Inlämningsuppgifter 2 - Teknisk Vattenresurslära
Transcription
Inlämningsuppgifter 2 - Teknisk Vattenresurslära
2015-04-07 Te k n i s k V a t t e n r e s u r s l ä r a Vatten, VVR145 Inlämningsuppgifter _________________________________________________________________________________________ Magnus Persson, Rolf Larsson, Linus Zhang Sid. 1 Instruktioner Inlämningsuppgifter görs i grupper om två (till tre) studenter. Individuell inlämning är inte tillåten. Det finns två inlämningar (1 och 2) som innehåller vardera tio deluppgifter (1.1, 1.2 osv). Varje deluppgift kommer att poängsättas i stegen 2, 4, 5 och 6. Se ”Krav” nedan för beskrivning vad som krävs för respektive poäng. En medelpoäng på varje inlämning räknas fram och kommer att tillsammans med poängen på duggorna att ligga till grund för betyget på kursen (se kursprogrammet). Alla inlämningsuppgifter är obligatoriska. OBSERVERA Sammarbete mellan grupperna är tillåtet, men varje grupp skall göra sina egna lösningar. Kopiering av annans arbete är fusk. Inlämningsuppgifter av olika grupper med uppenbara och genomgående likheter sinsemellan kommer att medföra 0 poäng på uppgiften för samtliga inblandade grupper! Kontakta kursledningen om ni är osäkra på vad som gäller. Inlämning Följande datum gäller för inlämning Uppgift Inl. 1 Inl. 2 datum Torsdag 19 feb. Onsdag 13 maj Material Föreläsning 1-13 Föreläsning 14-25 Rättas av MP RL Försenad inlämning ger 0,2 i poängavdrag för varje påbörjad arbetsdag på medelbetyget på den inlämningsuppgiften. Uppgifterna lämnas i lådan i TVRLs korridor, lådan töms kl. 8:00 dagen efter sista inlämningsdatum. Uppgifterna återlämnas rättade i samma låda senast en vecka efter respektive inlämningsdatum. Har man fått underkänt på någon uppgift återfås uppgifterna först efter en muntlig genomgång av lösningen av den som rättat (se nedan). Krav Allmänna krav är att beräkningarna ska gå att följa och läsa. Antaganden ska motiveras och, om så är möjligt, kontrolleras. Förutom förståelse för kursens innehåll är språk och matematik två viktiga verktyg som en civilingenjör måste behärska. Inlämningsuppgifterna skall uppfylla kravet för nivå I enligt http://www.student.lth.se/fileadmin/lth/student/Vagochvattenbyggnad/Filer/Krav030911Inla mningsuppgifter.pdf Inlämningsuppgifterna ska vara skrivna så att en student som gick kursen förra året utan problem kan följa med i lösningen. Förutom att lösa själva problemet är det viktigt att det framgår att ni helt och hållet förstår hur ni gjort. En lösning helt utan förklarande text kan därför aldrig ge högsta betyg. Vatten, VVR145 Inlämningsuppgifter Sid. 2 Specifika krav för de olika poängnivåerna 2. Ej godkänt. För att inlämningsuppgiften ska bli godkänd ska gruppen gå till den lärare som rättat inlämningsuppgiften då denne är tillgänglig och tillsammans med läraren gå igenom varför deluppgiften ej blev godkänd och med hjälp av läraren visa att man uppnått den förståelse som krävs för att få godkänt, ca 10 min per deluppgift. Efter detta blir inlämningsuppgiften godkänd, men poängen kvarstår för deluppgiften vid beräkningen av medelbetyget av inlämningsuppgiften. 4. Gruppen visar att man har förstått uppgiften och hur man kan lösa den. 5. Lösning är korrekt gjord (smärre räknefel kan godtas, men svaret måste vara rimligt). Alla deluppgifter skall vara besvarade med rätt enheter. 