Основи на топлотехниката и хидравликата. Основи на хидравликата, топлотехниката и аеродинамиката

Методическото ръководство "Основни закони на хидравликата" е кратък теоретичен курс, който излага основните термини и разпоредби.

Ръководството се препоръчва в помощ на студентите от специалността "Монтаж и експлоатация на газоснабдителни системи и оборудване" в аудиторни или извънаудиторни самостоятелна работаи преподавател по дисциплините "Основи на хидравликата, топлотехниката и аеродинамиката", "Хидравлика".

В края на помагалото има списък с въпроси за самостоятелна подготовка и списък с препоръчана за изучаване литература.

Изтегли:

Преглед:

Методическа разработка

по дисциплината "Основи на хидравликата, топлотехниката и аеродинамиката":

"Основни закони на хидравликата"

анотация

Методическото ръководство "Основни закони на хидравликата" е кратък теоретичен курс, който излага основните термини и разпоредби.

Ръководството се препоръчва да помогне на студентите от специалността "Монтаж и експлоатация на газоснабдителни системи и оборудване" в аудиторна или извънаудиторна самостоятелна работа и преподаватели по дисциплините "Основи на хидравликата, топлотехниката и аеродинамиката", "Хидравлика".

В края на помагалото има списък с въпроси за самостоятелна подготовка и списък с препоръчана за изучаване литература.

Въведение……………………………………………………………………….....4

1. Хидростатика, основни понятия…………………………………………...5
2. Основното уравнение на хидростатиката…………………………………………7
3. Видове хидростатично налягане ................................................. ...................... ........осем
4. Закон на Паскал, приложение на практика………………………………...9
5. Закон на Архимед. Плаващи тела………………………………..11
6. Хидростатичен парадокс……………………………………………..13
7. Хидродинамика, основни понятия………………………………………..14
8. Уравнението на непрекъснатостта (непрекъснатостта)………………………………16
9. Уравнението на Бернули за идеална течност …………………… ....... 17
10. Уравнение на Бернули за реален флуид………………………….20
11. Въпроси за самоподготовка на ученици………………..22

Заключение……………………………………………………………………...23

Използвана литература…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………….

Въведение

дадени Инструментариумобхваща разделите "Хидростатика" и "Хидродинамика" на дисциплината "Основи на хидравликата, топлотехниката и аеродинамиката". Ръководството очертава основните закони на хидравликата, обсъжда основните термини и разпоредби.

Материалът е представен в съответствие с изискванията учебна програмана тази дисциплина и учебно-методически комплекс по специалността "Монтаж и експлоатация на газоснабдителни системи и съоръжения".

Ръководството е теоретичен курс, може да се използва при изучаване на отделни теми учебна дисциплинакакто и за извънаудиторна самостоятелна работа.

Моля, имайте предвид, че последният етап от това методическо ръководство е списък с въпроси за самоподготовка на учениците по всички представени теми.

1. Хидростатика, основни понятия

Хидростатиката е раздел от хидравликата, който изучава законите на равновесието на течностите и тяхното взаимодействие с граничните повърхности.

Помислете за течност в състояние на абсолютно равновесие, т.е. в покой. Нека отделим някакъв безкрайно малък обем вътре в течносттаΔ V и разгледайте силите, действащи върху него отвън.

Има два вида външни сили - повърхностни и обемни (масови).

Повърхностни сили са силите, действащи директно върху външната повърхност на избрания обем течност. Те са пропорционални на площта на тази повърхност. Такива сили се дължат на влиянието на съседни обеми течност върху даден обем или влиянието на други тела.

Обемни (масови) силиса пропорционални на масата на избрания обем течност и действат върху всички частици в този обем. Примери за телесни сили са гравитацията, центробежната сила, инерционната сила и др.

За да характеризираме вътрешните сили, действащи върху избран обем течност, въвеждаме специален термин. За да направите това, помислете за произволен обем течност в равновесие под действието на външни сили.

Избираме много малка площ вътре в този обем течност. Силата, действаща върху тази област, е нормална (перпендикулярна) на нея, тогава съотношението:

представлява средното хидростатично налягане, възникващо на мястотоΔω . В противен случай може да се характеризира, че под действието на външни сили възниква напрегнато състояние на течността, характеризиращо се с възникване на хидростатично налягане.

За да се определи точната стойност на p в дадена точка, е необходимо да се определи границата на това отношение при. което ще определи истинското хидростатично налягане в дадена точка:

Размерът на [p] е равен на размерът на напрежението, т.е.

[r]= [Pa] или [kgf/m 2 ]

Свойства на хидростатичното налягане

На външната повърхност на течността хидростатичното налягане винаги е насочено по вътрешната норма и във всяка точка вътре в течността стойността му не зависи от ъгъла на наклона на платформата, върху която действа.

Нарича се повърхност, в която хидростатичното налягане е еднакво във всички точкиповърхност с равно налягане. Тези повърхности включватсвободна повърхност, т.е. границата между течност и газообразна среда.

Налягането се измерва с цел непрекъснато наблюдение и своевременно регулиране на всички технологични параметри. За всеки технологичен процес се разработва специална режимна карта. Има случаи, когато при неконтролирано повишаване на налягането многотонен барабан на енергиен котел отлетя като футболна топка на няколко десетки метра, унищожавайки всичко по пътя си. Намаляването на налягането не причинява увреждане, но води до:

• дефектни продукти;
• преразход на гориво.

