Методические указания и рекомендации по решению по выполнению контрольных заданий по дисциплине Гидродинамика жидкостей и газов для студентов заочного отделения специальности 21.02.01 «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений» специаль

Министерство образования Республики Башкортостан
Государственное автономное образовательное учреждение
Нефтекамский нефтяной колледж
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ и РЕКОМЕНДАЦИИ
по выполнению контрольных заданий
по МДК 02.01. Эксплуатация нефтегазопромыслового
оборудования
Тема: Гидродинамика жидкостей и газов
для студентов заочного отделения
специальности 21.02.01 «Разработка и эксплуатация
нефтяных и газовых месторождений»
специальности 21.02.02 «Бурение нефтяных и газовых скважин»
2015г.
СОДЕРЖАНИЕ
стр.
1 ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН И СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ 4
ДИСЦИПЛИНЫ
2 МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ 7
КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ
3 ЗАДАНИЕ НА КОНТРОЛЬНУЮ РАБОТУ 8
4 ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ОБУЧЕНИЯ 14

I ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН И СОДЕРЖАНИЕ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
Наименование разделов и тем Содержание учебного материала, практические занятия, самостоятельная работа обучающихся
1 2
Введение Краткий очерк истории развития гидравлики и ее задачи.
Роль ученых в развитии гидравлики.
Самостоятельная работа обучающихся по разделу:
Работа с учебником
Реферат
Тематика внеаудиторных самостоятельных работ:
История развития гидравлики
Раздел 1. Физические свойства жидкости Понятие о жидкости. Плотность, удельный объем, удельный вес, сжимаемость,
температурное расширение. Вязкость, приборы для измерения плотности и вязкости.
Лабораторные занятия:
Изучение физических свойств жидкости.
Практические занятия:
Решение задач с помощью таблиц физических свойств.
Самостоятельная работа обучающихся по разделу:
Работа с учебником
Работа со справочником
Тематика внеаудиторных самостоятельных работ:
Приборы для измерения плотности и вязкости.
Раздел 2. Гидростатика Давление и законы гидростатики. Основное уравнение гидростатики.
Приборы для измерения давления.
Силы давления. Давление жидкости на плоские поверхности. Центр давления. Давление жидкости на криволинейные стенки.
Плавание тел. Закон Архимеда.
Простейшие гидравлические машины и устройства.
Практические занятия:
Решение задач на законы гидростатики.
Самостоятельная работа обучающихся по разделу:
Работа с учебником
Работа со справочником.
Тематика внеаудиторных самостоятельных работ:
Приборы для измерения давления.
Гидравлические машины:
Пресс, аккумулятор, домкрат.
Область применения гидравлических машин.
Решение задач на законы гидростатики.
Раздел 3. Гидродинамика Основы гидродинамики и уравнения движения жидкости. Уравнение Бернулли для идеальной и реальной жидкости. Графическая иллюстрация уравнения Бернулли.
Гидравлические сопротивления. Режимы движения жидкости. потери напора при равномерном движении. Коэффициент гидравлических сопротивлений. Местные сопротивления.
Движения жидкости в трубопроводе.
Расчет простого и сложного трубопровода. Трубопроводы, работающие под вакуумом. гидравлический удар в трубах. Формула Жуковского.
Истечение жидкости из отверстий и насадок.
Движение жидкости в пористой среде. Основной закон фильтрации.
Неньютоновские жидкости.
Практические занятия:
Применение уравнений гидродинамики при решении задач.
Решение задач на определение потерь напора.
Расчеты простого и сложного трубопроводов.
Определение коэффициента расхода при истечении жидкости из отверстия.
Лабораторные занятия:
Экспериментальная иллюстрация уравнения Бернулли.
Определение числа Рейнольдса для труб.
Определение напора по длине.
Определение коэффициента местных сопротивлений.
Самостоятельная работа обучающихся по разделу:
Работа с учебником
Работа со справочниками
Тематика внеаудиторных самостоятельных работ:
Номограмма Мурина и эмпирические формулы для его расчета.
Гидравлический расчет трубопроводов.
Поршневые насосы. Напор и потребляемая мощность.
Параллельно-прямолинейная и плоско-радиальная фильтрация.
Неньютоновские жидкости.

II МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ
КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ

Контрольную работу следует выполнять в тетради (18 листов), оставляя поля в 3 см. страницы должны быть пронумерованы. Работа должна быть написана разборчиво, аккуратно.
Каждый вопрос следует начинать с новой страницы. Ответы необходимо излагать грамотно, последовательно, в полном объеме с использованием схем, графиков, табличных данных, выполненных как самостоятельно, так и ксерокопированием.
В конце контрольной работы должен быть указан список используемой литературы, которой пользовались при выполнении заданий. Проставлена дата и подпись учащегося. Полностью выполненную работу учащийся должен выслать в колледж для проверки.
После получения работы необходимо просмотреть ее, ознакомиться с рецензией, сделать исправления, дополнения изменения на листах контрольной работы, назвав их «Работой над ошибками».
Если работа не зачтена, то учащийся должен передать ее и выслать повторно в колледж.
Зачтенная контрольная работа хранится у учащегося и предъявляется преподавателю на экзамене по данному предмету.
Небрежно выполненную работу, а также выполненному не по своему варианту, возвращают учащемуся без проверки.
По всем неясным вопросам, которые возникнут в процессе изучения программного материала и выполнения контрольной работы, следует обращаться устно или письменно в колледж к преподавателю предметнику за консультацией.

III ЗАДАНИЕ НА КОНТРОЛЬНУЮ РАБОТУ
Задача 1
В вертикальном цилиндрическом резервуаре хранится нефть массой m, плотность которой при температуре t1 составляет ρ. Определить плотность нефти при температуре t2 , на какую величину ΔV изменится объем нефти при изменении температуры, кинематическую ν и динамическую η вязкости нефти. Если коэффициент объемного сжатия βv = 7,4*10 -10 Па -1
Исходные данные Вариант
0 1 2 3 4
m, кг 105 12 *105 14*105 9*105 8*105
t1, ˚С 0 5 10 15 3
t2, ˚С 5 10 15 22 10
ρ, кг/м3 700 720 740 760 710
βt 1/˚С 0,0009 0,00089 0,00087 0,0008 0,0009
УВ, ˚Е 8,9 8,6 8,3 7,9 8,7
Вариант
5 6 7 8 9
15*105 11*105 13*105 7*105 5*105
6 20 22 17 20
15 25 25 20 23
730 800 840 780 820
0,0009 0,00077 0,0007 0,00078 0,0007
8,5 7,6 6,5 7,2 6,8

Указания к решению задачи
Для перерасчета плотности нефти при атмосферном давлении на любую температуру применяют формулу Менделеева:
ρt2 = ρ t1 / 1+ βt (t2 - t1) , кг/м3
Относительное изменение объема нефти ΔV/V определяют по формуле:
ΔV/V = βt Δt
Зная условную вязкость УВ, по формуле Убеллоде можно определить кинематическую вязкость:
ν = 0,0731УВ – 0,0631/УВ, мм2/с
Динамическая вязкость, находится исходя из формулы:
ν = η/ ρ, мм2/с
Задача 2
Определить силу прессования F2, развиваемую гидравлическим прессом, у которого диаметр большого поршня D; а малого – d, при следующих исходных данных:
Исходные данные Вариант
0 1 2 3 4
d, мм 20 30 40 50 60
D, мм 200 300 400 500 600
F, Н 15 25 35 45 55
а, мм 90 100 110 120 130
в, мм 900 1000 1100 1200 1300
Вариант
5 6 7 8 9
65 55 35 25 45
650 550 350 250 450
60 50 30 20 40
140 125 105 95 115
1400 1250 1050 950 1150

Указания к решению задачи
Определить силу F1 по формуле:
F1 = F(а+в) / а, Н
Передаваемая на плунжер D сила F1 создает в жидкости избыточное давление, которое рассчитывается следующим образом:
Pи=(4 F1)/(πd2), Па
Это давление передается на поршень 2, в результате чего сила давления на этот поршень, обуславливаемая силой F2
F2 = Pи* πD2
4 ,Н
Задача 3
Определить объем воды, который необходимо подать дополнительно в нефтепровод диаметром d, мм и длиной l, м, при проведении гидравлического испытания для повышения давления до ΔР, Па. Трубопровод подготовили к гидравлическим испытаниям и заполнили водой при атмосферном давлении. Деформацией трубопровода можно пренебречь.
Исходные данные Вариант
0 1 2 3 4
d, мм 200 300 400 500 600
l, м 500 600 700 450 550
ΔP, Па 3*106 3,5*106 4*106 2,5*106 2,8* 106
Вариант
5 6 7 8 9
700 800 900 1000 200
650 400 300 350 800
3,3*106 4,1*106 5,3*106 4,5*106 3,8*106
Указания к решению задачи
Объем воды, ΔV, который необходимо подать в трубопровод для повышения давления, находится по формуле:
ΔV=VβvΔP, м3
где V – объем трубопровода, м3
βv – коэффициент объемного сжатия, Па-1
Значение βv рекомендуется принять равным 4,75*10-10, Па-1
Задача 4
По трубопроводу диаметром d, мм транспортируют нефть. Определить критическую скорость υкр, соответствующую переходу ламинарного движения в турбулентное.
Исходные данные Вариант
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
d, мм 200 150 250 300 350 400 450 500 550 600

