и расходные характеристики для новых водопроводных труб
б) для принятых диаметров труб по справочной таблице находим расходные характеристики 
;
в) определяем потери напора на трение для каждого участка по формуле
г) требуемую высоту водонапорной башни определяем из уравнения Бернулли, написанного для пунктов 1 и 4:
Так как местность по условию задачи горизонтальная, то 
Пьезометрическая высота в первом пункте 
представляет собой искомую высоту водонапорной башни 
, а пьезометрическая высота 
– свободный напор в конечном пункте 
:
Округленно принимаем 
Определяем пьезометрические высоты в узлах магистрали:
Таблица 2 – Результаты расчета магистрали
| Номера пунктов | Длины участков  , 
| Расчетные расходы  , 
| Диаметры труб  , 
| Расходные характеристики  ,
| Потери напора  ,
| Пьезометрические высоты  ,
|
| 1120,6 | 0,73 | 16,00 15,27 |
Окончание табл.2
| Номера пунктов | Длины участков ,
| Расчетные расходы ,
| Диаметры труб ,
| Расходные характеристики ,
| Потери напора ,
| Пьезометрические высоты ,
|
| 692,1 383,7 | 0,86 2,3 | 15,27 14,41 12,11 |
4. Ответвления от магистрали делятся на простые и сложные. Простые ответвления состоят из одного участка, а сложные – из двух и более участков. В качестве сложного ответвления в нашем случае выбирается линия 2-5-7, так как участок 5-7 по длине больше, и расход 
больше расхода 
.
Расчет сложного ответвления ведется в определенной последовательности:
а) определяем допустимые потери напора для ответвления 2-5-7 как разность пьезометрических высот в начальном и конечном пунктах ответвления:
б) находим средний гидравлический уклон
в) определяем требуемые расходные характеристики:
г) по справочным таблицам в соответствии со значениями требуемых расходных характеристик устанавливаем ближайшие диаметры стандартных труб:
при 
;
при 
;
д) определяем фактические потери напора для принятых труб
е) находим пьезометрические высоты
5. Расчет простых ответвлений 3-8 и 5-6 ведем в ниже излагаемой последовательности и результаты заносим в табл. 3:
Таблица 3 – Результаты расчета ответвлений
| Номера ответвлений | Длина, м | Расход, л/с | Пьезометрическая высота в начале ответвления, м | Свободный напор в конце ответвления, м | Допустимые потери напора, м | Гидравлический уклон | Требуемая расходная характеристика Ктр, л/с | Диаметр трубы, мм | Расходная характеристика К, л/с | Фактические потери напора, м | Фактический свободный напор в конце ответвления |
| 3-8 | |||||||||||
| 5-6 |
а) определяем допустимые потери напора как разность пьезометрических высот в начальном и конечном пунктах
б) гидравлический уклон
в) требуемая расходная характеристика
г) по справочной таблице устанавливаем ближайший больший диаметр стандартной трубы и его расходную характеристику ;
д) фактические потери напора
е) фактический свободный напор в конце ответвления
| |
| Рис. 5 |
Задача 6. Определить расход воды 
, протекающий из верхнего в нижний резервуар по системе труб, показанной на схеме (рис.5). Разность уровней воды в баках . Диаметр труб 
, 
, 
, 
, 
. Длины труб 
, 
, 
, 
, 
. При решении надо воспользоваться значениями расходных характеристик для новых водопроводных труб (табл.1).
Решение задачи:
Примем 
; 
; 
; 
; 
; 
; 
; 
; 
; 
; 
.
Рассматривая поток из верхнего в нижний резервуар по трубам 1, 2 и 5, можно записать
.
Выразив потери напора для отдельных труб через их расходы, длины и расходные характеристики, будем иметь
Так как потери напора в ветвях замкнутого трубопровода с общими узлами равны между собой, можно составить уравнения
и 
или
откуда
и 
.
Общий расход равен сумме расходов в ветвях замкнутой части системы
.