1. Основно уравнение на хидростатиката

Фигура 1 - Демонстрация на основното уравнение на хидростатиката

За всяка точка от течност в състояние на равновесие (вижте фиг. 1), равенството

z+p/γ = z 0 +p 0 /γ = ... = H,

където p е налягането в дадена точка A (виж фиг.); стр 0 - натиск върху свободната повърхност на течността; p/γ и p 0 /γ е височината на стълбовете течност (със специфично тегло γ), съответстващи на наляганията в разглежданата точка и върху свободната повърхност; z и z 0 - координати на точка А и свободната повърхност на течността спрямо произволна хоризонтална равнина за сравнение (x0y);з - хидростатична глава. От горната формула следва:

p = p 0 +γ(z 0 -z) или p = p 0 +γ h

където h е дълбочината на потапяне на разглежданата точка. Горните изрази се наричатосновното уравнение на хидростатиката. Стойността γ h представляватегло на течната колонависочина h.

Заключение: хидростатично наляганестр в дадена точка е равно на сумата от налягането върху свободната повърхност на течността p 0 и налягането, създадено от течен стълб с височина, равна на дълбочината на потапяне на точката.

3. Видове хидростатично налягане

Хидростатичното налягане се измерва в системата SI - Pa. Освен това хидростатичното налягане се измерва в kgf / cm 2 , височината на течния стълб (в m воден стълб, mm Hg и т.н.) и във физическа (atm) и техническа (at) атмосфера.

абсолютен нарича налягането, създадено върху тялото от един газ, без да се вземат предвид други атмосферни газове. Измерва се в Pa (паскал). Абсолютното налягане е сумата от атмосферното и манометричното налягане.

барометричен(атмосферен) се отнася до натиска на гравитацията върху всички обекти в атмосферата. Нормалното атмосферно налягане се създава от 760 mm живачен стълб при температура 0°C.

вакуум наречена отрицателна разлика между измереното и атмосферното налягане.

Разлика между абсолютното налягане p и атмосферното налягане pа се нарича свръхналягане и се означава с pхижа:

p izb \u003d p - p a

или

R izb / γ \u003d (p - p a) / γ \u003d h p

h p в този случай се наричапиезометрична височина, което е мярка за свръхналягане.

На фиг. 2 а) показва затворен резервоар с течност, върху чиято повърхност налягането p 0 . Пиезометър, свързан към резервоараП (виж фигурата по-долу) определя свръхналягането в точкатаНО .

Абсолютното и манометричното налягане, изразени в атмосфери, се означават съответно ata и ati.

Вакуумно налягане или вакуум, - липса на налягане спрямо атмосферното (дефицит на налягане), т.е. разликата между атмосферното или барометричното и абсолютното налягане:

p wak \u003d p a - p

или

R wack /γ = (p a - p)/γ = h wak

където h vac - височината на вакуума, т.е. показанието на вакуумметъра AT свързан към резервоара, показан на фиг. 2 б). Вакуумът се изразява в същите единици като налягането, както и във фракции или проценти от атмосферата.

Фигура 2 a - Показания на пиезометър Фигура 2 b - Показания на вакуумметър

От последните два израза следва, че вакуумът може да варира от нула до атмосферно налягане; максимална h стойностлуд при нормално атмосферно налягане (760 mm Hg) е равно на 10,33 m вода. Изкуство.

4. Законът на Паскал, приложението му в практиката

Според основното уравнение на хидростатиката налягането върху повърхността на течността p 0 се предава до всички точки от обема на течността и във всички посоки еднакво. Ето каквоЗакон на Паскал.

Този закон е открит от френския учен Б. Паскал през 1653 г. Понякога се нарича основен закон на хидростатиката.

Законът на Паскал може да се обясни от гледна точка на молекулярната структура на материята. В твърдите тела молекулите образуват кристална решетка и вибрират около своите равновесни позиции. В течности и газове молекулите са относително свободни, те могат да се движат една спрямо друга. Именно тази функция ви позволява да прехвърляте налягането, произведено върху течност (или газ), не само в посоката на силата, но и във всички посоки.

Законът на Паскал намери широко приложение в съвременните технологии. Работата на съвременните суперпреси се основава на закона на Паскал, който позволява създаване на налягане от порядъка на 800 MPa. Също така, този закон се основава на работата на хидравлични системи за автоматизация, които управляват Космически кораби, реактивни самолети, машини с цифрово управление, багери, самосвали и др.

Законът на Паскал е неприложим в случай на движеща се течност (газ), както и в случай, когато течността (газ) се намира в гравитационно поле; например, известно е, че атмосферното и хидростатичното налягане намалява с височината.

Фигура 3 - Демонстрация на закона на Паскал

Помислете за най-известното устройство, което по принцип използва закона на Паскал. Това е хидравлична преса.

Основата на всяка хидравлична преса са комуникационни съдове под формата на два цилиндъра. Диаметърът на единия цилиндър е много по-малък от диаметъра на другия цилиндър. Цилиндрите са пълни с течност, например масло. Отгоре те са плътно затворени с бутала. Както се вижда от фиг. 4 по-долу, зона с едно бутало S 1 много пъти по-малка от площта на другото бутало S 2 .

Фигура 4 - Съобщаващи се съдове

Да предположим, че върху малко бутало е приложена сила F1 . Тази сила ще действа върху течността, разпределяйки се върху площта S1 . Налягането, упражнявано от малко бутало върху течност, може да се изчисли по формулата:

Съгласно закона на Паскал, това налягане ще се предаде непроменено до която и да е точка от течността. Това означава, че налягането, упражнявано върху голямото бутало p 2 ще бъде същото:

Това предполага:

По този начин , силата, действаща върху голямото бутало, ще бъде толкова пъти по-голяма от силата, приложена към малкото бутало, колкото е площта на голямото бутало повече площмалко бутало.

