Методические указания по выполнению практических работ ОП.06 Основы гидравлики теплотехники и аэродинамики

УПРАВЛЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ ЛИПЕЦКОЙ ОБЛАСТИ
ГОБПОУ «ЛИПЕЦКИЙ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫЙ КОЛЛЕДЖ»
УД ОП.06 «Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики»
Методические указания по выполнению практических работ.
Специальность 08.02.08 «МОНТАЖ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ОБОРУДОВАНИЯ И СИСТЕМ ГАЗОСНАБЖЕНИЯ»
2016
Комплект методических указаний по выполнению практических работ учебной дисциплины «Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики» для специальности 08.02.08 «Монтаж и эксплуатация оборудования и систем газоснабжения».
Составитель:
Стурова Виктория Андреевна, преподаватель общепрофессиональных дисциплин и профессиональных модулей.
ОДОБРЕНО
Председатель цикловой комиссии «Инженерные сети»
Протокол №__от_________2016 г.
________Л.Н. Золотухина УТВЕРЖДАЮ
Заместитель директора
по учебной работе
_______Н.Н. Шульгина
Методические указания по проведению практических работ предназначены для студентов ГОБПОУ «Липецкий машиностроительный колледж» специальности 08.02.08 «Монтаж и эксплуатация оборудования и систем газоснабжения» для подготовки к практическим работам с целью освоения практических умений и навыков и профессиональных компетенций.
Методические указания по проведению практических работ составлены в соответствии с рабочей программой УД ОП.06 «Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики» для специальности 08.02.08 «Монтаж и эксплуатация оборудования и систем газоснабжения».
Введение
Методические указания по выполнению практических работ разработаны согласно рабочей программе учебной дисциплины ОП.06 «Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики» для специальности 08.02.08 «Монтаж и эксплуатация оборудования и систем газоснабжения» и требованиям к результатам обучения Федерального государственного образовательного стандарта среднего профессионального образования (далее – ФГОС СПО) по специальности 08.02.08 «Монтаж и эксплуатация оборудования и систем газоснабжения».
Практические работы направлены на овладение обучающимися соответствующих профессиональных компетенций (ПК):
ПК 1.1. Конструировать системы газораспределения и газопотребления.
ПК 1.2. Выполнять расчеты систем газораспределения и газопотребления.
ПК 3.1. Осуществлять контроль и диагностику параметров эксплуатационной пригодности систем газораспределения и газопотребления.
ПК 3.5. Осуществлять надзор и контроль за ремонтом и его качеством.
Методические указания по выполнению практических работ направлены на овладение обучающимися следующих результатов:
умения:
- определять параметры при гидравлическом расчете трубопроводов, воздуховодов;
- строить характеристики насосов и вентиляторов.
знания:
- режимов движения жидкости;
- гидравлического расчета простых трубопроводов;
- видов и характеристик насосов и вентиляторов;
- способов теплопередачи и теплообмена.
Практические работы следует проводить по мере прохождения студентами теоретического материала.
Работы рекомендуется производить в следующей последовательности:
- вводная беседа, во время которой кратко напоминаются теоретические вопросы по теме работы, разъясняется сущность, цель, методика выполнения работы;
- самостоятельное выполнение необходимых расчетов;
- обработка результатов расчетов, оформление документации, отчета;
- защита практической работы в форме устных ответов на контрольные вопросы.
Обязательная аудиторная нагрузка на практическую работу – 2 часа.
Нагрузка на внеаудиторную работу студентов (оформление отчета – написание выводов, подготовка к защите работы) – 1 час.
Методические указания к выполнению практической работы для студентов
К выполнению практической работы необходимо приготовиться до начала занятия, используя рекомендованную литературу и конспекты лекций.
Студенты обязаны иметь при себе линейку, карандаш, тетрадь для практических работ.
Отчеты по практическим работам должны включать в себя следующие пункты:
название практической работы и ее цель;
краткий порядок выполнения работы;
далее пишется «Ход работы» и выполняются этапы практической работы, согласно указанному в работе порядку.
При подготовке к сдаче практической работы, необходимо ответить на предложенные контрольные вопросы.
Если отчет по работе не сдан вовремя (до выполнения следующей работы) по неуважительной причине, оценка за работу снижается.
Система оценивания практической работы
При оценивании выполнения практической работы студентом учитывается следующие показатели:
- качество выполнения задания работы (выполнение работы в соответствии с заданием, правильность результатов работы);
- качество оформления отчета по работе (оформление отчета в соответствии с требованиями методических рекомендаций, правильность и четкость формулировки выводов по результатам работы);
- качество и глубина устных ответов на контрольные вопросы при защите работы.
Каждый показатель оценивается по 5-ти бальной шкале и выставляется средний балл по всем показателям.
Практическая работа №1
Тема: Определение физических свойств жидкости.
Цель: Научиться рассчитывать и определять основные физические свойства жидкости.
Методическое обеспечение:
Методические указания по выполнению работы.
Справочная литература по УД ОП 06 «Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики»
Порядок выполнения работы:
Повторить теоретические положения по теме практической работы.
Изучить пример оформления задания.
Ознакомиться с индивидуальным заданием.
Решить поставленные задачи.
Сделать выводы о проделанной работе.
Оформить отчет и ответить на контрольные вопросы.
Теоретическая часть
Жидкими телами или жидкостями называют физические тела, легко изменяющие свою форму под действием самой незначительной по величине силы. Можно сказать, что жидкость – это физическое тело, обладающее текучестью, имеющее определенный объем и заполняющая часть пространства (сосуда), равного ее объему.
Различают два вида жидкостей:
-жидкости капельные (малосжимаемые);
-жидкости газообразные (сжимаемые).
Плотность жидкости.
Важнейшими характеристиками механических свойств жидкости являются ее плотность и удельный вес. Они определяют "весомость" жидкости.
Плотность ρ характеризует распределение массы Δm жидкости по объему ΔW. Плотность однородной жидкости равна отношению массы m
жидкости к ее объему:
ρ =mW (1.1)
где m – масса жидкости, кг;
W – объем жидкости, м3.
Плотность ρ во всех точках однородной жидкости одинакова. В общем случае плотность может изменяться в объеме жидкости от точки к точке и в каждой точке объема с течением времени. За единицу плотности в системе СИ принят 1 кг/м3.
Вместо плотности в формулах может быть использован также удельный вес γ (Н/м3), то есть вес жидкости G, приходящийся на единицу объема W:
γ =GW=mgW= ρ∙g ( 1.2)
Плотность жидкостей и газов зависит от температуры и давления. Все жидкости, кроме воды, характеризуются уменьшением плотности с увеличением температуры. Плотность воды максимальна при t =4 ºС и уменьшается как с уменьшением, так и с увеличением температуры от этого значения. В этом проявляется одно из аномальных свойств воды.
Плотность воды при t =4º С составляет 1000 кг/м3;
морской воды - 1020 … 1030 кг/м3;
нефти и нефтепродуктов – 650 … 900 кг/м3;
чистой ртути - 13600 кг/м3;
воздуха при t =0º С и атмосферном давлении – 1,29 кг/м3.
При изменении давления плотность жидкости изменяется незначительно.
Сжимаемость. Это свойство жидкостей изменять объем при изменении давления; характеризуется коэффициентом объемного сжатия (коэффициентом сжимаемости) βр (Па-1); представляющим собой относительное изменение объема жидкости W при изменении давления на единицу:
βр= –1W∙∆W∆p, (1.3)
где W – первоначальный объем жидкости, м3;
∆W – относительное изменение объема жидкости при изменении давления на величину ∆р, м3.
Знак "—" в формуле (1.3) указывает на то, что при увеличении давления объем жидкости уменьшается.
Величина, обратная коэффициенту объемного сжатия – модуль объемной упругости жидкости Ео, Па:
Ео =1βр (1.4)
Физический смысл объемного модуля упругости: величина, обратная изменению объема одного кубического метра жидкости при изменении давления на одну единицу.
Объемный модуль упругости жидкости зависит от типа жидкости, давления и температуры. Однако в большинстве случаев Ео считают постоянной величиной, принимая за нее среднее значение в данном диапазоне температур и давлений.
Различают изотермический и адиабатический модуль упругости. Причем для расчетов обычно используют изотермический модуль упругости Ето, применяемый для анализа медленных процессов, при которых успевает завершиться теплообмен с окружающей средой. Для быстротечных процессов, при которых теплообмен не успевает завершиться, используют адиабатический модуль упругости Еао.
Температурное расширение. Это свойство жидкостей изменять объем при изменении температуры; характеризуется температурным коэффициентом объемного расширения βt (1/°С), представляющим собой относительное изменение объема жидкости при изменении температуры на единицу (1 ºС) и при постоянном давлении:
βt= 1W∙∆W∆t, (1.5)
где W – первоначальный объем жидкости, м3;
∆W – относительное изменение объема жидкости при повышении температуры на ∆t, м3.
Для воды с увеличением давления при температуре до 50 ºС коэффициент βt растет, а при температуре выше 50 ºС уменьшается.
Вязкость. Это свойство жидкости оказывать сопротивление относительному сдвигу ее слоев.
Вязкость проявляется в том, что при относительном перемещении слоев жидкости на поверхностях их соприкосновения возникают силы сопротивления сдвигу, называемые силами внутреннего трения или силами вязкости. Благодаря этим силам слой жидкости, движущийся медленнее, "тормозит" соседний слой, движущийся быстрее. Силы внутреннего трения проявляются вследствие наличия межмолекулярных связей между движущимися слоями.
Кинематическая вязкость ν – отношение динамической вязкости µ к плотности жидкости ρ и определяется формулой: 
ν = µρ (1.6)
где µ - динамическая вязкость, Па·с;
ρ - плотность жидкости, кг/м³.
В международной системе единиц (СИ), кинематическая вязкость измеряется в квадратных метрах на секунду. 
Пример решения задачи:
Вариант 30
Определите массу жидкости, если её занимаемый объем W, а плотность - ρ.
1301114762000Дано: Решение:
W =72 м3 Воспользуемся формулой (1.1) ρ =mW-8953530479900ρ = 940 кг/м3 В этой формуле нам известные две величины: объем и
m- ? плотность. Тогда наша задача сводится к тому, чтобы
выразить неизвестную величину и найти ее. Тогда:
m = W∙ρ = 72*940 = 67680 кг ≈ 68 т
Ответ: m≈ 68 т
Задания для практической работы
Основная часть:
№1. В отопительной системе (котел, радиаторы и трубопроводы) небольшого дома содержится объем воды W. Определите сколько воды дополнительно войдет в расширительный сосуд при нагревании с t1 до t2?