Подставим в последнее равенство полученные значения для 
и 
, выраженные через 
:
откуда
После подстановки последнего значения для в уравнение для суммарной потери напора в системе будем иметь
откуда
Расходные характеристики для известных диаметров труб устанавливаем по табл.1: 
, 
, 
, 
. Значения всех величин подставляем в формулу в дециметрах:
|
| Рис. 6 |
Задача 7. Цилиндрический бак диаметром 
имеет в дне два одинаковых отверстия, одно из которых снабжено внешним цилиндрическим насадком (рис.6). Какой диаметр должны иметь отверстия, чтобы при поступлении в бак расхода воды уровень поддерживался на высоте ? Определить, за какое время 
произойдет опорожнение сосуда через цилиндрический насадок после прекращения притока воды в бак.
Решение задачи:
Примем 
, 
, 
.
Расход воды через отверстие
.
Расход воды через насадок
.
Общий расход воды
,
откуда
Коэффициент расхода для отверстия 
. То же, для цилиндрического насадка 
.
Диаметр отверстий
Время опорожнения сосуда через цилиндрический насадок
где 
– площадь днища бака 
Задача 8.На водопроводной трубе диаметром установлен водомер диаметром (рис.7). На какую высоту 
поднимается вода в пьезометрической трубке, присоединенной к суженному сечению, при пропуске расхода , если уровень воды в пьезометре, присоединенном к трубе, 
? Потери напора не учитывать.
Задача 9.По трубопроводу, имеющему сужение, протекает расход воды . Определить диаметр суженной части трубопровода , если известны показания пьезометров , и диаметр трубопровода . Потери напора не учитывать (рис.7).
Задача 10. На какую высоту 
может засасываться вода из резервуара по трубке, присоединенной к узкому сечению трубопровода, если по нему протекает расход (рис.8)? Диаметры , , избыточное давление в первом сечении 
. Потери напора не учитывать.
Задача 11. По трубопроводу, имеющему сужение, протекает расход воды . Без учета потерь напора определить, какой диаметр должна иметь узкая часть трубопровода, чтобы обеспечить засасывание воды из резервуара на высоту (рис.8). Диаметр трубопровода , вакуумметрическое давление во втором сечении 
.
Задача 12. К трубопроводу переменного сечения присоединены два пьезометра (рис.9). Пренебрегая потерями напора, определить, на какую высоту поднимется вода во втором пьезометре, если высота воды в первом пьезометре , диаметры , . По трубопроводу протекает расход воды .
| 
| 
|
| Рис. 7 | Рис. 8 | Рис. 9 |
Задача 13. Определить расход воды в горизонтальном трубопроводе переменного сечения (рис. 10), скорость на каждом из его участков и построить пьезометрическую линию, если , , и 
.
| 
|
| Рис. 10. | Рис. 11. |
Задача 14. Определить расход воды в трубопроводе длиной 
(рис. 11), построить пьезометрическую и напорную линии, если длина первого участка , его диаметр , диаметр второго участка , напор в баке , отметка начала трубопровода 
, отметка конца 
, гидравлические коэффициенты трения 
, 
.
Задача 15. Из одного резервуара в другой вода поступает по сифонному трубопроводу длиной 
и диаметром 
(рис.12). Определить расход воды при разности уровней в резервуарах . Трубопровод снабжен приемным клапаном с сеткой ( 
) и задвижкой ( 
). Потерями напора в коленах и на выход из трубы пренебречь. Коэффициент сопротивления трения 
. Найти вакуум в опасной точке сифона, если длина участка трубопровода до этой точки и ее возвышения над уровнем воды в верхнем резервуаре .
Задача 16.По сифонному трубопроводу длиной и диаметром нужно обеспечить расход бензина . Определить необходимую разность уровней в резервуарах и вакуум 
в опасной точке сифона С, если длина участка трубопровода до этой точки , а ее возвышение над уровнем в верхнем резервуаре (рис.12). Трубопровод имеет приемный клапан с сеткой ( 
) и задвижку ( 
). Потери на поворотах не учитывать. Коэффициент сопротивления трения 
. Объемный вес бензина 
.
Задача 17. Определить максимально допустимую высоту установки насоса над уровнем воды в бассейне (рис.13) при следующих данных: производительность насоса ; вакуум во всасывающем патрубке ; длина всасывающей трубы , диаметр . Всасывающая труба снабжена приемным клапаном с сеткой ( ) и имеет одно сварное колено ( 
). Коэффициент сопротивления трения определить по эквивалентной шероховатости 
мм, предполагая наличие квадратичной зоны сопротивления.