В резултат на това хидравличната машина ви позволява да получитепридобивам сила равно на съотношението на площта на по-голямото бутало към площта на по-малкото бутало.

5. Закон на Архимед. Плаващи тела

Върху тяло, потопено в течност, освен гравитацията, действа и подемна сила - силата на Архимед. Течността притиска всички страни на тялото, но налягането не е еднакво. В крайна сметка долната страна на тялото е потопена в течността повече от горната и налягането се увеличава с дълбочината. Това означава, че силата, действаща върху долната страна на тялото, ще бъде по-голяма от силата, действаща върху горната страна. Следователно възниква сила, която се опитва да изтласка тялото от течността.

Стойността на Архимедовата сила зависи от плътността на течността и обема на тази част от тялото, която е директно в течността. Силата на Архимед действа не само в течности, но и в газове.

Закон на Архимед : тяло, потопено в течност или газ, е подложено на подемна сила, равна на теглото на течността или газа в обема на тялото.

Силата на Архимед, действаща върху тяло, потопено в течност, може да се изчисли по формулата:

където ρ w е плътността на течността, Vпт е обемът на частта от тялото, потопена в течността.

Върху тяло, което се намира в течност, действат две сили: силата на гравитацията и силата на Архимед. Под въздействието на тези сили тялото може да се движи. Има три условия за плаващи тела (фиг. 5):

• ако гравитацията е по-голяма от Архимедовата сила, тялото ще потъне, ще потъне на дъното;
• ако силата на гравитацията е равна на силата на Архимед, тогава тялото може да бъде в равновесие във всяка точка на течността, тялото плува вътре в течността;
• ако силата на гравитацията е по-малка от Архимедовата сила, тялото ще плава, издигайки се.

Фигура 5 - Условия за плаващи тела

Принципът на Архимед се използва и за аеронавтиката. Първо Балонпрез 1783 г. братята Монголфие го създават. През 1852 г. французинът Жифар създава дирижабъл – управляван балон с въздушно руле и перка.

6. Хидростатичен парадокс

Ако една и съща течност се излее на една и съща височина в съдове с различна форма, но с една и съща площ на дъното, тогава въпреки различното тегло на излятата течност силата на натиск върху дъното е еднаква за всички съдове и е равна на теглото на течността в цилиндричния съд.

Това явление се наричахидростатичен парадокси се обяснява със свойството на течността да предава произведения върху нея натиск във всички посоки.

В съдове с различна форма (фиг. 6), но с еднаква площ на дъното и едно и също ниво на течността в тях, налягането на течността върху дъното ще бъде еднакво. Може да се изчисли:

P = p ⋅ S = g ⋅ ρ ⋅ h ⋅ S

S - долна зона

h е височината на колоната течност

Фигура 6 - Съдове с различни форми

Силата, с която течността притиска дъното на съда, не зависи от формата на съда и е равна на теглото на вертикалната колона, чиято основа е дъното на съда, а височината е височината на течната колона.

През 1618 г. Паскал изуми съвременниците си, като счупи варел само с чаша вода, налята в тънка висока тръба, поставена в цевта.

7. Хидродинамика, основни понятия

Хидродинамиката е раздел от хидравликата, който изучава законите на движение на течности под действието на приложени външни сили и тяхното взаимодействие с повърхности.

Състоянието на движеща се течност във всяка от нейните точки се характеризира не само с плътност и вискозитет, но и, най-важното, със скоростта на частиците на течността и хидродинамичното налягане.

Основният обект на изследване е флуидният поток, който се разбира като движение на течна маса, ограничена изцяло или частично от някаква повърхност. Ограничаващата повърхност може да бъде твърда (например речни брегове), течна (интерфейс между състоянията на агрегация) или газообразна.

Потокът на течността може да бъде постоянен и нестабилен. Стационарното движение е такова движение на течност, при което в дадена точка на канала налягането и скоростта не се променят с времето

υ = f(x, y, z) и p = f(x, y, z)

Движението, при което скоростта и налягането се променят не само от координатите на пространството, но и от времето, се нарича нестационарно или нестационарно υ \u003d f (x, y, z, t) и p \u003d f (x, y, z, t)

Пример за равномерно движение е изтичането на течност от съд с постоянно ниво, поддържано през конична тръба. Скоростта на течността в различните секции на тръбата ще варира, но във всяка от секциите тази скорост ще бъде постоянна, без да се променя във времето.

Ако при такъв експеримент нивото на течността в съда не се поддържа постоянно, тогава движението на течността по същата конична тръба ще има нестационарен (нестабилен) характер, тъй като скоростта в секциите на тръбата няма да бъде постоянна в време (то ще намалее с намаляване на нивото на течността в съда).

Правете разлика между натиск и ненатиск движение на течности. Ако стените напълно ограничават потока на течността, тогава движението на течността се нарича налягане (например движението на течността през напълно напълнени тръби). Ако ограничаването на потока от стените е частично (например движението на водата в реки, канали), тогава такова движение се нарича безнапорно.

Посоката на скоростите в потока се характеризира с поток.
Рационализирайте - въображаема крива, начертана вътре в потока на течността по такъв начин, че скоростите на всички частици, разположени върху нея в този моментвремето са допирателни към тази крива.

Фигура 7 - Текуща линия

Линията на ток се различава от траекторията по това, че последната отразява пътя на всяка една частица за определен период от време, докато линията на ток характеризира посоката на движение на набор от течни частици в даден момент. При стабилно движение линията на потока съвпада с траекториите на движение на частиците течност.