6. Deluppgiften är helt korrekt löst, innehåller inga småfel (endast små obetydliga slarvfel kan godtas) och är dessutom lättläst och snyggt presenterad. Det måste framgå klart och tydligt att studenten har förstått varje steg i beräkningarna (förklarande text är ett måste, men gå inte till överdrift). För varje poängnivå krävs att de lägre nivåerna är uppfyllda. Feedback För att inlämningsuppgifterna ska kunna rättas och återlämnas i god tid innan duggorna kommer minimalt med kommentarer skrivas direkt i rapporten. Alla studenter är givetvis välkomna att prata med den som rättat för att få motivering av betygsättning och feedback angående lösningarna. Efter varje inlämning hålls ett seminarium där uppgifterna löses på tavlan och vanliga fel diskuteras. Lösningar till inlämningsuppgifterna publiceras också på hemsidan före respektive dugga. Vatten, VVR145 Inlämningsuppgifter Sid. 3 Inlämningsuppgift 2 2.1 För badkaret i figuren nedan kan antas att sambandet mellan vattenytearea och vattendjupet H kan beskrivas som:A = 4 H3/2. Hur lång tid tar det att tömma badkaret genom avloppshålet (vattnet strömmar rakt ut i fri luft med atmosfärstryck) om vattendjupet initiellt är H = 0.5 m? Antag förlustfri strömning. Utloppet är cirkulärt med en diameter på 0.04 m. H Figur 2.1 2.2 Vatten strömmar från vänster till höger genom rörledningen i figuren nedan. a) Om vattnet stiger 1.8 m i piezometern vid A samt 2.0 m ovan rörets centrum i pitot-röret vid B, hur stort är flödet? b) Hur stort är det statiska trycket (i Pa) vid rörcentrum i B? Försumma alla energiförluster. Figur 2.2 + 2.0 m + 1.8 m Vatten, VVR145 Inlämningsuppgifter Sid. 4 2.3 I figuren nedan visas en venturimeter (flödesmätare). Vilket vattenflöde går genom rörledningen för det aktuella differentialmanometerutslaget i ledningen (där D1 = 300 mm och D2 = 150 mm)? Relativa densiteten för kvicksilver är SHg = 13.56. Försumma eventuella förluster mellan 1 och 2. D2 Figur 2.3 D1 Vatten, VVR145 Inlämningsuppgifter Sid. 5 2.4 Vattennivå i tanken är konstant och orsakar vatten flöde på 0.05 m3/s i ett rör med friktionskoefficient f=0.012, diameter d=80mm, och längd L=75 m. Den lokala förlustkoefficienten vid rörets inlopp är Kin=0.5 och krökförlustkoefficienten är Kk=0.2. a) beräkna nivån h i tanken b) vilken nivå h skulle krävas i tanken för att upprätthålla samma flöde om råheten hos röret efter ett antal år ökar och f blir 0.028 (rörets dimensioner förändras inte)? h L=75m; d=80mm Vatten, VVR145 Inlämningsuppgifter Sid. 6 2.5 Vattenflödet mellan reservoar A och B genom de tre seriekopplade rören är 150 l/s, se figur nedan. Bestäm nivåskillnaden, H, mellan reservoarytorna. Försumma lokala förluster. Karakteristika för varje rörledning är given i tabell. rörledning 1 2 3 friktionskoefficient 0.01 0.03 0.02 Längd (m) 100 200 175 Diameter (m) 0.2 0.3 0.2 A H 1 2 B 3 Vatten, VVR145 Inlämningsuppgifter Sid. 7 2.6 För tre år sedan installerade Ove Nilsson en urinseparerande toalett DS från Wost Man Ecology i sin sommarstuga. Nu är urintanken full och gödseln (urin och spolvatten) ska spridas på gräsmattan som ligger framför huset. Ove vill gärna undvika kväveförluster och lukt och vill därför sprida urinen