№2. Определите удельный объем и удельный вес жидкости, если известна ее плотность ρ, ускорение свободного падения g=9,81 м/с2.
№3. При гидравлическом испытании внутренних систем водоснабжения допускается падение испытательного давления на ∆р. Определите допустимую величину утечки ∆Wпри гидравлическом испытании системы вместимостью W.
№4. По условиям гидравлического испытания водопровода диаметром d и длиной lдавление должно быть поднято от атмосферного до p. Определите объем воды, который потребуется дополнительно подать в водопровод. Деформацией труб пренебречь.
№5. Определите изменение плотности воды при нагревании ее от t1до t2.
№6. Определите динамическую вязкость жидкости, если ее плотность ρ, а кинематическая вязкость ν.
Дополнительная часть:
№7. Используя справочную литературу нужно построить зависимость W-p сжимаемости различных жидкостей от давления (1- глицерин, 2- вода, 3 – масло, 4- силиконовая рабочая жидкость). Задание оформите в виде графика, выполненного в программном комплексе Microsoft Excel.
Варианты заданий:
№ п/п W, м3 t1, 0С t2, 0С ρ, кг/м3 p, МПа ∆p, кПа d, мм l, м υ, м2/с
1 вариант 72 13 73 850 3,3 54 100 1980 7,6
2 вариант 73 16 70 840 2,8 50 150 1740 7,7
3 вариант 79 18 86 800 2,6 60 200 850 10
4 вариант 89 18 89 990 3,3 40 100 930 9,9
5 вариант 76 10 88 810 3,7 50 150 2000 9,6
6 вариант 83 10 78 1000 2,9 57 200 1720 8,3
7 вариант 82 10 75 950 3,1 41 100 1040 9,2
8 вариант 88 15 76 1000 3 60 150 1580 7
9 вариант 86 11 87 970 2,1 42 200 1780 7,1
10 вариант 80 15 74 840 3,2 45 100 950 9,3
11 вариант 70 18 77 930 2,8 43 150 910 9,6
12 вариант 80 19 81 890 3,9 59 200 960 9,4
13 вариант 77 11 77 840 4 42 100 1980 9,1
14 вариант 83 16 76 900 2,2 53 150 1600 7
15 вариант 75 15 85 860 2,4 49 200 800 9,6
16 вариант 86 12 71 960 3,7 52 100 1320 7,9
17 вариант 70 13 82 880 2,7 54 150 1480 8
18 вариант 82 13 89 880 3 60 200 1330 8,4
19 вариант 71 18 90 870 3,7 40 100 1300 9,2
20 вариант 82 16 83 1000 3,8 44 150 1370 7,7
21 вариант 88 15 84 800 3,6 60 200 1640 9
22 вариант 73 13 87 1000 4 40 100 980 8,5
23 вариант 74 10 82 1000 2,9 45 150 1770 7,8
24 вариант 88 10 87 970 2 60 200 1010 9,9
25 вариант 88 14 87 900 4 50 100 1190 8,5
26 вариант 75 11 80 950 3,4 40 150 1430 8
27 вариант 79 15 81 1000 3,7 58 200 1070 7,7
28 вариант 90 20 88 900 2,9 59 100 1130 8,3
29 вариант 73 16 84 820 3,8 48 150 1250 8,4
30 вариант 72 18 70 940 3,7 59 200 1280 8,4
Отчёт о работе должен содержать название и цель работы, задание (номер варианта), правильно оформленные решения. По результатам работы необходимо сделать выводы.
Контрольные вопросы:
Сформулируйте определение жидкости.
Назовите основные физические свойства жидкости.
Сформулируйте физический смысл вязкости?
Назовите физический смысл объемного модуля упругости?
Назовите виды вязкости жидкости?
Определите, как изменяется коэффициент βt с увеличением давления?
Назовите, в чем измеряются основные физические свойства жидкости?
Список литературы
А.В. Лепешкин, А.А. Михайлин Гидравлические и пневматичексие системы. – М.: Издательский центр «Академия», 2014.
О.Н.Брюханов, В.А.Жила Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики. - М.: Инфра-М, 2010.
Калицун В. И. Гидравлика, водоснабжение и канализация – М.: Стройиздат, 2000.
В.И.Калицун, Е.В.Дроздов, А.С.Комаров, К.И.Чижик Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики. – М.: Стройиздат, 2005
Интернет-ресурсы:
http://firing-hydra.ru/index.php?request=list_category&id=70http://firing-hydra.ru/index.php?request=kontrolnie&id=757Практическая работа №2
Тема: Определение давления рабочей жидкости
Цель: Ознакомиться с методами определения давления рабочей жидкости. Научиться определять давление жидкости в зависимости от заданных условий.
Методическое обеспечение:
Методические указания по выполнению работы.
Справочная литература по УД ОП 06 «Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики»
Порядок выполнения работы:
Повторите теоретические положения по теме практической работы.
Изучите пример оформления задания.
Ознакомитесь с индивидуальным заданием.
Решите поставленные задачи.
Сделайте выводы о проделанной работе.
Оформите отчет и ответьте на контрольные вопросы.
Теоретическая часть
Гидростатикой называется раздел гидравлики, в котором рассматриваются законы равновесия жидкости и их практическое применение.
В покоящейся жидкости всегда присутствует сила давления, которая называется гидростатическим давлением. Жидкость оказывает силовое воздействие на дно и стенки сосуда. Частицы жидкости, расположенные в верхних слоях водоема, испытывают меньшие силы сжатия, чем частицы жидкости, находящиеся у дна.
Гидростатическое давление обладает свойствами.
Свойство 1. В любой точке жидкости гидростатическое давление перпендикулярно площадке касательной к выделенному объему и действует внутрь рассматриваемого объема жидкости.
Свойство 2. Гидростатическое давление неизменно во всех направлениях.
Свойство 3. Гидростатическое давление в точке зависит от ее координат в пространстве.Основное уравнение гидростатикиРассмотрим распространенный случай равновесия жидкости, когда на нее действует только одна массовая сила - сила тяжести, и получим уравнение, позволяющее находить гидростатическое давление в любой точке рассматриваемого объема жидкости. Это уравнение называется основным уравнением гидростатики.
Пусть жидкость содержится в сосуде (рис.2.1) и на ее свободную поверхность действует давление P0 . Найдем гидростатическое давление P в произвольно взятой точке М, расположенной на глубине h. Выделим около точки М элементарную горизонтальную площадку dS и построим на ней вертикальный цилиндрический объем жидкости высотой h. Рассмотрим условие равновесия указанного объема жидкости, выделенного из общей массы жидкости. Давление жидкости на нижнее основание цилиндра теперь будет внешним и направлено по нормали внутрь объема, т.е. вверх.
Рисунок 2.1 - Схема для вывода основного уравнения гидростатики
Запишем сумму сил, действующих на рассматриваемый объем в проекции на вертикальную ось:
PdS - P0 dS - ρ∙g∙hdS = 0 (2.1)
Последний член уравнения представляет собой вес жидкости, заключенный в рассматриваемом вертикальном цилиндре объемом hdS. Силы давления по боковой поверхности цилиндра в уравнение не входят, т.к. они перпендикулярны к этой поверхности и их проекции на вертикальную ось равны нулю. Сократив выражение на dS и перегруппировав члены, найдем
P = P0 + ρ∙g∙h = P0 + h∙γ (2.2)
где р0 – давление, действующеена свободную поверхность жидкости, Па;
ρ– плотность жидкости, кг/м3;
g– ускорение свободного падения, g = 9,81м/с2;
h– высота столба жидкости, м;
γ – удельный вес Н/м3.
Полученное уравнение называют основным уравнением гидростатики. По нему можно посчитать давление в любой точке покоящейся жидкости. Это давление, как видно из уравнения, складывается из двух величин: давления P0 на внешней поверхности жидкости и давления, обусловленного весом вышележащих слоев жидкости.
Из основного уравнения гидростатики видно, что какую бы точку в объеме всего сосуда мы не взяли, на нее всегда будет действовать давление, приложенное к внешней поверхности P0. Другими словами давление, приложенное к внешней поверхности жидкости, передается всем точкам этой жидкости по всем направлениям одинаково. Это положение известно под названием закона Паскаля.
Абсолютное давление складывается из двух других: избыточного и внешнего (атмосферного):
p = pизб +pвн (2.3)
где pизб – избыточное давление в резервуаре, Па;
pвн – внешнее (атмосферное) давление в резервуаре, Па.
Избыточное давление определяется, как произведение удельного веса на высоту столба жидкости:
p изб=h∙γ = ρ∙g∙h (2.4)
где γ – удельный вес, Н/м3;
ρ– плотность жидкости, кг/м3;
g– ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2;
h– высота столба жидкости, м.
Закон Архимеда.
Тело, погруженное (полностью или частично) в жидкость, испытывает со стороны жидкости суммарное давление, направленное снизу вверх и равное весу жидкости в объеме погруженной части тела.
Pвыт = ρж∙g∙Vпогр (2.5)
где Vпогр – объем погруженного в жидкость тела, м3;
ρж – плотность жидкости, кг/м3;
g– ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2.
Пример решения задачи:
Вариант 30
К всасывающей стороне цилиндра присоединен водяной вакууметр с показанием h. Определите разрежение под поршнем.
1301114444500Дано: Решение:
-8953526796900h =95 м В данной задачи нам нужно найти разрежение под
рраз- ? поршнем, по-другому его можно назвать избыточным
давлением, которое найдем по формуле (2.4) p изб=ρ∙g∙h Жидкость, находящаяся в цилиндре это вода, тогда
419608020002500 ρ = 1000 кг/м3, а g = 9,81 м/с2
Тогда, pизб = 1000∙9,81∙95 =
= 931950 Па = 0,93 МПа
Ответ: рраз = 0,93 Мпа

Рисунок 2.2 – Цилиндр к примеру
решения задачи
442023525146000Задания для практической работы
Основная часть:
№1. Определите избыточное давление воды в трубе по показаниям батарейного ртутного манометра. Отметки уровней ртути по оси трубы:
Z1, Z2, Z3, Z4.
Рисунок 2.3 – Батарейный ртутный
манометр, к задаче №1
№2. Определите избыточное давление в забое скважины глубиной h, которая заполнена жидкостью плотностью ρ.
43592759969500№3. Два горизонтальных цилиндрических трубопровода А и В содержат соответственно минеральное масло плотностью 900 кг/м3 и воду плотностью 1000 кг/м3. Высоты жидкостей, представленные на рисунке имеют следующие значения: hм, hрт, hв. Зная, что гидростатическое давление на оси трубопровода А равно р, определите давление на оси трубопровода В.