Ако в напречното сечение на флуидния поток да се избере елементарна област∆S и начертайте обтекателна линия през точките на контура му, тогава получавате т.нартокова тръба . Образува се течността вътре в текущата тръбаелементарна струйка. Флуидният поток може да се разглежда като съвкупност от всички движещи се елементарни струи.

Фигура 8 - Токова тръба

Жилищното сечение ω (m²) е площта на напречното сечение на потока, перпендикулярна на посоката на потока. Например живата част на тръбата е кръг.

Овлажнен периметър χ ("chi") - част от периметъра на жилищната част, ограничена от плътни стени (на фигурата е подчертана с удебелена линия).

Фигура 9 - Жилищна секция

Радиус на хидравличния поток R - отношението на откритата площ към мокрия периметър

Дебитът Q е обемът течност V, протичаща за единица време t през отворената площ ω.

Средната скорост на потока υ е скоростта на течността, определена от съотношението на дебита на течността Q към откритата площ ω

Тъй като скоростта на движение на различни частици от течност се различава една от друга, следователно скоростта на движение е осреднена. В кръгла тръба, например, скоростта по оста на тръбата е максимална, докато по стените на тръбата е равна на нула.

1. Уравнение на непрекъснатост (непрекъснатост).

Уравнението на непрекъснатостта на потоците следва от закона за запазване на материята и постоянството на скоростта на потока на течността през целия поток. Представете си тръба с променливо свободно напречно сечение.

Фигура 10 - Демонстрация на уравнението за непрекъснатост на струята

Потокът на течността през тръбата във всяка от нейните секции е постоянен, т.к законът за запазване на енергията е изпълнен. Приемаме също, че течността е несвиваема. Така че Q 1 = Q 2 = const, откъдето

ω 1 υ 1 = ω 2 υ 2

Или друг начин да напишете това уравнение е:

Тези. средни скорости v1 и v2 са обратно пропорционални на съответните площи на жилищните секции w 1 и w 2 поток на течност.

И така, уравнението за непрекъснатост изразява постоянството на обемния поток Q и условието за непрекъснатост на флуидната струя по дължината на постоянния флуиден поток.

9. Уравнение на Бернули за идеална течност

Уравнението на Даниил Бернули, получено през 1738 г., показва връзката между налягането p, средната скорост υ и пиезометричната височина z в различни секции на потока и изразява закона за запазване на енергията на движеща се течност.

Помислете за тръбопровод с променлив диаметър, разположен в пространството под ъгъл β (виж фиг. 10)

Фигура 11 - Демонстрация на уравнението на Бернули за идеална течност

Нека произволно изберем два участъка от разглеждания участък на тръбопровода: участък 1-1 и участък 2-2. Нагоре по тръбопровода от първата секция към втората се движи течност с дебит Q.

За измерване на налягането на течност се използват пиезометри - тънкостенни стъклени тръби, в които течността се издига на височина. Във всяка секция са монтирани пиезометри, в които нивото на течността се повишава на различна височина.

В допълнение към пиезометрите във всяка секция 1-1 и 2-2 е монтирана тръба, чийто огънат край е насочен към потока на течността, който се нарича тръба на Пито. Течността в тръбите на Пито също се издига до различни нива, ако се брои от пиезометричната линия.

Пиезометричната линия може да бъде конструирана по следния начин. Ако поставим няколко еднакви пиезометъра между секции 1-1 и 2-2 и начертаем крива през показанията на нивата на течността в тях, ще получим прекъсната линия (показана на фигурата).

Но височината на нивата в тръбите на Пито спрямо произволна хоризонтална линия 0-0 (референтната равнина на координатите), наречена равнина на сравнение, ще бъде същата.

Ако се прекара линия през показанията на нивата на течността в тръбите на Пито, тогава тя ще бъде хоризонтална и ще отразява нивото на общата енергия на тръбопровода.

За две произволни сечения 1-1 и 2-2 на потока на идеална течност уравнението на Бернули има следния вид:

Тъй като раздели 1-1 и 2-2 са взети произволно, полученото уравнение може да бъде пренаписано по различен начин:

Формулировката на уравнението е следната:

Сумата от трите члена на уравнението на Бернули за всеки участък от потока на идеална течност е постоянна стойност.

От енергийна гледна точка всеки член в уравнението представлява определени видове енергия:

z1 и z2 - специфични позиционни енергии, характеризиращи потенциалната енергия в участъци 1-1 и 2-2;- специфични енергии на налягането, характеризиращи потенциалната енергия на налягането в същите сечения;- специфични кинетични енергии в същите сечения.

Оказва се, че общата специфична енергия на идеална течност във всяко сечение е постоянна.

Съществува и формулировка на уравнението на Бернули от геометрична гледна точка. Всеки член на уравнението има линеен размер. z 1 и z 2 - геометрични височини на сечения 1-1 и 2-2 над равнината за сравнение;- пиезометрични височини;- скоростни височини в посочените участъци.

В този случай уравнението на Бернули може да се чете по следния начин: сумата от геометричните, пиезометричните и скоростните височини за идеална течност е константа.

10. Уравнение на Бернули за реална течност

Уравнението на Бернули за потока на реална течност е различно от уравнението на Бернули за идеална течност.

Когато се движи истинска вискозна течност, възникват сили на триене, например поради факта, че повърхността на тръбопровода има определена грапавост, за преодоляване на която течността изразходва енергия. В резултат на това общата специфична енергия на течността в секция 1-1 ще бъде по-голяма от общата специфична енергия в секция 2-2 със стойността на загубената енергия.