Указания к решению задачи
Критическое число Рейнольдса Rкр = υкр d/ν=2300.
Для нефти ν = 8,1*10-6 м2/с
Задача 5
По стальному трубопроводу диметром d, м подается газ под давлением Р, МПа. Определить напряжение в стенке трубы, если толщина ее δ, мм.
Исходные
данные Вариант
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
d, м 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2
Р, МПа 5,5 5,8 6,0 5,4 5,3 5,1 5,2 4,9 5,7 5,8
δ, мм 6 7 8 9 11 14 16 16 17 18
Указания к решению задачи
Суммарная сила давления, разрывающая трубу в продольном направлении, равна гидростатическому давлению, умноженному на площадь вертикальной проекции криволинейной стенки. Разрыв происходит по двум продольным сечениям стенки трубы, т.е. напряжение, возникающее в материале стенки σ=Рd/2δ.
Задача 6
Определить потери напора на трение по длине l, км в трубопроводе диаметром d, мм, если по нему транспортируется нефть с расходом Q, м3/с.
Исходные
данные Вариант
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
d, м 180 200 160 140 220 210 240 205 190 170
l, км 2,5 2,2 3 2,6 2 3,5 3,2 4 5 3,8
Q, м3/с. 0,018 0,02 0,014 0,01 0,022 0,024 0,026 0,028 0,03 0,016
λ 0,04 0,05 0,03 0,02 0,04 0,03 0,05 0,04 0,03 0,05
Указания к решению задачи
Определить скорость движения потока жидкости
υ = 4Q/πd2 , м2/с
Для определения потерь напора при равномерном движении жидкости в круглых трубах используем формулу Дарси – Вейсбаха:
hтр = λ(l/d)*(υ2/2g)
Задача 7
Какой длины должен быть простой чугунный трубопровод для подачи воды с уровня z1, м, на уровень z2 ,м, с расходом Q л/с, диаметром d, мм.
Исходные
данные Вариант
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
d, м 100 125 150 175 200 225 250 300 350 400
К, л/с 53,72 97,4 158,4 238,9 341,1 467 618,5 1006 1517 2166
z1, м 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
z2, м 2 2 4 4 4 6 6 8 8 10
Q л/с 20 30 35 40 45 50 55 60 65 70
Для простого трубопровода воспользуемся формулой
Q = КΔz L ,где Δz= z1 - z2
L= К2Δz / Q2 , м
Задача 8
Нефть подается по трубопроводу с расходом Q, м3/с. Необходимо определить максимальное ударное повышение давления и время закрытия концевой задвижки, при котором гидравлический удар становится непрямым.
Исходные
данные Вариант
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
d, м 100 125 150 175 200 225 250 300 350 400
Q, м3/с 0,02 0,025 0,03 0,035 0,04 0,045 0,05 0,055 0,06 0,065
ρ, м3/кг 760 780 790 800 810 780 760 800 840 860
L, км 3 4 5 6 7 5 6 4 5 7
δ, мм 2 3 3 4 4 5 5 6 8 8
Скорость распространения ударной волны находится по формуле
С = √К/ρ√1+(Кd)/(Еδ) , м/с

где К = 1/ βv=1/9,2*10-10; Е=2*1011, Па
Максимальное ударное повышение давления (при прямом ударе)
ΔР=сρυ , Па
где υ = Q/s, м/с
Фаза удара T =2l/c , сек
Время закрытия задвижки tз =υρcTΔP, сек
Информационное обеспечение обучения
Перечень рекомендуемых учебных изданий, дополнительной
литературы
Основные источники:
Жабо В.В., Уваров В.В. «Гидравлика и насосы» - М.: «Энергоиздат», 2007
Евгеньев А.Е., Крупеник А.П. «Гидравлика» - М.: «Недра», 2009
Ерохин В.Г., Махонько М.Г. «Сборник задач по основам гидравлики и теплотехники» - М.: «Энергия», 2008
Дополнительные источники:
Костерев Ф.М., Кушнырев В.И. «Теоретические основы теплотехники» - М.: Энергия, 1998
Евгеньев А.Е., Рабинович Е.З. «Гидравлика» - М.: «Недра», 1989
Андриевская А.В., Кременецкий Н.П., Панова М.В. «Задачник по гидравлике» - М.: «Энергия», 1970
Поршаков В.П., Романов Б.А Основы термодинамики и теплотехники. М., “Недра”, 1983.
Рабинович О.М. Сборник по технической термодинамике. М., “Машиностроение”, 1973.
Ерохин В.Г., Маханько М.Г., Самойленко П.И. Основы термодинамики и теплотехники. М., “Энергия”, 1965.
Чернов А.В., Бессребренников Н.К Основы теплотехники и гидравлики. М., “Энергия”, 1965.
Могильницкий И.П. Двигатели внутреннего сгорания в нефтяной промышленности. М., “Недра”, 1978.
Панкратов Г.П. Сборник задач по общей теплотехнике. М., “Высшая школа”, 1986.
Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. М., “Высшая школа”, 1980.