Рисунок 2.4 – Батарейный ртутный
манометр, к задаче №3
№4. Избыточное давление воды в океане на глубине h равно р. Определите: плотность морской воды на этой глубине.

Дополнительная часть:
№5. В обычных условиях человек поднимает без труда стальную гирю массой m1. Проанализируйте, какой массы стальную гирю человек может поднять без труда под водой, если ρв = 103 кг/м3, ρст = 7,8*103 кг/м3?
Варианты заданий:
№ п/п h, м z1, м z2, м z3, м z4, м hм, м hрт, м hв, м ρ, кг/м3 р, МПа m1, кг
1 вариант 97 1,77 3,05 1,66 2,63 0,28 0,48 0,96 1080 0,55 13,5
2 вариант 81 1,94 3,12 1,59 2,69 0,29 0,45 0,96 950 0,56 10,1
3 вариант 84 1,78 3,26 1,68 2,64 0,3 0,44 0,98 820 0,61 11,7
4 вариант 98 1,8 3,09 1,5 2,6 0,3 0,41 0,99 990 0,59 12,9
5 вариант 93 1,87 3,03 1,58 2,61 0,29 0,5 0,92 940 0,64 10,8
6 вариант 91 1,99 3,14 1,62 2,67 0,3 0,44 0,94 1150 0,53 14,5
7 вариант 91 1,95 3,19 1,68 2,7 0,27 0,42 0,92 810 0,62 11,4
8 вариант 92 1,76 3,04 1,7 2,51 0,3 0,45 0,93 880 0,61 13
9 вариант 97 1,94 3,14 1,56 2,66 0,29 0,44 0,91 950 0,59 13,2
10 вариант 99 1,76 3,23 1,56 2,67 0,3 0,48 0,93 1150 0,58 11,8
11 вариант 88 1,97 3,18 1,59 2,58 0,27 0,41 0,94 1100 0,54 12,6
12 вариант 86 1,96 3,04 1,65 2,64 0,23 0,5 0,99 1150 0,5 13,3
13 вариант 95 1,89 3,18 1,68 2,58 0,27 0,48 0,92 800 0,53 13,9
14 вариант 81 1,77 3,09 1,65 2,57 0,25 0,48 0,99 1080 0,57 11,1
15 вариант 89 1,87 3,12 1,59 2,69 0,28 0,48 1 970 0,62 11,3
16 вариант 85 1,83 3,17 1,59 2,66 0,21 0,44 0,96 980 0,69 13
17 вариант 86 1,94 3,27 1,56 2,56 0,2 0,4 0,99 950 0,67 13,6
18 вариант 97 1,82 3,11 1,67 2,56 0,26 0,48 0,9 1200 0,68 14,2
19 вариант 97 1,88 3,29 1,6 2,54 0,29 0,4 0,9 800 0,59 10,6
20 вариант 93 1,97 3,02 1,69 2,58 0,23 0,41 0,95 1160 0,61 13,3
21 вариант 81 1,76 3,13 1,55 2,5 0,22 0,44 0,95 930 0,5 14,9
22 вариант 99 2 3,27 1,51 2,52 0,28 0,48 0,93 1140 0,69 11,9
23 вариант 99 1,75 3,15 1,68 2,68 0,26 0,41 0,98 930 0,52 14,6
24 вариант 84 1,77 3,26 1,5 2,58 0,21 0,5 0,99 830 0,51 13,2
25 вариант 83 1,92 3,17 1,61 2,64 0,22 0,49 1 1180 0,68 14,9
26 вариант 94 1,79 3,02 1,53 2,59 0,28 0,48 0,91 800 0,65 10,1
27 вариант 81 1,76 3,03 1,68 2,64 0,29 0,5 0,95 990 0,55 13,2
28 вариант 99 1,97 3,22 1,67 2,53 0,23 0,45 0,99 1130 0,64 13,4
29 вариант 84 1,78 3,14 1,62 2,58 0,21 0,48 0,95 830 0,54 14,7
30 вариант 95 1,77 3,21 1,66 2,65 0,21 0,49 0,95 970 0,69 12
Отчёт о работе должен содержать название и цель работы, задание (номер варианта), правильно оформленные решения. По результатам работы необходимо сделать выводы.
Контрольные вопросы:
Назовите определение гидростатического давления?
Назовите свойства, которыми обладает гидростатическое давление.
Напишите вывод основного уравнения гидростатики.
Расскажите сущность закона Паскаля.
Сформулируйте закон Архимеда.
Назовите известные вам виды давлений?
Список литературы
А.В. Лепешкин, А.А. Михайлин Гидравлические и пневматичексие системы. – М.: Издательский центр «Академия», 2014.
О.Н.Брюханов, В.А.Жила Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики. - М.: Инфра-М, 2010.
Калицун В. И. Гидравлика, водоснабжение и канализация – М.: Стройиздат, 2000.
В.И.Калицун, Е.В.Дроздов, А.С.Комаров, К.И.Чижик Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики. – М.: Стройиздат, 2005
Интернет-ресурсы:
http://firing-hydra.ru/index.php?request=list_category&id=70http://firing-hydra.ru/index.php?request=kontrolnie&id=757Практическая работа №3
Тема: Определение режимов движения жидкостей
Цель: Ознакомиться с режимами движения жидкости. Научиться определять режим движения жидкости в зависимости от заданных условий.
Методическое обеспечение:
Методические указания по выполнению работы.
Справочная литература по УД ОП 06 «Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики»
Порядок выполнения работы:
Повторите теоретические положения по теме практической работы.
Изучите пример оформления задания.
Ознакомитесь с индивидуальным заданием.
Решите поставленные задачи.
Сделайте выводы о проделанной работе.
Оформите отчет и ответьте на контрольные вопросы.
Теоретическая часть
Гидродинамика - раздел гидравлики, в котором изучаются законы движения жидкости и ее взаимодействие с неподвижными и подвижными поверхностями.
Живым сечением ω (м²) называют площадь поперечного сечения потока, перпендикулярную к направлению течения. Например, живое сечение трубы - круг (рис.3.1, а); живое сечение клапана - кольцо с изменяющимся внутренним диаметром (рис. 3.1, б).

Рисунок 3.1 – Живые сечения: а - трубы, б - клапана
Смоченный периметр χ ("хи") - часть периметра живого сечения, ограниченное твердыми стенками (рис. 3.2, выделен утолщенной линией).

Рисунок 3.2 – Смоченный периметр
Для круглой трубы
(3.1)
где D–диаметр трубы, м;
φ–угол наполненности жидкости в трубе, 0.
Расход жидкости Q – это объем жидкости V, протекающей за единицу времени t через живое сечение ω.
(3.2)
где V–объем жидкости, м3;
t–время, за которое вытекает жидкость, с.
Средняя скорость потока υ - скорость движения жидкости, определяющаяся отношением расхода жидкости Q к площади живого сечения ω
(3.3)
Поскольку скорость движения различных частиц жидкости отличается друг от друга, поэтому скорость движения и усредняется. В круглой трубе, например, скорость на оси трубы максимальна, тогда как у стенок трубы она равна нулю.
Гидравлический радиус потока R - отношение живого сечения к смоченному периметру
(3.4)
Течение жидкости может быть напорным и безнапорным. 
Напорное течение наблюдается в закрытых руслах без свободной поверхности. Напорное течение наблюдается в трубопроводах с повышенным (пониженным давлением). 
Безнапорное - течение со свободной поверхностью, которое наблюдается в открытых руслах (реки, открытые каналы, лотки и т.п.). В данном курсе будет рассматриваться только напорное течение.

Рисунок 3.3 – Труба с переменным диаметром при постоянном расходе
Из закона сохранения вещества и постоянства расхода вытекает уравнение неразрывности течений. Представим трубу с переменным живым сечением (рис.3.3). Расход жидкости через трубу в любом ее сечении постоянен, т.е. Q1=Q2= const, откуда
ω1∙υ1 = ω2∙υ2 (3.5)
Таким образом, если течение в трубе является сплошным и неразрывным, то уравнение неразрывности примет вид:
(3.6)
где υ1 – скорость жидкости в первом сечении, м/с;
ω1 – площадь первого живого сечения, м2;
υ2 – скорость жидкости во втором сечении, м/с;
ω2 – площадь второго живого сечения, м2.
Уравнение Бернулли для идеальной жидкости.
Для двух произвольных сечений 1-1 и 2-2 потока идеальной жидкости уравнение Бернулли (рис. 3.4) имеет следующий вид:
2020570302895 (3.7)
Рисунок 3.4 – Схема струйки идеальной жидкости
Так как сечения 1-1 и 2-2 взяты произвольно, то полученное уравнение можно переписать иначе:
(3.8)
и прочитать так: сумма трех членов уравнения Бернулли для любого сечения потока идеальной жидкости есть величина постоянная.
С энергетической точки зрения каждый член уравнения представляет собой определенные виды энергии:
z1 и z2 - удельные энергии положения, характеризующие потенциальную энергию в сечениях 1-1 и 2-2;
 - удельные энергии давления, характеризующие потенциальную энергию давления в тех же сечениях;
 - удельные кинетические энергии в тех же сечениях.
Уравнение Бернулли для реальной жидкости.
1795145993140Уравнение Бернулли для потока реальной жидкости несколько отличается от уравнения. Дело в том, что при движении реальной вязкой жидкости возникают силы трения, на преодоление которых жидкость затрачивает энергию. В результате полная удельная энергия жидкости в сечении 1-1 будет больше полной удельной энергии в сечении 2-2 на величину потерянной энергии. (рис. 3.5)
Рисунок 3.5 – Схема потока реальной жидкости
Потерянная энергия или потерянный напор обозначаются  и имеют также линейную размерность.
Уравнение Бернулли для реальной жидкости будет иметь вид:
(3.9)
Кроме этого в уравнении появились еще два коэффициента α1 и α2, которые называются коэффициентами Кориолиса и зависят от режима течения жидкости (α = 2 для ламинарного режима, α = 1 для турбулентного режима).
Потерянная высота  складывается из линейных потерь, вызванных силой трения между слоями жидкости, и потерь, вызванных местными сопротивлениями (изменениями конфигурации потока)
= hлин + hмест (3.10)
С помощью уравнения Бернулли решается большинство задач практической гидравлики. Для этого выбирают два сечения по длине потока, таким образом, чтобы для одного из них были известны величины Р, ρ, g, а для другого сечения одна или величины подлежали определению. При двух неизвестных для второго сечения используют уравнение постоянства расхода жидкости υ1ω 1 = υ2ω2.
При наблюдении за движением жидкости в трубах и каналах, можно заметить, что в одном случае жидкость сохраняет определенный строй своих частиц, а в других - перемещаются бессистемно. Однако исчерпывающие опыты по этому вопросу были проведены Рейнольдсом в 1883 г. На рис. 3.6 изображена установка, аналогичная той, на которой Рейнольдс производил свои опыты.

