώλειες Θεωρείστε στρωτή, πλήρως ανεπτυγμένη κυκλική ροή στον αγωγό. Η δύναμη πίεσης ισορροπεί με τη δύναμη τριβής Εξίσωση Darcy τ w : Διατμητική τάση τοιχώματος R: ακτίνα D: διάμετρος L: μήκος αγωγού f: Εμπειρικός παράγοντας τριβής

42 Γραμμικές απώλειες κλειστών αγωγών Οι γραμμικές απώλειες που εμφανίζονται λόγω τριβής του υγρού με το υλικό του αγωγού δίνονται με τον εξής τύπο. f Εμπειρικός παράγοντας τριβής D Διάμετρος του αγωγού L Μήκος του αγωγού

43 Αριθμός Reynold Χαμηλή ταχύτητα Υψηλή ταχύτητα Οι ιδιότητες του υγρού δεν άλλαξαν : ρ σταθερό, μ σταθερό Οι ιδιότητες του αγωγού δεν άλλαξαν : D σταθερό, L σταθερό