Фигура 12 - Демонстрация на уравнението на Бернули за реална течност

Означават се загубена енергия (загубена глава).има линеен размер.

Уравнението на Бернули за реална течност ще изглежда така:

Докато течността се движи от секция 1-1 към секция 2-2, загубената глава се увеличава през цялото време (загубената глава е маркирана с вертикално засенчване).

По този начин нивото на първоначалната енергия, която течността има в първата секция, за втората секция ще бъде сумата от четири компонента: геометрична височина, пиезометрична височина, височина на скоростта и загубен напор между секции 1-1 и 2-2.

Освен това в уравнението се появяват още два коефициента α 1 и α 2 , които се наричат ​​коефициенти на Кориолис и зависят от режима на флуида (α = 2 за ламинарен режим, α = 1 за турбулентен режим).

Загубена височинасе състои от загуба на напор по дължината на тръбопровода, причинена от силата на триене между слоевете на течността, и загубите, причинени от местни съпротивления (промени в конфигурацията на потока, например шибър, завъртане на тръба)

H дължини + h места

С помощта на уравнението на Бернули се решават повечето проблеми на практическата хидравлика. За да направите това, изберете два участъка по дължината на потока, така че за единия от тях да са известни стойностите на p, ρ, а за другия участък една или стойностите да са Бъди решителен. С две неизвестни за второто сечение се използва уравнението за постоянство на флуидния поток υ 1 ω 1 = υ 2 ω 2 .

11. Въпроси за самоподготовка на учениците

1. Какви сили карат тялото да плава във вода? Обяснете условията, при които тялото започва да потъва.
2. Каква според вас е разликата между идеалната течност и истинската? Съществува ли в природата идеална течност?
3. Какви видове хидростатично налягане познавате?
4. Ако определим хидростатичното налягане в точка от течността на дълбочинач , тогава какви сили ще действат върху тази точка? Назовете и обяснете отговора си.
5. Какъв физичен закон е в основата на уравнението за непрекъснатост и уравнението на Бернули? Обяснете отговора.
6. Назовете и опишете накратко устройствата, чийто принцип се основава на закона на Паскал.
7. Кое е физическото явление, наречено хидростатичен парадокс?
8. Коефициент на Кориолис, среден дебит, налягане, загуба на напор по дължината на тръбопровода .... Обяснете кое уравнение свързва всички тези количества и какво все още не е посочено в този списък.
9. Назовете формулата, свързваща специфичното тегло и плътността.
10. Уравнението за непрекъснатост на течната струя играе доста важна роля в хидравликата. За какъв вид течност е вярно? Обяснете отговора си.
11. Назовете имената на всички учени, посочени в това методическо ръководство, и обяснете накратко техните открития.
12. Съществуват ли в заобикалящия ни свят идеален флуид, струя, вакуум? Обяснете отговора си.
13. Назовете уредите за измерване различни видовеналягане по схемата: "Вид налягане ... .. - устройство ... ..".
14. Дайте примери от Ежедневиетовидове движение на течности под налягане и без налягане, стационарни и нестабилни.
15. За какви цели се използват в практиката пиезометри, барометри и тръби на Пито?
16. Какво се случва, ако при измерване на налягането се установи, че то е много по-високо от нормативните стойности? Ами ако е по-малко? Обяснете отговора си.
17. Каква е разликата между обектите на изучаване на разделите "хидростатика" и "хидродинамика"?
18. Обяснете геометричния и енергийния смисъл на уравнението на Бернули?
19. Овлажнен периметър, чист участък... Продължете този списък и обяснете какво характеризират изброените термини.
20. Избройте какви закони на хидравликата научихте от това методическо ръководство и какво физическо значение носят те?

Заключение

Надявам се, че това ръководство ще помогне на учениците да разберат по-добре учебен материалдисциплините "Хидравлика", "Основи на хидравликата, топлотехниката и аеродинамиката" и най-важното - да добиете представа за най-"ярките" моменти от изучаваната дисциплина, т.е. за основните закони на хидравликата. Работата на много устройства, които използваме на работа и в ежедневието, се основава на тези закони, често без дори да го осъзнаваме.

С уважение, Маркова Н.В.

Библиография

1. Брюханов O.N. Основи на хидравликата и топлотехниката: Учебник за студенти. инст. ср. проф. образование / Брюханов О. Н., Мелик-Аракелян А. Т., Коробко В. И. - М.: ITs Academy, 2008. - 240 с.
2. Брюханов O.N. Основи на хидравликата, топлотехниката и аеродинамиката: Учебник за студенти. инст. ср. проф. образование / Брюханов О.Н., Мелик-Аракелян А.Т., Коробко В.И. - М.: Инфра-М, 2014, 253 с.
3. Гусев А. А. Основи на хидравликата: Учебник за студенти. инст. ср. проф. образование / А. А. Гусев. - М .: Издателство Юрайт, 2016. - 285 с.
4. Ухин Б.В. Хидравлика: Учебник за студенти. инст. ср. проф. образование / Ухин Б.В., Гусев А.А. - М.: Infra-M, 2013, 432 с.

Теоретичните основи на хладилните инсталации и машинните процеси, както и концепциите за климатизация се основават главно на две фундаментални науки: термодинамика и хидравлика.

Определение 1

Термодинамиката е наука, която изучава моделите на трансформация на вътрешната енергия в различни химични, физични и други процеси, разглеждани от учените на макро ниво.