Рисунок 3.6 – Схема установки РейнольдсаУстановка состоит из резервуара А с водой, от которого отходит стеклянная труба В с краном С на конце, и сосуда D с водным раствором краски, которая может по трубке вводиться тонкой струйкой внутрь стеклянной трубы В.
Первый случай движения жидкости. Если немного приоткрыть кран С и дать возможность воде протекать в трубе с небольшой скоростью, а затем с помощью крана Е впустить краску в поток воды, то увидим, что введенная в трубу краска не будет перемешиваться с потоком воды. Струйка краски будет отчетливо видимой вдоль всей стеклянной трубы, что указывает на слоистый характер течения жидкости и на отсутствие перемешивания. Если при этом, если к трубе подсоединить пьезометр или трубку Пито, то они покажут неизменность давления и скорости по времени. Такой режим движения называется ламинарный.
Второй случай движения жидкости. При постепенном увеличении скорости течения воды в трубе путем открытия крана С картина течения вначале не меняется, но затем при определенной скорости течения наступает быстрое ее изменение. Струйка краски по выходе из трубки начинает колебаться, затем размывается и перемешивается с потоком воды, причем становятся заметными вихреобразования и вращательное движение жидкости. Пьезометр и трубка Пито при этом покажут непрерывные пульсации давления и скорости в потоке воды. Такое течение называется турбулентным (рис. 3.6, вверху).
Если уменьшить скорость потока, то восстановится ламинарное течение.
Итак, ламинарным называется слоистое течение без перемешивания частиц жидкости и без пульсации скорости и давления. При ламинарном течении жидкости в прямой трубе постоянного сечения все линии тока направлены параллельно оси трубы, при этом отсутствуют поперечные перемещения частиц жидкости.
Турбулентным называется течение, сопровождающееся интенсивным перемешиванием жидкости с пульсациями скоростей и давлений. Наряду с основным продольным перемещением жидкости наблюдаются поперечные перемещения и вращательные движения отдельных объемов жидкости. Переход от ламинарного режима к турбулентному наблюдается при определенной скорости движения жидкости. Эта скорость называется критической υ кр.
Критерий, который определяет режим движения жидкости, называется критическим числом Рейнольдса Reкр и определяется следующим образом:
(3.11)
где υкр–критическая скорость жидкости, м/с;
d–внутренний диаметр трубы, мм;
ν–кинематическая вязкость, м2/с;
ω2–площадь второго живого сечения, м2.
Как показывает опыт, для труб круглого сечения Reкр примерно равно 2300.Таким образом, критерий подобия Рейнольдса позволяет судить о режиме течения жидкости в трубе. При Re<Reкр течение является ламинарным, а при Re>Reкр течение является турбулентным. Точнее говоря, вполне развитое турбулентное течение в трубах устанавливается лишь при Re примерно равно 4000, а при Re = 2300…4000 имеет место переходная, критическая область.
Пример решения задачи:
Вариант 30
Уточните режим течения воды в трубопроводе диаметром d1 при расходе Q. Коэффициент кинематической вязкости ν.
14528809525002301239952500Дано: СИ: Решение:
d1 =150 мм 0,15 м Воспользуемся формулой (3.11)
Q = 95 л/с 0,095 м3/с в данной формуле нам не известна только
-8001026924000ν = 1,27 * 10-6 м2/с величина – это критическая скорость.
Re - ? Скорость можем найти с помощью
формулы (3.3) Q=υS, υ=Q∙S Теперь нужно найти площадь поперечного
сечения. Так как в задании сказано, что вода
движется по трубопроводу, а поперечное
сечение трубопровода это круг, тогда:
S=π∙d24=3,14∙0,1524=0,074=0,018 м2 υ=Q∙S=0,095∙0,18=0,0017 м/с Re=0,0017∙0,151,27∙10-6=0,0002551,27∙10-6≈200<2300,
Следовательно, режим движения ламинарный
Ответ: режим движения ламинарный, Re = 200
Примечание: данную задачу можно решить другим способом, путем подстановки всех формул в исходную формулу.
Задания для практической работы
Основная часть:
№1. Труба, по которой течет вода, имеет переменное сечение. Определите скорость во втором сечении, если скорость в первом сечении v1, d1, d2.
458343047625000№2. По полностью заполненному трубопроводу перекачивается жидкость со скоростью v1. Определите расход жидкости Q, если гидравлический радиус R .
№3. Определите давление p1в сечении 1-1 горизонтально расположенного сопла гидромонитора, необходимое для придания скорости воде в выходном сечении 2-2, v2, если скорость движения воды в сечении 1-1 – v1.
Рисунок 3.7 – Сопло гидромонитора,
к задаче №3
4396105-27305000№4. Из напорного бака вода течет по трубе диаметром d1, и затем вытекает в атмосферу через насадки с диаметром выходного отверстия d2. Избыточное давление воздуха в баке р0; высота Н. Пренебрегая потерями энергии, определите скорости течения воды в трубе v1и на выходе из насадки.
Рисунок 3.8 – Напорный бак,
к задаче №4
№5. Определите число Рейнольдса и режим движения воды в водопроводной трубе диаметром d1, если расход Q. Коэффициент кинематической вязкости для воды υ.
Дополнительная часть:
№6. Проанализируйте, как изменяется число Рейнольдса при переходе трубопровода от меньшего диаметра к большему при сохранении постоянного расхода?
Варианты заданий:
№ п/п υ1, м/c υ2, м/c d1, мм d2, мм R, м р0, МПа Н, м Q, л/с ν, м2/с * 10-6
1 вариант 0,06 12 200 100 0,019 0,07 0,9 80 1,32
2 вариант 0,08 13 150 50 0,019 0,1 0,5 88 1,25
3 вариант 0,08 12 200 100 0,018 0,07 0,5 95 1,41
4 вариант 0,07 19 150 100 0,015 0,06 0,9 98 1,39
5 вариант 0,05 19 150 100 0,017 0,09 0,7 100 1,25
6 вариант 0,09 18 150 50 0,019 0,05 0,8 90 1,33
7 вариант 0,07 13 150 50 0,016 0,08 0,7 97 1,4
8 вариант 0,08 17 200 50 0,015 0,06 0,5 79 1,26
9 вариант 0,09 18 200 100 0,016 0,06 0,5 82 1,36
10 вариант 0,08 11 150 50 0,02 0,07 0,9 95 1,43
11 вариант 0,05 18 200 100 0,015 0,07 0,5 79 1,29
12 вариант 0,07 13 150 50 0,015 0,06 0,6 82 1,25
13 вариант 0,07 10 200 100 0,017 0,09 1 81 1,25
14 вариант 0,05 17 150 100 0,02 0,1 0,6 82 1,32
15 вариант 0,07 18 150 100 0,019 0,1 0,7 93 1,29
16 вариант 0,07 16 150 50 0,016 0,09 1 99 1,31
17 вариант 0,06 10 150 50 0,019 0,05 1 90 1,3
18 вариант 0,06 11 200 50 0,017 0,1 0,9 95 1,31
19 вариант 0,06 12 200 100 0,017 0,09 0,5 97 1,3
20 вариант 0,06 14 150 50 0,015 0,1 0,6 79 1,26
21 вариант 0,06 20 200 100 0,02 0,05 1 87 1,33
22 вариант 0,06 18 150 50 0,018 0,05 0,8 93 1,41
23 вариант 0,08 12 200 100 0,019 0,08 1 89 1,42
24 вариант 0,06 19 150 100 0,019 0,05 0,6 88 1,36
25 вариант 0,06 14 150 100 0,018 0,1 0,6 91 1,34
26 вариант 0,07 12 150 50 0,017 0,06 0,5 86 1,32
27 вариант 0,06 11 150 50 0,02 0,09 0,8 97 1,26
28 вариант 0,08 14 200 50 0,016 0,1 1 87 1,41
29 вариант 0,09 17 200 100 0,019 0,09 1 75 1,34
30 вариант 0,07 16 150 50 0,015 0,07 0,8 95 1,27
Отчёт о работе должен содержать название и цель работы, задание (номер варианта), правильно оформленные решения. По результатам работы необходимо сделать выводы.
Контрольные вопросы:
Назовите, что является живым сечением потока, покажите на рисунке?
Расскажите, что является смоченным периметром сечения?
Охарактеризуйте напорное и безнапорное течение жидкости.
Напишите уравнение неразрывности потока.
Напишите уравнение Бернулли для реальной и идеальной жидкости. Объясните в чем их отличие?
Расскажите, какие есть случаи движения жидкости, и с помощью какого критерия они определяются?
Список литературы
А.В. Лепешкин, А.А. Михайлин Гидравлические и пневматичексие системы. – М.: Издательский центр «Академия», 2014.
О.Н.Брюханов, В.А.Жила Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики. - М.: Инфра-М, 2010.
Калицун В. И. Гидравлика, водоснабжение и канализация – М.: Стройиздат, 2000.
В.И.Калицун, Е.В.Дроздов, А.С.Комаров, К.И.Чижик Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики. – М.: Стройиздат, 2005
Интернет-ресурсы:
http://firing-hydra.ru/index.php?request=list_category&id=70http://firing-hydra.ru/index.php?request=kontrolnie&id=757Практическая работа №4.
Тема: Расчет простого трубопровода
Цель: Ознакомиться с элементами расчета простого трубопровода в зависимости от заданных условий. Научиться осуществлять расчет.
Методическое обеспечение:
Методические указания по выполнению работы.
Справочная литература по УД ОП 06 «Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики»
Порядок выполнения работы:
Повторите теоретические положения по теме практической работы.
Изучите пример оформления задания.
Ознакомитесь с индивидуальным заданием.
Решите поставленные задачи.
Сделайте выводы о проделанной работе.
Оформите отчет и ответьте на контрольные вопросы.
Теоретическая часть
При расчетах напорных трубопроводов основной задачей является либо
определение пропускной способности (расхода), либо потери напора на том или ином участке, равно как и на всей длине, либо диаметра трубопровода на заданных расходе и потерях напора.
Учитывая гидравлическую схему работы длинных трубопроводов, их можно разделить также на простые и сложные.
Простыми называются последовательно соединенные трубопроводы одного или различных сечений, не имеющих никаких ответвлений.
К сложным трубопроводам относятся системы труб с одним или несколькими ответвлениями, параллельными ветвями и т.д. Жидкость по трубопроводу движется благодаря тому, что ее полная энергия (полная удельная энергия) в начале трубопровода больше, чем в конце. Это может создаваться несколькими способами: работой насоса, разностью уровней жидкости, давлением газа.