Задача 18. Вода подается из нижнего закрытого бака в верхний открытый бак по вертикальной трубе за счет избыточного давления в нижнем баке 
(рис.14). Определить расход воды при следующих данных: , , 
. Коэффициент сопротивления трения определить по эквивалентной шероховатости мм, предполагая наличие квадратичной зоны сопротивления. Коэффициенты местных сопротивлений: входа в трубу 
; вентиля 
; выхода из трубы 
.
| | | 
|
| Рис. 12 | Рис. 13 | Рис. 14 |
Задача 19. Из нижнего бака с избыточным давлением по новой стальной трубе подается бензин в верхний бак, на поверхности которого поддерживается вакуум (рис.15). Разность уровней в баках , длина трубы , диаметр . При каком значении коэффициента сопротивления вентиля 
будет подаваться расход . Потерями напора на вход в трубу и выход из нее пренебречь. Коэффициент сопротивления трения определить по формуле П.Н. Конакова для гидравлически гладких труб. Объемный вес бензина , коэффициент кинематической вязкости 
.
Задача 20.Определить диаметры труб для участков тупиковой водопроводной сети (рис.16) и установить требуемую высоту водонапорной башни в точке 1 для подачи следующих расходов в конечные пункты сети: , , и 
. Длины участков в метрах указаны на схеме сети. Местность горизонтальная. В конечных пунктах сети должен быть обеспечен свободный напор 
. При расчете воспользоваться значениями предельных расходов и расходных характеристик для новых водопроводных труб (табл. 1).
| 
| |
| Рис. 15 | Рис. 16 | Рис. 17 |
Задача 21. Определить общий расход воды , поступающий по системе труб под напором (рис.17). Диаметры труб ; 
. Длины труб ; 
. Воспользоваться значениями расходных характеристик для новых водопроводных труб (табл. 1).
Задача 22. Определить, при какой разности уровней воды в баках по системе труб будет протекать расход воды . Диаметры труб , , , 
. Длины труб в метрах указаны на схеме (рис.18). Воспользоваться значениями расходных характеристик для новых водопроводных труб (табл. 1).
Задача 23. Определить расход воды, протекающий из верхнего в нижний резервуар по системе труб, показанной на схеме (рис.19). Разность уровней воды в баках . Диаметры труб (в мм) указаны на схеме. Длины труб , , . Воспользоваться значениями расходных характеристик для новых водопроводных труб (табл. 1).
Задача 24. Определить, при каком напоре по системе труб (рис.20) будет протекать расход воды . Диаметры труб , 
. Длины труб , 
. Воспользоваться значениями расходных характеристик для новых водопроводных труб (табл. 1).
| | 
| 
|
| Рис. 18 | Рис. 19 | Рис. 20 |
Задача 25. В бак, разделенный тонкой перегородкой на два отсека, поступает расход воды . В дне каждого отсека имеются одинаковые отверстия диаметром 
, а в перегородке – отверстие диаметром . Определить расходы воды через донные отверстия 
и (рис.21).
| | 
| 
|
| Рис. 21 | Рис. 22 | Рис. 23 |
Задача 26. В бак, разделенный тонкой перегородкой на два отсека, поступает расход воды . В перегородке имеется отверстие диаметром . Из второго отсека вода отливается наружу через цилиндрический насадок диаметром (рис.22). Определить глубину воды в отсеках над центром отверстий.
Задача 27. В баке, имеющем в дне отверстие диаметром и в стенке отверстие, снабженное цилиндрическим насадком, диаметром , установился уровень воды на высоте . Определить, какой расход воды поступает в бак, если центр бокового отверстия возвышается над дном бака на высоту (рис.23).
Задача 28. Определить, какой объем воды 
был налит в цилиндрический бак диаметром , если вся вода вытекла из него через отверстие в дне диаметром за время (рис.24). Какое время 
потребуется для опорожнения такого же объема воды, если уменьшить диаметр бака в полтора раза?
| | 
|
| Рис. 24 | Рис. 25 |
Задача 29. Призматический бак высотой с дном площадью 
соединен с резервуаром цилиндрическим насадком диаметром (рис.25). Расстояние от дна бака до центра отверстия . Определить, за какое время наполнится бак, если уровень воды в резервуаре не меняется.