Термодинамичните разпоредби се основават на първия и втория закон на термодинамиката, които са формулирани за първи път в началото на 19 век и се превръщат в развитие на основите на механичната хипотеза за топлината, както и на закона за трансформация и запазване на енергията, формулирана от големия руски изследовател М.В. Ломоносов.

Основното направление на термодинамиката е техническата термодинамика, която изучава процесите на взаимно превръщане на топлината в работа и условията, при които тези явления протичат най-ефективно.

Определение 2

Хидравликата е наука, която изучава законите на равновесието и движението на течности, както и разработване на методи за използването им за решаване на сложни инженерни проблеми.

Принципите на хидравликата често се използват при решаването на много въпроси, свързани с проектирането, проектирането, експлоатацията и изграждането на различни хидравлични тръбопроводи, конструкции и машини.

Изключителният основател на хидравликата е древногръцкият мислител Архимед, който пише научна работа„На плаващи тела“. Хидравликата като наука възниква много по-рано от термодинамиката, която е пряко свързана със социалната интелектуална дейност на човека.

Развитие на хидравликата и термодинамиката

Фигура 1. Хидравлично измерване на потока. Author24 - онлайн обмен на студентски работи

Хидравликата е сложна теоретична дисциплина, която внимателно изучава въпроси, свързани с механичното движение на различни флуиди в природни и създадени от човека условия. Тъй като всички елементи се разглеждат като неделими и непрекъснати физически тела, хидравликата може да се счита за един от разделите на механиката на континуума, към който е обичайно да се включва специално вещество - течност.

Още в древен Китай и Египет хората са знаели как да строят язовири и водни мелници по реките, напоителни системив огромни оризови полета, в които са използвани мощни машини за повдигане на вода. Рим, шест века пр.н.е. д. е изграден водопровод, което говори за свръхвисоката техническа култура от онова време. Първият трактат за хидравликата трябва да се счита за учението на Архимед, който пръв изобретил машина за повдигане на вода, която по-късно беше наречена „Архимедов винт“. Именно това устройство е прототипът на съвременните хидравлични помпи.

Първите пневматични концепции възникват много по-късно от хидравличните. Едва през XVIII век. н. д. в Германия е въведена машина за "движение на газ и въздух". С развитието на технологиите хидравличните системи бяха модернизирани и обхватът на тяхното практическо приложение бързо се разшири.

В развитието на термодинамиката през 19 век учените разграничават три основни периода, всеки от които има свои отличителни свойства:

• първият се характеризира с формирането на първия и втория термодинамичен принцип;
• вторият период продължава до средата на 19 век и се отличава с научните трудове на изключителни европейски физици като англичанина Дж. Джаул, немския изследовател Готлиб и У. Томсън;
• Третото поколение термодинамика се открива от известния австрийски учен и член на Петербургската академия на науките Лудвиг Болцман, който чрез множество експерименти установява връзката между механичните и топлинните форми на движение.

Освен това развитието на термодинамиката не спря, а напредна с ускорени темпове. Така американецът Гибс развива химическата термодинамика през 1897 г., тоест прави физикохимията абсолютно дедуктивна наука.

Основни понятия и методи на две научни направления

Фигура 2. Хидравлично съпротивление. Author24 - онлайн обмен на студентски работи

Забележка 1

Предмет на изследване в хидравликата са основните закони на равновесието и хаотичното движение на флуидите, както и методите за активиране на хидравличните системи за водоснабдяване и напояване.

Всички тези постулати са били известни на човека много преди нашата ера. Терминът "течност" в механиката на течностите има по-широко значение, отколкото обикновено се смята в термодинамиката. Понятието "течност" включва абсолютно всички физически тела, които могат да променят формата си под въздействието на произволно малки сили.

Следователно това определение означава не само обикновени (капкови) течности, както в термодинамиката, но и газове. Въпреки разликата в изучаваните клонове на физиката, законите на движение на падащи газове и течности при определени условия могат да се считат за еднакви. Основното от тези условия е индикаторът за скорост в сравнение със същия звуков параметър.

Хидравликата изучава предимно потока на течности в различни канали, тоест потоци, ограничени от плътни стени. Понятието "канал" включва всички устройства, които ограничават самия поток, включително поточните части на помпи, тръбопроводи, пролуки и други елементи на хидравличните концепции. Така в хидравликата се изучават предимно вътрешни течения, а в термодинамиката външните.

Забележка 2

Предмет на термодинамичен анализ е система, която може да бъде отделена от околната среда чрез някаква контролна повърхност.

Методът на изследване в термодинамиката е макроскопичен метод.

За точно характеризиране на макроструктурните свойства на системата се използват стойностите на макроскопичната концепция:

• природа:
• температура;
• налягане;
• специфичен обем.

Особеността на термодинамичния метод се състои в това, че в основата му е единственият основен закон на природата - законът за преобразуване и запазване на енергията. Това означава, че всички ключови връзки, които формират основата на математическия апарат, се извличат само от тази разпоредба.

Основи на хидравликата и термодинамиката

Когато изучавате основите на хидравликата и термодинамиката, е необходимо да разчитате на представянията на тези раздели на физиката, които ще помогнат за по-доброто овладяване и разбиране на принципа на функционалността на хидравличните машини.

Всички физически тела са изградени от атоми, които са в постоянно движение. Такива елементи се привличат на сравнително кратко разстояние и се отблъскват на сравнително близко. В центъра на най-малката частица е положително заредено ядро, около което произволно се движат електрони, образувайки електронни обвивки.