При расчете трубопровода принимается ряд допущений, основными из
которых являются следующие:
рабочая жидкость считается несжимаемой;
температура жидкости, основные физические свойства жидкости
(плотность, вязкость, модуль объемной упругости и др.) принимаются
постоянными;
рассматривается установившееся движение жидкости;
коэффициенты гидравлических сопротивлений постоянны;
разрыва потока жидкости не происходит.
Рассмотрим простой трубопровод постоянного сечения, который расположен произвольно в пространстве (рис. 4.1), имеет общую длину l и диаметр d, а также содержит ряд местных сопротивлений (вентиль, фильтр и обратный клапан). В начальном сечении трубопровода 1-1 геометрическая высота равна z1 и избыточное давление Р1, а в конечном сечении 2-2 - соответственно z2 и Р2. Скорость потока в этих сечениях вследствие постоянства диаметра трубы одинакова и равна ν.

Рисунок 4.1 – Схема простого трубопровода
Запишем уравнение Бернулли для сечений 1-1 и 2-2. Поскольку скорость в обоих сечениях одинакова и α1 = α2, то скоростной напор можно не учитывать. При этом получим
или
Пьезометрическую высоту, стоящую в левой части уравнения, назовем потребным напором Нпотр. Если же эта пьезометрическая высота задана, то ее называют располагаемым напором Нрасп. Такой напор складывается из геометрической высоты Hпотр, на которую поднимается жидкость, пьезометрической высоты в конце трубопровода и суммы всех потерь напора в трубопроводе.
Назовем сумму первых двух слагаемых статическим напором, который представим как некоторую эквивалентную геометрическую высоту
(4.1)
а последнее слагаемое Σh - как степенную функцию расхода Σh = K∙Q∙mгде ∆z–разница геометрических высот, м;
р2–избыточное давление на выходе, Па;
ρ–плотность жидкости, кг/м3;
g–ускорение свободного падения, g = 9,81м/с2.
Тогда,
Hпотр = Hст + KQm (4.2)
где K - величина, называемая сопротивлением трубопровода;
Q - расход жидкости;
m - показатель степени, который имеет разные значения в зависимости от режима течения.
Для ламинарного течения при замене местных сопротивлений эквивалентными длинами сопротивление трубопровода равно
(4.3)
где lрасч –расчетная длина трубопровода, lрасч = l + lэкв, м;
ν–кинематическая вязкость жидкости, м2/с;
d–диаметр трубопровода, м;
g–ускорение свободного падения, g = 9,81м/с2.
Численные значения эквивалентных длин lэкв для различных местных сопротивлений обычно находят опытным путем.
Для турбулентного течения, используя формулу Вейсбаха-Дарси, и выражая в ней скорость через расход, получаем
(4.4)
где ζ – коэффициент местных сопротивлений;
λ – коэффициент Дарси, коэффициент гидравлического сопротивления.
По этим формулам можно построить кривую потребного напора в зависимости от расхода. Чем больше расход Q, который необходимо обеспечить в трубопроводе, тем больше требуется потребный напор Нпотр. При ламинарном течении эта кривая изображается прямой линией (рис.4.2, а), при турбулентном - параболой с показателем степени равном двум (рис.4.2, б).

Рисунок 4.2 – Зависимости потребных напоров от расхода жидкости в трубопроводе
Крутизна кривых потребного напора зависит от сопротивления трубопровода K и возрастает с увеличением длины трубопровода и уменьшением диаметра, а также с увеличением местных гидравлических сопротивлений.
Величина статического напора Нст положительна в том случае, когда жидкость движется вверх или в полость с повышенным давлением, и отрицательна при опускании жидкости или движении в полость с пониженным давлением. Точка пересечения кривой потребного напора с осью абсцисс (точка А) определяет расход при движении жидкости самотеком. Потребный напор в этом случае равен нулю.
Иногда вместо кривых потребного напора удобнее пользоваться характеристиками трубопровода. Характеристикой трубопровода называется зависимость суммарной потери напора (или давления) в трубопроводе от расхода:
Σh = f(q) (4.5)
Пример решения задачи:
Вариант 30
Определите перепад высот в водопроводе, если статический напор равен величине Н, а давление на выходе равно атмосферному.
17678396350001196339635000Дано: CИ: Решение:
Н = 14200 мм 14,2м Для решения данной задачи воспользуемся формулой
-8953525018900ратм= 1*105 Па (4.1): Нст=∆z+ратмρ∙g∆z - ? Отсюда выразим перепад высот, и найдем ответ:
∆z= Hст-ратмρ∙g=14,2-105103∙9,81 = 4,006 м
Ответ: ∆z = 4,006 м
Задания для практической работы
Основная часть:
4008755600075№1. На рисунке показан всасывающий трубопровод гидросистемы. Длина трубопровода ℓ, диаметр d, расход жидкости Q, абсолютное давление воздуха в бачке р0, высота Н, плотность жидкости ρ. Определить абсолютное давление перед входом в насос при температуре рабочей жидкости t = 25°С (ν = 0,2·10-4 м2/с). Определите как изменится искомое давление в зимнее время, когда при этом же расходе температура жидкости упадет до -35°С (ν = 10·10-4 м2/с). Рисунок 4.3 – трубопровод гидросистемы,
к задаче №1
429260020955000№2. Определите действующий напор, если расход истечения жидкости составил Q, при длине трубопровода ℓ, и диаметру трубы d. Кинематическая вязкость воды в трубопроводе ν.
Рисунок 4.4 – трубопровод, к задаче №2
400621527305000№3. Определите действующий напор, если расход истечения жидкости составил Q, при длине трубопровода ℓ, и диаметру трубы d. Кинематическая вязкость воды в трубопроводе ν.
Рисунок 4.5 – трубопровод, к задаче №3
Дополнительная часть:
№4. Проанализируйте как изменится статический напор в трубопроводе по которому движется вода, если перепад высот ∆z уменьшиться, а давление на выходе увеличится в это же число раз?
Варианты заданий:
№ п/п ℓ, мм d, мм H, мм Q, л/с р0, кПа ρ, кг/м3 ν, м2/с * 10-4
1 вариант 9100 50 12400 8,8 120 800 0,51
2 вариант 5700 100 15000 13,1 110 890 0,25
3 вариант 9800 150 17000 12,7 130 880 1,05
4 вариант 9400 200 12300 10,6 110 840 0,25
5 вариант 4500 200 13600 14,3 110 820 0,97
6 вариант 7100 200 14900 9,5 110 910 0,95
7 вариант 7700 150 14800 10 120 830 0,33
8 вариант 9100 100 19200 12,2 100 840 0,41
9 вариант 4300 100 19400 14 120 890 0,97
10 вариант 1700 50 13200 9,1 110 820 1,35
11 вариант 3600 50 17400 15,3 130 900 0,33
12 вариант 2500 100 14300 10 100 880 0,43
13 вариант 4700 150 12200 12 110 990 0,67
14 вариант 7300 200 11200 11,3 130 880 0,27
15 вариант 3400 200 11200 13,2 100 860 0,94
16 вариант 6300 200 11900 9 100 930 1,05
17 вариант 4100 150 16800 12 100 910 0,56
18 вариант 5600 100 15700 8,9 130 870 1,14
19 вариант 9500 100 16900 8,9 100 810 0,73
20 вариант 5900 50 18100 14,5 120 800 0,46
21 вариант 1900 50 16000 9,2 100 890 0,98
22 вариант 8700 100 10700 13,6 110 1000 1,32
23 вариант 1300 150 18500 11,3 100 950 0,2
24 вариант 2100 200 18600 13,7 110 990 0,23
25 вариант 8700 200 15500 9,1 110 920 0,73
26 вариант 3200 200 20000 13,2 130 840 1
27 вариант 8200 150 15400 14,4 120 820 0,68
28 вариант 9100 100 10300 12 100 880 0,28
29 вариант 5700 100 13500 8,7 130 810 0,24
30 вариант 1700 50 14200 13,1 120 970 0,69
Отчёт о работе должен содержать название и цель работы, задание (номер варианта), правильно оформленные решения. По результатам работы необходимо сделать выводы.
Контрольные вопросы:
Назовите, какие бывают трубопроводы, в чем их отличие?
Назовите какие допущения принимаются при расчете трубопроводов?
Охарактеризуйте потребный, располагаемый и статический напоры.
Постройте графики зависимости потребных напоров от расхода жидкости в трубопроводе.
Список литературы
А.В. Лепешкин, А.А. Михайлин Гидравлические и пневматичексие системы. – М.: Издательский центр «Академия», 2014.
О.Н.Брюханов, В.А.Жила Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики. - М.: Инфра-М, 2010.
Калицун В. И. Гидравлика, водоснабжение и канализация – М.: Стройиздат, 2000.
В.И.Калицун, Е.В.Дроздов, А.С.Комаров, К.И.Чижик Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики. – М.: Стройиздат, 2005
Интернет-ресурсы:
http://firing-hydra.ru/index.php?request=list_category&id=70http://firing-hydra.ru/index.php?request=kontrolnie&id=757Практическая работа №5.
Тема: Испытание центробежного насоса.
Цель: Ознакомиться с основными параметрами и характеристиками насосов, научиться их определять.
Методическое обеспечение:
Методические указания по выполнению работы.
Справочная литература по УД ОП 06 «Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики»
Порядок выполнения работы:
Повторите теоретические положения по теме практической работы.
Изучите пример оформления задания.
Ознакомитесь с индивидуальным заданием.
Решите поставленные задачи.
Сделайте выводы о проделанной работе.
Оформите отчет и ответьте на контрольные вопросы.
Теоретическая часть
Насосом называется гидравлическая машина, в которой происходит преобразование механической работы в энергию потока жидкости, предназначенную для подъема, нагнетания и перемещения жидкости.
Насосы классифицируются по принципу их действия:
динамические – работают по принципу силового воздействия на перемещаемую среду:
лопастные насосы – центробежные, радиальные и осевые;
насосы трения – струйные, вихревые и дисковые.
объемные – работают по принципу вытеснения жидкости:
поршневые насосы;
роторные.
Основные технические характеристики центробежного насоса:
Подача – это объем перекачиваемой в единицу времени жидкости, Q[м3/ч], [л/с].
Полный напор:
для горизонтального насоса:
H=Hd-Hs+vd22∙g-vs22∙g, (5.1)
где Нd – гидростатическое давление на выходе из насоса, измеряемое у выходного патрубка и отнесенное к оси вала насоса, м;
Нs – гидростатическое давление на входе, измеряемое у входного патрубка и отнесенное также к оси вала насоса, м;
vd – скорость жидкости на выходе из насоса, измеряемое у выходного патрубка, м/с;
vs – скорость жидкости на входе, м/с;
g – ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2.