Задача 30.Как изменится время опорожнения открытого вертикального цилиндрического резервуара диаметром с начальным напором , если в его дне внешний коноидальный насадок диаметром заменить внешним цилиндрическим насадком того же диаметра?
ПРИЛОЖЕНИЕ
Таблица П1 -Номера контрольных вопросов и задач
| Последняя цифра шифра зачетной книжки | Номера задач для студентов очной формы обучения | Номера задач для студентов заочной формы обучения | Номера вопросов для студентов заочной формы обучения |
| 8, 13, 15, 20, 22, 25, 28 | 8, 13, 15, 20, 22, 25, 28 | 1, 5, 9, 11, 21 | |
| 10, 14, 16, 20, 23, 26, 30 | 10, 14, 16, 20, 23, 26, 30 | 2, 4, 8, 10, 20 | |
| 9, 13, 17, 20, 21, 27, 29 | 9, 13, 17, 20, 21, 27, 29 | 3, 7, 12, 25, 29 | |
| 11, 14, 19, 20, 23, 27, 29 | 11, 14, 19, 20, 23, 27, 29 | 6, 10, 13, 18, 26 | |
| 10, 13, 15, 20, 24, 25, 30 | 10, 13, 15, 20, 24, 25, 30 | 1, 14, 16, 19, 27 | |
| 12, 14, 16, 20, 23, 26, 28 | 12, 14, 16, 20, 23, 26, 28 | 3, 7, 15, 17, 20 | |
| 8, 13, 19, 20, 22, 27, 29 | 8, 13, 19, 20, 22, 27, 29 | 2, 9, 12, 22, 28 | |
| 11, 14, 17, 20, 24, 26, 30 | 11, 14, 17, 20, 24, 26, 30 | 4, 8, 17, 23, 30 | |
| 9, 13, 18, 20, 24, 25, 28 | 9, 13, 18, 20, 24, 25, 28 | 2, 10, 16, 24, 26 | |
| 12, 14, 18, 20, 21, 26, 29 | 12, 14, 18, 20, 21, 26, 29 | 1, 5, 11, 22, 25 |
Таблица П2 - Числовые значения величин
| № задачи | Наименование величины и единицы измерения | Предпоследняя цифра шифра зачетной книжки | |||||||||
 , м
| 0,10 | 0,075 | 0,10 | 0,075 | 0,10 | 0,075 | 0,10 | 0,075 | 0,10 | 0,075 | |
 , м
| 0,05 | 0,04 | 0,05 | 0,04 | 0,05 | 0,04 | 0,05 | 0,04 | 0,05 | 0,04 | |
| , м3/с
| 0,005 | 0,004 | 0,0045 | 0,005 | 0,004 | 0,0045 | 0,0055 | 0,0035 | 0,006 | 0,003 | |
 , м
| 0,8 | 1,4 | 1,0 | 1,2 | 0,7 | 1,3 | 1,1 | 0,9 | 1,0 | 0,8 | |
| , м3/с
| 0,003 | 0,006 | 0,0035 | 0,0055 | 0,0045 | 0,004 | 0,005 | 0,0045 | 0,004 | 0,005 | |
| , м
| 0,8 | 1,0 | 0,9 | 1,1 | 1,3 | 0,7 | 1,2 | 1,0 | 1,4 | 0,8 | |
 , м
| 0,53 | 0,56 | 0,54 | 0,73 | 0,7 | 0,5 | 0,45 | 0,75 | 0,92 | 0,49 | |
| , м
| 0,075 | 0,10 | 0,075 | 0,10 | 0,075 | 0,10 | 0,075 | 0,10 | 0,075 | 0,10 | |
 10
| , м3/с
| 0,004 | 0,015 | 0,0045 | 0,0125 | 0,004 | 0,015 | 0,0045 | 0,0125 | 0,004 | 0,015 |
| , м