Определение 3

Физическата величина е количествено описание на свойствата на материално тяло, което има своя собствена мерна единица.

Преди почти век и половина немският физик К. Гаус доказа, че ако изберете независими мерни единици за няколко параметъра, тогава въз основа на тях чрез физически закони е възможно да се установят единици от количества, включени в абсолютно всяка раздел на физиката.

Единицата за скорост в хидравликата е производна единица на понятието, получена от системните единици метър и секунда. Разглежданите физични величини (ускорение, скорост, тегло) се определят в термодинамиката с помощта на основните мерни единици и имат размерност. Въпреки наличието на молекулярни сили, водните молекули винаги са в постоянно движение. Колкото по-висока е температурата на течността, толкова по-бързо се движат нейните съставни части.

Нека се спрем по-подробно на някои физични свойства на течности и газове. Течностите и газовете в хидравличната система могат лесно да се деформират, като запазват първоначалния си обем. В една термодинамична система нещата изглеждат съвсем различно. За такава деформация в термодинамиката не е необходимо да се извършва механична работа. Това означава, че елементите, работещи в определена концепция, слабо се съпротивляват на вероятна промяна.

МИНИСТЕРСТВО НА ЗЕМЕДЕЛИЕТО И ХРАНИТЕ НА РЕПУБЛИКА БЕЛАРУС

EE "ГОРОДОКСКИ ДЪРЖАВЕН АГРАРЕН И ТЕХНИЧЕСКИ КОЛЕЖ"

ОСНОВИ НА ТОПЛОТЕХНИКАТА И ХИДРАВЛИКАТА

ученически наръчник кореспондентски отдел

във въпроси и отговори

частаз

град

„Прегледано“

на заседание на методическата комисия

общопрофесионални дисциплини

Протокол № ____ от ________________

Председател: ________

Ръководството е предназначено за студенти от кореспондентския отдел по специалности 2-74 06 01 "Техническа поддръжка на селскостопански производствени процеси" и 2-74 06 31 "Енергийна поддръжка на селскостопанско производство" за самоподготовкадисциплина "Основи на топлотехниката и хидравликата".

Въведение. 5

Горивно-енергиен комплекс на Република Беларус. 6

Работно тяло и неговите параметри.. 11

Основни газови закони.. 12

Основни уравнения на термодинамиката. четиринадесет

газови смеси. Законът на Далтон. 16

Топлинна мощност: нейните видове, изчисляване на потреблението на топлина за отопление. осемнадесет

Топлинна мощност при процеси при постоянно налягане и при постоянен обем 19

Първият закон на термодинамиката и неговият аналитичен израз. 21

Концепцията за термодинамичен процес, техните видове.. 22

изохорен процес. Неговата графика в - координати и основни уравнения 23

изобарен процес. Неговият график в - координати и основни уравнения 24

изотермичен процес. Неговият график в - координати и основни уравнения 26

адиабатен процес. Неговият график в - координати и основни уравнения 28

кръгов процес. Неговият график и ефективност.. 30

Цикълът на Карно и неговата ефективност.. 31

Водна пара. Основни определения. 33

Процесът на изпаряване в - координати. 35

Идеалният цикъл на парна електроцентрала и нейната ефективност.. 37

C. Тяхната класификация. 40

Идеални цикли за D.V.S. Тяхната ефективност.. 42

Реални ICE цикли, определяне на мощността. 45

Топлинен баланс и специфичен разход на гориво при двигатели с вътрешно горене.. 48

Работна схема и индикаторна схема на едностъпален компресор 49

Индикаторна диаграма на виртуален компресор. 51

Многостъпални бутални компресори.. 53

Концепцията за работата на центробежни, аксиални и ротационни компресори 56

Методи за пренос на топлина. 58

Пренос на топлина чрез топлопроводимост през еднослойна плоска стена 60

Топлопроводимост през многослойна стена. 62

Топлопроводимост през цилиндрични стени. 64

конвективен пренос на топлина. 66

Пренос на топлина чрез лъчение.. 67

Топлообменници. Техните видове.. 70

Основи на изчисляване на топлообменници. 72

Сложен топлопренос през плоска стена. 75

Пренос на топлина през цилиндрична стена. 78

Въведение

Дисциплината "Основи на топлотехниката и хидравликата" предвижда изучаване от студентите на основите на термодинамиката и хидравликата, принципите на работа на котли и сушилни, двигатели с вътрешно горене, компресори, хладилни машини, слънчева бойлерии помпи. Основният енергиен проблем, пред който е изправена науката, е подобряването на техническите и икономическите показатели на топлинната техника и енергийното оборудване, което несъмнено ще доведе до намаляване на разхода на гориво и повишаване на ефективността.

Топлоенергетика е основната индустрия и селско стопанство, която се занимава с преобразуване на природни топлинни ресурси в топлинна, механична и електрическа енергия. Неразделна част топлоенергетикае техническа термодинамика, който се занимава с изучаване на физични явления, свързани с превръщането на топлината в работа. Въз основа на законите на термодинамиката се правят изчисления за топлинни двигатели, топлообменници. Определят се условията за най-голяма ефективност на електроцентралите. Голям принос за развитието на топлотехниката имат онези, които създадоха класическите трудове по термодинамика.

Систематизира законите на конвективния и лъчистия топлообмен.

Те поставиха основите за проектиране и конструиране на парни котли и двигатели.

Познаването на законите на техническата термодинамика и способността да се прилагат на практика позволяват да се подобри работата на топлинните двигатели и да се намали разходът на гориво, което е много важно в момента, когато цените на въглеводородните суровини се увеличават и обемите на потребление се увеличават.