для вертикального насоса:
H=Hd+Hs+vd22∙g, (5.2)
где Нd – гидростатическое давление на выходе из насоса, отнесенное к оси напорного колена, м;
Нs – геометрическая высота всасывания (расстояние от уровня жидкости до центра рабочего колеса), м;
vd – скорость жидкости на выходе из насоса, м/с;
g – ускорение свободного падения, g = 9,81, м/с2.
Коэффициент полезного действия – это степень гидравлического и механического совершенства насоса определяется значением КПД.
Полный КПД насоса:
ƞ=полезная мощность насосамощность на валу=ρ∙Q∙H367∙103∙N (5.3)где ρ – плотность жидкости, кг/м3;
Q – подача, м3/с;
Н – полный напор, м;
N – мощность, подведенная к валу насоса Вт.
Характеристики – это зависимости напора от подачи при постоянном числе оборотов.
Законы подобия:
Q1Q2=n1n2; H1H2=n12n22; N1N2=n13n23; (5.4)где n1 – первоначальное число оборотов, об/мин;
n2 – конечное число оборотов, об/мин;
Q1 – первоначальная подача жидкости при начальном числе оборотов, м3/с;
Q2 – конечная подача ж при конченом числе оборотов, м3/с;
Н1 – первоначальный напор жидкости при n, м;
Н2 – конечный напор жидкости при конченом числе оборотов, м;
N1 – первоначальная мощность при n1, Вт;
N2 – конечная мощность при конченом числе оборотов, Вт.
Коэффициент быстроходности:
ns=3,65Q4H3, (5.5)где Q –подача жидкости, м3/с;
Н – напор жидкости, м.
Кавитационный запас – это разность статического давления на всасывание насоса и упругости насыщенных паров.
Пример решения задачи:
Вариант 30
9867891156970001844039115697000Определите геометрическую высоту всасывания центробежного насоса, если его подача Q, диаметр всасывающего трубопровода d1, а сумма потерь напора во всасывающем трубопроводе Σhпот, а допустимая вакуумметрическая высота всасывания насоса Hвак.
Дано: СИ: Решение:
Q =62 л/с 0,062 м3/с Геометрическая высота всасывания определяется
d1 = 100 мм 0,1 м по формуле: Hs=Hвак-v122∙g-hпот-8953552514400Σhпот = 1,2 м Для того, чтобы найти геометрическую высоту
Нвак = 6,3 м всасывания насоса, нам нужно определить
Нs - ? скорость жидкости во всасывающем
трубопроводе, скорость мы будем находить из
уравнения расхода: Q=v∙S Тогда, v=QS, так как площадь трубопровода, это
площадь поперечного сечения, т.е. круга: S=πd24,
Следовательно, v=QS=4∙Qπ∙d2=4∙0,0623,14∙0,12=7,898 м/с Тогда, геометрическая высота всасывания насоса:
Hs=Hвак-v122∙g-hпот=6,3-7,89822∙9,81-1,2=1,9м Ответ: Нs = 1,9 м
Задания для практической работы
Основная часть:
№1. При частоте вращения вала n1 , и подаче Q, центробежный насос развивает напор Нd, и потребляет мощность N. Определите, как изменятся параметры насоса (∆Q,∆H, ∆N), если частота вращения снизится до n2.
№2. Определите геометрическую высоту всасывания центробежного насоса, если его подача Q, диаметр всасывающего трубопровода d1, а сумма потерь напора во всасывающем трубопроводе Σhпот, а допустимая вакуумметрическая высота всасывания насоса Hвак.
№3. Определите коэффициент быстроходности вертикального центробежного насоса, если подача жидкости Q, давление на выходе из насоса Нd, геометрическая высота всасывания Нs, а диаметр всасывающего трубопровода d2.
Дополнительная часть:
№4. Определите напор насоса, если его подача Q; диаметр всасывающего трубопровода d1; диаметр нагнетательного трубопровода d2, показания манометра соответствуют напору Hd, показания вакууметра Hs; расстояние по вертикали между центрами вакууметра и манометра ∆h.

Варианты заданий:
№ п/п Q, л/с d1, мм d2, мм Σhпот, м Hвак, м Hd, м Hs, м ∆h, м n1,мин-1 n2,мин-1 N, кВт
1 вариант 33 50 50 1 7,1 67 -9 0,1 2749 904 81
2 вариант 66 100 50 1,2 6,3 66 -5 0,2 2754 854 72
3 вариант 48 150 100 1,7 6,5 55 -7 0,2 2836 870 71
4 вариант 39 200 150 1 5,5 52 -10 0,2 2875 914 81
5 вариант 36 50 50 0,9 7,5 54 -4 0,3 2820 935 95
6 вариант 41 100 50 1,4 7 67 -7 0,3 2907 922 72
7 вариант 42 150 100 1,5 5,9 45 -3 0,3 2739 949 96
8 вариант 40 200 150 1,1 5,3 55 -7 0,3 2742 922 71
9 вариант 62 50 50 1,7 6,2 42 -4 0,3 2865 898 103
10 вариант 39 100 50 1,4 5,1 62 -9 0,2 2779 910 81
11 вариант 65 150 100 1,2 7,6 59 -10 0,1 2973 931 92
12 вариант 45 200 150 0,9 5,4 51 -4 0,2 2711 969 98
13 вариант 48 50 50 1,1 5,8 70 -4 0,1 2822 976 84
14 вариант 31 100 50 1,2 5,5 43 -10 0,3 2919 941 76
15 вариант 37 150 100 1,6 6,5 69 -6 0,3 2870 934 106
16 вариант 31 200 150 1 7,8 41 -5 0,1 2780 969 110
17 вариант 63 50 50 0,8 5,8 57 -8 0,3 2995 960 89
18 вариант 67 100 50 1,6 7,4 57 -9 0,1 2756 910 81
19 вариант 40 150 100 0,8 6,5 47 -5 0,2 2846 866 87
20 вариант 52 200 150 1,5 5,2 48 -5 0,1 2813 914 104
21 вариант 30 50 50 1,6 6,2 52 -4 0,3 2729 848 84
22 вариант 39 100 50 1,6 7,5 64 -9 0,3 2974 875 78
23 вариант 60 150 100 1,2 7,2 59 -7 0,2 2994 977 118
24 вариант 67 200 150 0,9 6,2 49 -3 0,2 2991 940 98
25 вариант 59 100 50 1,7 7,5 65 -3 0,1 2968 885 106
26 вариант 34 50 50 1,7 5,9 64 -3 0,1 2710 890 73
27 вариант 52 100 100 1,5 5,2 40 -9 0,3 2920 956 112
28 вариант 49 150 150 1,3 7,2 53 -9 0,1 2900 863 75
29 вариант 66 200 50 0,9 5,4 69 -10 0,2 2761 879 78
30 вариант 62 100 50 1,2 6,3 54 -6 0,3 2793 895 93
Отчёт о работе должен содержать название и цель работы, задание (номер варианта), правильно оформленные решения. По результатам работы необходимо сделать выводы.
Контрольные вопросы:
Сформулируйте, что называется насосом?
Назовите основное назначение насосов и их виды.
Назовите основные технические характеристики центробежного насоса.
Поясните физический смысл коэффициента быстроходности.
Объясните, что такое КПД насоса, и зачем он нужен?
Опишите, как найти полный напор для вертикального и горизонтального насоса, в чем их отличие?
Список литературы
А.В. Лепешкин, А.А. Михайлин Гидравлические и пневматичексие системы. – М.: Издательский центр «Академия», 2014.
О.Н.Брюханов, В.А.Жила Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики. - М.: Инфра-М, 2010.
Калицун В. И. Гидравлика, водоснабжение и канализация – М.: Стройиздат, 2000.
В.И.Калицун, Е.В.Дроздов, А.С.Комаров, К.И.Чижик Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики. – М.: Стройиздат, 2005
Интернет-ресурсы:
http://firing-hydra.ru/index.php?request=list_category&id=70http://firing-hydra.ru/index.php?request=kontrolnie&id=757Практическая работа №6.
Тема: Определение параметров пара.
Цель: Научиться определять основные параметры пара и законы идеального газа. Понять в чем их отличие.
Методическое обеспечение:
Методические указания по выполнению работы.
Справочная литература по УД ОП 06 «Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики»
Порядок выполнения работы:
Повторите теоретические положения по теме практической работы.
Изучите пример оформления задания.
Ознакомитесь с индивидуальным заданием.
Решите поставленные задачи.
Сделайте выводы о проделанной работе.
Оформите отчет и ответьте на контрольные вопросы.
Теоретическая часть
Теплотехника – это наука, изучающая процесс перехода теплоты в механическую работу.
Идеальный газ – это такой газ, в котором молекулы находятся на большом расстоянии друг от друга, не взаимодействуют межу собой.
Основные параметры состояния идеального газа:
Давление:
рабс= рб+ризб (6.1)где рб – атмосферное (барометрическое давление Па, мм рт. ст., бар;
ризб – избыточное давление Па, мм рт. ст., бар.
бар = 750 мм рт. ст.
Температура:
T=t+273, К (6.2)где t– температура по шкале Цельсия 0С.
Удельный объем:
υ=Vm=1ρ, (6.3)где V – объем, занимаемый газом, м3;
m– масса газа, кг;
ρ– плотность газа, кг/м3.
Основные законы идеального газа:
Закон Бойля – Мариотта:
p∙υ=const, при t=const (6.4)где υ – удельный объем, м3;
р – абсолютное давление, Па, мм рт. ст., бар;
t– температура, 0С, К.
Закон Гей-Люссака:
v1v2=T1T2=const, при p=const (6.5)где υ – удельный объем, м3;
t– температура, К;
р– абсолютное давление, Па, мм рт. ст., бар.
Закон Шарля:
p1p2=T1T2=const, при v=const (6.6)где р– абсолютное давление, Па, мм рт. ст., бар;
υ – удельный объем, м3;
t– температура, К.
Закон Авогадро:
μ1ρ1=μ2ρ2=const, при p=const и t=const (6.7)где μ – молярная масса, кг/моль;
р– абсолютное давление, Па, мм рт. ст., бар;
ρ– плотность газа, кг/м3;
t– температура, 0С, К.
Уравнение состояния идеального газа, или уравнение Клайперона:
p∙V=m∙R0∙T, (6.8)где V – объем, занимаемый газом, м3;
р– абсолютное давление, Па, мм рт. ст., бар;
ρ– плотность газа, кг/м3;
m– масса газа, кг;
R0 – газовая постоянная, для каждого газа имеет свое значение, Дж/(кг*К);
T– температура, К.