| 0,06 | 0,10 | 0,06 | 0,10 | 0,06 | 0,10 | 0,06 | 0,10 | 0,06 | 0,10 | |
| , м
| 0,025 | 0,04 | 0,025 | 0,04 | 0,025 | 0,04 | 0,025 | 0,04 | 0,025 | 0,04 | |
 , МПа
| 0,01 | 0,012 | 0,014 | 0,016 | 0,018 | 0,018 | 0,016 | 0,014 | 0,012 | 0,01 | |
| , м3/с
| 0,015 | 0,0045 | 0,0125 | 0,004 | 0,015 | 0,004 | 0,015 | 0,0045 | 0,0125 | 0,004 | |
 , м
| 5,2 | 2,5 | 3,5 | 2,1 | 6,0 | 2,3 | 5,8 | 2,7 | 3,3 | 1,5 | |
| , м
| 0,10 | 0,06 | 0,10 | 0,06 | 0,10 | 0,06 | 0,10 | 0,06 | 0,10 | 0,06 | |
| , МПа
| 0,018 | 0,016 | 0,014 | 0,012 | 0,010 | 0,010 | 0,012 | 0,014 | 0,016 | 0,018 | |
| , м
| 0,53 | 0,56 | 0,54 | 0,73 | 0,70 | 0,50 | 0,45 | 0,75 | 0,92 | 0,49 | |
| , м
| 0,04 | 0,05 | 0,04 | 0,05 | 0,04 | 0,05 | 0,04 | 0,05 | 0,04 | 0,05 | |
| , м
| 0,075 | 0,10 | 0,075 | 0,10 | 0,075 | 0,10 | 0,075 | 0,10 | 0,075 | 0,10 | |
| , м3/с
| 0,003 | 0,006 | 0,0035 | 0,0055 | 0,0045 | 0,004 | 0,005 | 0,0045 | 0,004 | 0,005 |
Продолжение прил. 2
| № задачи | Наименование величины и единицы измерения | Предпоследняя цифра шифра зачетной книжки | |||||||||
 , м
| 5,0 | 4,8 | 4,6 | 4,4 | 4,2 | 4,0 | 5,2 | 5,0 | 4,8 | 4,6 | |
| , м
| 0,15 | 0,10 | 0,15 | 0,10 | 0,15 | 0,20 | 0,10 | 0,15 | 0,15 | 0,10 | |
| , м
| 0,20 | 0,20 | 0,20 | 0,15 | 0,25 | 0,25 | 0,15 | 0,20 | 0,20 | 0,15 | |
 , м
| 0,10 | 0,15 | 0,15 | 0,10 | 0,20 | 0,20 | 0,20 | 0,10 | 0,15 | 0,10 | |
 14
| , м
| ||||||||||
 , м
| |||||||||||
| , м
| 0,10 | 0,095 | 0,09 | 0,10 | 0,095 | 0,09 | 0,10 | 0,095 | 0,09 | 0,09 | |
| , м
| 0,15 | 0,14 | 0,13 | 0,12 | 0,15 | 0,14 | 0,13 | 0,12 | 0,14 | 0,12 | |
| , м
| 4,5 | 5,0 | 5,5 | 5,0 | 4,5 | 5,0 | 5,5 | 4,5 | 5,0 | 5,5 | |
 , м
| |||||||||||
 , м
| 3,5 | 3,5 | 3,5 | 3,5 | 3,5 | ||||||
| 0,03 | 0,03 | 0,03 | 0,03 | 0,03 | 0,03 | 0,03 | 0,03 | 0,03 | 0,03 | |
| 0,027 | 0,027 | 0,027 | 0,027 | 0,027 | 0,027 | 0,027 | 0,027 | 0,027 | 0,027 | |
| , м
| |||||||||||
| 0,075 | 0,10 | 0,075 | 0,10 | 0,075 | 0,10 | 0,075 | 0,10 | 0,075 | 0,10 | |
| , м
| |||||||||||
| , м
| |||||||||||
| , м
| |||||||||||
| , м
| |||||||||||
|
| 0,10 | 0,075 | 0,10 | 0,075 | 0,10 | 0,075 | 0,10 | 0,075 | 0,10 | 0,075 | |
| , м3/с
| 0,0187 | 0,0078 | 0,016 | 0,011 | 0,0171 | 0,0093 | 0,016 | 0,010 | 0,016 | 0,010 | |
| , м
| |||||||||||
| , м
|
Продолжение прил. 2