Въпрос 1

Горивно-енергиен комплекс на Република Беларус

Най-високият приоритет на енергийната политика на Република Беларус, наред с устойчивото осигуряване на страната с енергоносители, е създаването на условия за функциониране и развитие на икономиката с най-ефективно използване на горивните и енергийните ресурси.

Собствените запаси от горивни и енергийни ресурси в Република Беларус са недостатъчни и възлизат на около 15-20% от потребяваното количество. В достатъчни количества има торф и дърво, кафяви въглища, шистите са доста нискокалорични.

Нефтът се произвежда в Република Беларус около 2 милиона тона годишно. Газ около 320-330 хиляди тона условно гориво Останалите енергоносители се закупуват в чужбина, основно от Русия.

Сериозно поскъпнаха енергоносителите. Значи за 1000 м3 газ 115u. д, масло - за един тон 230 у.е. д. За една година Беларус купува около 22 милиарда природен газ и около 18 милиона петрол. За да не зависи енергийната сигурност на страната от един доставчик, се водят преговори с Азербайджан, Близкия изток и Венецуела, които в бъдеще ще продават въглеводородни суровини под формата на нефт.

В момента правителството и комисията по енергоспестяване поставят голям акцент върху използването на местни горива и до 2010 г. трябва да намалят потреблението на закупени енергийни ресурси с 20-25%.

Торф.

В републиката са проучени над 9000 находища на торф с обща площв границите на промишлената дълбочина на находището от 2,54 милиона хектара и първоначалните запаси от торф 5,65 милиарда тона Към днешна дата останалите геоложки запаси се оценяват на 4,3 милиарда тона, което е 75% от оригинала.

Основните запаси от торф са в използваните находища селско стопанство(1,7 милиарда тона и 39% от останалите запаси) или класифицирани като обекти на околната среда (1,6 милиарда тона или 37%).

Торфените ресурси, включени в разработения фонд, се оценяват на 260 милиона тона, което е 6% от останалите запаси. Извличаемите запаси по време на разработването на находищата се оценяват на 110-140 милиона тона.

Горящи шисти.

Прогнозираните запаси от нефтени шисти (Lubanskoye и Turovskoye находища) се оценяват на 11 милиарда тона, промишлени - 3 милиарда тона. T.

Най-проученото е Туровското находище, в рамките на което преди това е проучено първото минно поле с резерви от 475-697 милиона тона, 1 милион тона такива шисти е еквивалентен на около 220 хиляди тона. тук. Калоричност - 1000-1500 kcal / kg, съдържание на пепел -75%, добив на смола 6 - 9,2%, съдържание на сяра 2,6%

По качествени показатели белоруските шисти не са ефективно гориво поради високото пепелно съдържание и ниската калоричност. Те изискват предварителна термична обработка с отделяне на течни и газообразни горива. Като се вземе предвид факта, че цената на получените продукти е по-висока от световните цени и петрол, както и като се вземат предвид екологичните щети поради появата на огромни депа за пепел и съдържанието на канцерогенни вещества в пепелта. Добивът на шисти и прогнозният период е неподходящ.

Кафяви въглища.

Общите запаси от кафяви въглища са 151,6 милиона тона

Подробно са проучени и подготвени за промишлено разработване две находища на Житковичското поле: Северная (23,5 милиона тона) и Найдинская (23,1 милиона тона), две други находища (Южно - 13,8 милиона тона и Колменская - 8,6 милиона тона). ) проучени предварително.

Използването на кафяви въглища е възможно в комбинация с торф във формата брикети.

Прогнозната стойност на запасите от въглища се оценява на 2 тона еквивалентно гориво. през годината.

Дърва за горене.

Като цяло в републиката годишният обем на централизираното снабдяване с дърва за огрев и отпадъци от дъскорезници е около 0,94 - 1,00 милиона тона еквивалент на гориво. м. Част от дървата за огрев се доставят на населението чрез самонабавяне, чийто обем се оценява на ниво

0,3-0,4 милиона тона еквивалентно гориво

Максималният капацитет на републиката за използване на дърва за огрев като гориво може да се определи въз основа на естествения годишен прираст на дървесина, който се оценява приблизително на 25 милиона кубични метра. м или 6,6 млн. тона годишно (ако изгорите всичко, което расте), включително в замърсени райони. Гомелска област- 20 хиляди кубически метра. m или 5,3 хиляди tce За да се използва дървесината от тези райони като гориво, е необходимо да се разработят и внедрят технологии и оборудване за газификация. Предвид факта, че до 2015 г. се планира удвояване дърводобивза производство на топлинна енергия прогнозният годишен обем на дървесното гориво до 2010 г. може да нарасне до 1,8 млн. тона у.т.

Възобновяеми енергийни източници.

Потенциалният капацитет на всички водни течения в Беларус е 850 MW, включително технически наличен капацитет - 520 MW и икономически жизнеспособен - 250 MW. Благодарение на водните ресурси до 2010 г. е възможно да се генерират 40 милиона kWh и съответно да се изместят 16 хиляди тона еквивалентно гориво.

На територията на Република Беларус са определени 1840 места за разполагане на вятърни турбини с теоретичен потенциал от 1600 MW и годишно производство на електроенергия от 16 хиляди тона еквивалентно гориво.

Но в периода до 2015 г. технически възможното и икономически целесъобразно използване на вятърния потенциал няма да надвишава 5% от инсталираната мощност e и ще възлиза на 720-840 милиона kWh.

Световни запаси от енергоносители.