Уравнение Менделеева-Клайперона:
p∙V=mμ∙R∙T, (6.9)где V – объем, занимаемый газом, м3;
р– абсолютное давление, Па, мм рт. ст., бар;
ρ– плотность газа, кг/м3;
m– масса газа, кг;
μ – молярная масса, кг/моль;
R – универсальная газовая постоянная, R=8,314 Дж/(моль*К);
T– температура, К.
Пример решения задачи:
Вариант 30
Определите, как изменится объем жидкости при повышении температуры от t1 до t2, если изначально объем жидкости составлял V, давление осталось неизменным.
13100057239000Дано: Решение:
V = 0,8 м3 Так как p = const, то для нахождения изменения объема
t1 = 15 0C мы применим законГей-Люссака: V1V2=T1T2-8953524256900t2 = 430C Для этого сначала переведем температуру в Кельвин:
∆V - ? Т1 = 273+15 = 288 К
Т2 = 273+43 = 316 К
1348740381000 Т.к. V1V2=T1T2 , то V2=V1∙T2T1=0,8∙316288=0,878 м3 Тогда ∆V = V2 – V1 = 0,878 – 0,8 = 0,078 м3
Следовательно, при изменении температуры объем
увеличился на 0,078 м3.
Ответ: ∆V = 0,078 м3
Задания для практической работы.
Основная часть:
№1.Манометр, установленный на паровом котле, показывает давление ризб. Определите давление пара в котле, если атмосферное давление ратм.
№2.В баллоне содержится кислород массой m при давлении p и температуре t1. Вычислите вместимость баллонаV.
№3.Давление воздуха, измеренное ртутным барометром, равно рб при температуре ртути t1. Выразите это давление в барах.
№4. В баллоне объемом V содержится аргон при определенных условиях массой m. Определите плотность и удельный объем аргона при этих условиях.
№5. Резервуар вместимостью V заполнен углекислым газом. Избыточное давление в резервуаре pизб, температура t1, а барометрическое давление pатм. Определите:
а) массу газа
б) вес газа
в) удельный объем газа
№6. Определите, как изменится давление жидкости при повышении температуры от t1 до t2, если изначально давление жидкости составляло p, удельный объем остался неизменным.
Дополнительная часть:
№7. В баллоне объемом V находится гелий под давлением р при температуре t1. После того, как из баллона был израсходован гелий массой m, температура в баллоне понизилась на ∆t. Определите давление p2 гелия, оставшегося в баллоне. Молярная масса гелия μ= 0,004 кг/моль.
Варианты заданий:
№ п/п p, МПа ризб, кПа ратм, кПа рб, мм рт. ст. t1, 0С t2, 0С ∆t, 0С V, м3 m,кг
1 вариант 3,9 1,4 100 696 20 53 10 1,3 0,91
2 вариант 10,4 2,2 94 665 15 49 9 0,7 1,04
3 вариант 7,4 1,9 102 655 10 55 7 0,9 0,6
4 вариант 1,4 1,6 96 661 15 50 5 0,6 0,9
5 вариант 10,8 1 107 704 30 42 20 1,8 0,53
6 вариант 3,9 1,2 119 665 25 44 15 1,3 0,5
7 вариант 7,1 1,8 115 671 20 49 9 0,8 0,99
8 вариант 2 2,2 88 697 15 58 8 1,4 1,03
9 вариант 7 1,5 96 670 15 51 7 1,5 0,82
10 вариант 4,3 2 112 689 10 57 5 0,8 0,62
11 вариант 6,3 2,2 80 702 25 41 20 0,6 0,46
12 вариант 7,5 0,9 114 660 10 55 7 0,8 0,71
13 вариант 7,2 1,9 92 692 30 49 17 0,7 0,75
14 вариант 10,5 1,4 83 703 10 43 8 0,7 0,73
15 вариант 1,3 1,4 107 690 15 54 9 1,8 0,58
16 вариант 1,8 1,1 86 660 15 41 4 1,2 0,66
17 вариант 4,6 1,2 115 717 25 58 22 1,4 1,03
18 вариант 3,2 1,6 106 659 10 57 7 1,2 0,86
19 вариант 9,7 1,6 116 681 25 51 11 1,1 0,76
20 вариант 2,7 1 85 647 30 40 10 1,8 0,89
21 вариант 5,3 1,5 111 718 30 55 14 1,4 0,51
22 вариант 9,8 1,4 90 681 15 54 9 0,6 0,7
23 вариант 8,5 2,1 88 652 20 44 14 1,3 0,8
24 вариант 8,6 1,7 84 710 25 41 8 1 0,56
25 вариант 2,5 2,3 97 665 30 57 7 1,5 0,62
26 вариант 4 1,5 92 710 15 44 10 1,4 0,47
27 вариант 2,9 1,3 83 645 10 58 4 1,5 0,56
28 вариант 7,6 1,2 118 685 20 55 19 1,8 0,59
29 вариант 1,3 1,3 102 676 30 51 15 1,3 0,88
30 вариант 10,9 1,2 106 655 15 43 7 0,8 0,53
Отчёт о работе должен содержать название и цель работы, задание (номер варианта), правильно оформленные решения. По результатам работы необходимо сделать выводы.
Контрольные вопросы:
Назовите, что изучает теплотехника?
Сформулируйте, какой физический смысл лежит в основе термодинамики?
Назовите, что такое термодинамическая система?
Назовите какие бывают термодинамические состояния?
Объясните отличие реального газа от идеального.
Назовите какие две температурные шкалы применяют для измерения температуры?
Назовите основные параметры состояния идеального газа?
Сформулируйте закон Бойля-Мариотта
Назовите, что утверждает закон Гей-Люссака?
Сформулируйте закон Шарля.
Объясните, какие параметры связывают уравнение идеального газа Клайперона?
Список литературы
О.Н.Брюханов, В.А.Жила Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики. - М.: Инфра-М, 2010.
В.И.Калицун, Е.В.Дроздов, А.С.Комаров, К.И.Чижик Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики. – М.: Стройиздат, 2005
Интернет-ресурсы:
http://firing-hydra.ru/index.php?request=list_category&id=573Практическая работа №7.
Тема: Применение первого и второго закона термодинамики.
Цель: Научиться применять 1 и 2 закон термодинамики для решения конкретных прикладных задач, изучить термодинамические процессы, и их особенности, понять, в чем заключается особенность цикла Карно, и что такое прямой и обратный циклы.
Методическое обеспечение:
Методические указания по выполнению работы.
Справочная литература по УД ОП 06 «Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики»
Порядок выполнения работы:
Повторите теоретические положения по теме практической работы.
Изучите пример оформления задания.
Ознакомитесь с индивидуальным заданием.
Решите поставленные задачи.
Сделайте выводы о проделанной работе.
Оформите отчет и ответьте на контрольные вопросы.
Теоретическая часть
Полная энергия системы:
E = Eк + Еп + U, (7.1)
где Eк – кинетическая энергия системы, Дж;
Eп – потенциальная энергия системы, Дж;
U – внутренняя энергия, Дж.
Внутренняя удельная энергия вещества:
u=Um, Дж/кг (7.2)
где U – внутренния энергия системы, Дж;
m – масса вещества, кг.
Изменение внутренней энергии:
∆U = i2∙mμ∙R∙∆T, Дж (7.3)
где i – число степеней свободы;
R – универсальная газовая постоянная, R = 8,314 Дж/(моль*К);
m – масса вещества, кг;
μ–молярная масса, кг/моль;
∆T – изменение температуры, К.
Удельная теплоемкость при постоянном давлении:
ср=1m∙∆Q∆T,Дж/кг∙К (7.4)
где ∆Q – количество теплоты, Дж;
m – масса вещества, кг;
∆T – изменение температуры, К.
Удельная теплоемкость при постоянном объеме:
сv=1m∙∆Q∆T (7.5)где ∆Q – количество теплоты, Дж;
m – масса вещества, кг;
∆T – изменение температуры, К.
Показатель адиабаты:
k=cpcv (7.6)где ср – удельная теплоемкость при постоянном давлении, Дж/кг*К;
сv – удельная теплоемкость при постоянном объеме, Дж/кг*К.
Молярная теплоемкость:
сμ=ср∙μ, Дж/моль∙К (7.7)
где ср – удельная теплоемкость при постоянном давлении, Дж/кг*К;
μ–молярная масса, кг/моль.
Первый закон термодинамики:
Q=∆U+A (7.8)где ∆U – изменение внутренней энергии системы, Дж;
А – работа, Дж.
Второй закон термодинамики:
∆S≥∆QT (7.9)где ∆Q – количество теплоты, Дж;
Т – температура, К.
КПД тепловой машины:
ƞ=1-Q2Q1=1-T2T1 (7.10)Холодильный коэффициент:
ε=Q2Q1-Q2=T2T1-T2 (7.11)Пример решения задачи:
Вариант 30
Найдите среднюю удельную теплоемкость кислорода при постоянном давлении при повышении его температуры от t1до t2.
12915901333500Дано: Решение:
-8953560578900t1 = 200C Так как давлении постоянно p = const, то будем находить t2 = 1460C среднюю удельную теплоемкость при постоянном
ср - ? давлении ср.
Искомую теплоемкость принимаем равной истинной
Удельной изобарной теплоемкости при средней
арифметической температуре t.
Так как, в условии задачи нам даны t1и t2, то сначала
найдем среднюю температуру: t= t1 + t2 = 20 + 146 = 83 0C
Затем из приложения 13 (справочные данные), находим
истинную удельную изобарную теплоемкость для
кислорода при t = 83 0C: ср = 0,929 кДж/(кг*К)
Это значение теплоемкости равно средней удельной
теплоемкости кислорода в интервале температур от 20
до 146 0C.
Ответ: ср = 0,929 кДж/(кг*К)
Задания для практической работы
Основная часть:
№1.Определите внутреннюю энергию азота массой m, который вначале находится при температуре Т1. Затем азот изобарно нагрели до Т2. Определить изменение внутренней энергии газа. Молярная масса азота равна μ= 0,028 кг/моль.
№2. Определите расход воздуха в системе охлаждения дизеля Q, и массу m, мощностью N, если отводимая теплота составляет 75% полезной мощности двигателя, а температура охлаждающего воздуха повышается до ∆t.
№3. В резервуаре емкостью V1находится воздух при давлении p1 и температуре t1. Определите, как изменится температура t2 и давление p2 воздуха, если к нему подвести теплоту в количестве Q?
№4. Найдите среднюю киломольную изобарную теплоемкость углекислого газа (СО2) при повышении его температуры от t1 до t2.
№5. Определите КПД обратимого цикла теплового двигателя, если температуры теплоотдачи t1 , а теплоприемника t2.