genom slangar som kan ligga på marken under spridningen. Han köper tre stålplåtar (1.2 m x 1.2 m), klipper en av de längst diagonalen så att plåten blir till två trianglar och svetsar ihop en tank (utan lock, se figuren, där A = 1.7 m; B=1.2 m; tanken är 1.5 m lång ”in i pappret”). Ove gör sex små hål i tankens botten och fäster ditt sex likadana gummislangar (2 m långa, 12 mm i diameter, råheten hos slangen är stor och friktionskoefficienten f kan antas till 0.05). Anta lokala förluster vid rörets inlopp (Kin=0.8) och i kröken (Kk=0.3). Tanken sätts på hjul så att tankens botten är nu 0.5 m ovanför marken. Ove vill nu veta hur lång tid det tar att tömma tanken om den är fylld till övre gränsen. Vid behov kan antas att vätskan har vattnets egenskaper samt att accelerationseffekter i gummislangar är försumbara. A B Slang Ove Nilssons tank sett från sidan, notera att endast en av de sex slangarna visas i figuren. Vatten, VVR145 Inlämningsuppgifter Sid. 8 2.7 Industriavlopsvatten pumpas med två identiska pumpar (se pumpkarakteristika för en pump nedan) som arbetar parallellt från en reservoar via en rörledning till en annan reservoar enligt figuren nedan. En ventil efter pumparna används för att reglera flödet. Om tryckmätaren placerad 1.5 km från utloppet visar ett tryck på 45 kPa för en viss ventilinställning, bestäm flödet i rörledningen och den lokala förlustkoefficienten för ventilen, KV. Rörledningens längd, diameter och råhet är 3 km, 200 mm, samt 0.1 mm. Försumma alla lokala förluster förutom över ventilen. Pump karakteristika HP (m) 20.2 Qp (l/s) 0 19.8 5 19 10 17.4 15 15.5 20 P P 45kPa El 2 m El 0.5 El 0 m Vatten, VVR145 Inlämningsuppgifter Sid. 9 2.8 Ett nytt bostadsområde skall byggas i Lund. Området kommer att ha 55 % hårdgjorda ytor. Dagvattnet från området leds ner via brunnar och mindre ledningar till en knutpunkt. Den längsta sträckan för ytavrinning kan sättas till 30 m. 50 m Figur 2.10 a) Bestäm det dimensionerande flödet med rationella metoden. b) Bestäm det dimensionerande flödet med tid-area metoden. För att göra detta ska du dela in området i fem delområden. För att förenkla beräkningarna kan koncentrationstider och rinntider avrundas till hela minuter. Dimensionera för ett 10-års regn, använd idf-kurvan för Malmö (nästa sida). Vatten, VVR145 Inlämningsuppgifter Sid. 10 Obs: TR skall anges i min, regnintensitet i l/(s ha). Hernebring, C. 10 års-regnets återkomst, förr och nu. Svenskt Vatten, 2006. Vatten, VVR145 Inlämningsuppgifter Sid. 11 2.9 100 mm röret i figuren nedan är kopplat till ett 50 mm rör via en rörövergång (mellan sektion 1 och 2). Bestäm storlek och riktning på den horisontella kraft som verkar på övergången pga. olja som strömmar i ledningen. Försumma alla energiförluster. Oljans densitet är 985 kg/m3. 2.10 Vatten transporteras genom en horisontell rörkrök och avbördas därefter ut i fria atmosfären enligt figur nedan. Vattenflödet är 0.02 m3/s (Din = 8 cm; Dut = 4 cm). Bestäm storleken och riktningen på kraften i var och en av de två stängerna (stängerna tar bara upp axiella krafter) som håller rörkröken på plats. Den flexibla sektionen förhindrar överföring av axiella krafter och moment. Försumma masskrafter och viskösa effekter. Dut Din Flexibel sektion Vatten, VVR145 Inlämningsuppgifter