№6. Тепловая машина работает по некоторому обратимому прямому циклу, КПД которого ƞ. Вычислите величину холодильного коэффициента этой машины, если она будет совершать тот же цикл в обратном направлении?
Дополнительная часть:
№7. Кислород, занимающий объем V1 под давлением Р1, нагрели сначала при постоянном давлении до объема V2, а затем при постоянном объеме до давления Р2. Постройте графики процессов в Р – V координатах в программном комплексе Microsoft Excel. Определите: 1) изменение внутренней энергии U газа; 2) совершенную им работу A; 3) количество тепла Q, переданное газу. Молярная масса кислорода = 0,032 кг/моль.
Варианты заданий:
№ п/п t1, 0С t2, 0С ∆t, 0С m,кг N, кВт V1, м3 V2, м3 p1, МПа p2, МПа ƞ, % Q, Дж
1 вариант 56 105 52 0,85 65,00 0,70 3,60 0,80 6,80 17,00 240
2 вариант 45 180 27 0,63 40,00 1,90 4,30 0,70 5,20 39,00 235
3 вариант 42 300 48 0,43 42,00 1,40 3,30 1,10 4,70 23,00 258
4 вариант 43 135 26 0,80 62,00 0,90 3,40 0,70 5,80 18,00 299
5 вариант 70 291 49 0,45 53,00 1,70 4,10 1,00 4,30 38,00 302
6 вариант 60 114 60 0,57 38,00 1,30 5,50 1,90 5,00 24,00 304
7 вариант 53 117 82 0,42 33,00 2,10 5,20 1,40 4,70 41,00 308
8 вариант 56 254 58 0,58 36,00 1,00 5,00 1,70 4,10 37,00 325
9 вариант 51 243 27 0,84 48,00 1,90 4,80 0,50 4,70 16,00 242
10 вариант 62 249 96 0,90 65,00 2,50 4,20 0,50 4,30 16,00 309
11 вариант 44 127 21 0,57 62,00 0,60 5,40 1,10 6,00 24,00 195
12 вариант 34 190 28 0,58 33,00 2,20 4,10 1,80 6,10 18,00 290
13 вариант 12 205 22 0,90 34,00 0,50 5,30 1,40 6,40 35,00 313
14 вариант 64 116 43 0,56 35,00 0,50 5,00 1,60 6,60 23,00 350
15 вариант 17 145 71 0,65 37,00 0,80 3,70 1,50 5,70 25,00 390
16 вариант 23 120 52 0,55 58,00 1,90 3,10 0,70 4,50 38,00 380
17 вариант 56 234 28 0,90 50,00 0,90 5,10 0,70 5,90 16,00 372
18 вариант 30 178 83 0,80 71,00 2,30 3,70 0,70 6,20 24,00 350
19 вариант 13 228 13 0,92 43,00 2,30 4,60 1,70 5,70 20,00 375
20 вариант 59 211 20 0,56 48,00 0,90 3,00 1,70 4,00 23,00 198
21 вариант 68 230 68 0,58 70,00 1,00 4,60 1,40 5,70 35,00 171
22 вариант 54 159 62 0,70 70,00 1,50 5,30 1,10 4,00 27,00 153
23 вариант 16 153 77 0,80 50,00 2,40 4,60 1,60 5,70 35,00 203
24 вариант 66 193 75 0,90 50,00 1,80 5,50 1,60 4,00 39,00 231
25 вариант 11 102 97 0,86 63,00 1,90 3,60 0,60 7,00 24,00 255
26 вариант 52 279 71 0,49 43,00 0,80 5,00 1,20 5,30 20,00 281
27 вариант 27 174 29 0,53 67,00 1,90 3,80 1,80 6,20 39,00 292
28 вариант 18 215 45 0,68 72,00 2,00 3,60 1,00 4,80 35,00 300
29 вариант 68 297 86 0,63 57,00 2,30 5,20 1,80 5,70 27,00 302
30 вариант 20 146 95 0,57 55,00 0,70 5,50 0,60 6,80 24,00 307
Отчёт о работе должен содержать название и цель работы, задание (номер варианта), правильно оформленные решения. По результатам работы необходимо сделать выводы.
Контрольные вопросы:
Назовите из чего складывается полная внутренняя энергия системы?
Объясните, что такое удельная внутренняя энергия?
Объясните, как определить энтальпию газа?
Назовите, что такое энтропия газа, в чем заключается ее физический смысл?
Назовите определение теплоемкости газов. Виды.
Сформулируйте первый закон термодинамики.
Запишите уравнение изохорного процесса.
Запишите основное уравнение для изобарного процесса.
Объясните физическую сущность изотермического процесса.
Запишите основное уравнение для адиабатического процесса.
Объясните в чем сущность политропного процесса?
Назовите, как определить термический КПД?
Сформулируйте, что означает «холодильный коэффициент»?
Назовите, в чем заключается сущность идеального цикла Карно?
Назовите, какой процесс называют обратным, а какой прямым?
Назовите известные вам трактовки второго закона термодинамики.
Список литературы
О.Н.Брюханов, В.А.Жила Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики. - М.: Инфра-М, 2010.
В.И.Калицун, Е.В.Дроздов, А.С.Комаров, К.И.Чижик Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики. – М.: Стройиздат, 2005
Интернет-ресурсы:
http://firing-hydra.ru/index.php?request=list_category&id=573Практическая работа №8.
Тема: Основные положения теории теплообмена.
Цель: научиться определять интенсивность излучения стенки, тепловой поток от газов к воздуху через кирпичную обмуровку и необходимую толщину тепловой изоляции.
Методическое обеспечение:
Методические указания по выполнению работы.
Справочная литература по УД ОП 06 «Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики»
Порядок выполнения работы:
Повторите теоретические положения по теме практической работы.
Изучите пример оформления задания.
Ознакомитесь с индивидуальным заданием.
Решите поставленные задачи.
Сделайте выводы о проделанной работе.
Оформите отчет и ответьте на контрольные вопросы.
Теоретическая часть
Согласно второму закону термодинамики самопроизвольный процесс переноса теплоты в пространстве возникает под действием разности температур и направлен в сторону уменьшения температуры.
Теория теплообмена изучает процессы распространения теплоты в твердых, жидких и газообразных телах. Перенос теплоты может передаваться тремя способами:
- теплопроводностью;
- конвекцией;
- излучением (радиацией).
Процесс передачи теплоты теплопроводностью происходит непосредственно при контакте тел или частицами тел с различными температурами и представляет собой молекулярный перенос передачи теплоты. При нагревании тела, кинетическая энергия его молекул возрастает и частицы более нагретой части тела, сталкиваясь с соседними молекулами, сообщают им часть кинетической энергии.
Конвекция- это перенос теплоты при перемещении и перемешивании всей массы неравномерно нагретых жидкости и газа. При этом, перенос теплоты зависит от скорости движения жидкости или газа прямо пропорционально. Это вид передачи теплоты сопровождается всегда теплопроводностью. Одновременный перенос теплоты конвекцией и теплопроводностью называется конвективным теплообменом.
В инженерных расчетах часто определяют конвективный теплообмен между потоками жидкости или газа и поверхностью твердого тела. Это процесс конвективного теплообмена называют конвективной теплоотдачей или теплоотдачей.
Процесс передачи теплоты внутренней энергии тела в виде электромагнитных волн называется излучением (радиацией). Этот процесс происходит в три стадии: превращение части внутренней энергии одного из тел в энергию электромагнитных волн, распространение электромагнитных волн в пространстве, поглощение излучения другим телом. Совместный теплообмен излучением и теплопроводностью называют радиационно-конвективным теплообменом.
Интенсивность переноса теплоты характеризуется плотностью теплового потока, т.е. количеством теплоты, передаваемой в единицу времени через единичную площадь поверхности. Эта величина измеряется в Вт/м2 и обычно обозначается q.
Явление теплопроводности состоит в переносе теплоты структурными частицами вещества- молекулами, атомами, электронами- в процессе их теплового движения. В жидкостях и твердых телах- диэлектриках- перенос теплоты осуществляется путем непосредственной передачи теплового движения молекул и атомов соседним частицам вещества. В газообразных телах распространение теплоты теплопроводностью происходит вследствие обмена энергией при соударении молекул, имеющих различную скорость теплового движения. В металлах теплопроводность осуществляется главным образом вследствие движения свободных электронов.
В основной зеком теплопроводности входит ряд математических понятий, определения которых, целесообразно напомнить и пояснить.
Температурное поле — это совокупности значений температуры во всех точках тела в данный момент времени.
Согласно основному закону теплопроводности — закону Фурье (1822 г.), вектор плотности теплового потока, передаваемого теплопроводностью, пропорционален градиенту температуры:
q = - λ grad t, (8.1)
где λ — коэффициент теплопроводности вещества; его единица измерения, Вт/(м·К).
Знак минус в уравнении (8.1) указывает на то, что вектор q направлен противоположно вектору grad t, т.е. в сторону наибольшего уменьшения температуры.
Перенос теплоты теплопроводностью
Однородная плоская стенка.
Простейшей и очень распространенной задачей, решаемой теорией теплообмена, является определение плотности теплового потока, передаваемого через плоскую стенку толщиной δ, на поверхностях которой поддерживаются температуры tw1 и tw2. (рисунок 8.1).

Рисунок 8.1 - Стационарное распределение температуры по толщине плоской стенки.
Температура изменяется только по толщине пластины - по одной координате х. Такие задачи называются одномерными, решения их наиболее просты, и в данном курсе мы ограничимся рассмотрением только одномерных задач. Учитывая, что для одномерного случая:
grad t = dt/dх, (8.2)
и используя основной закон теплопроводности:
, (8.3)
получаем дифференциальное уравнение стационарной теплопроводности для плоской стенки:
, (8.4)
Тогда, плотности теплового потока, будет иметь следующий вид:
, (8.5)
или мощность теплового потока (тепловой поток):
, (8.6)
При расчете плотности теплового потока q и температуры поверхностей стенки, можно получить уравнение теплопередачи:
q=Тж1-Тж21α1-δλ-1α2=K∙∆T (8.7)где K=11α1-δλ-1α2 - коэффициент теплопередачи.
Конвективный теплообмен
Понятие конвективного теплообмена включает процессы теплообмена между жидкостью (газом) и твердым телом при их непосредственном соприкосновении.
Тепловой поток при конвективном теплообмене определяется по формуле Ньютона:
Q = α∙F∙(tж - τ), (8.8)
где α – коэффициент пропорциональности, называемый коэффициентом теплоотдачи, Вт/(м2∙0С);
tж – температура жидкости, 0С;
τ - температура поверхности тела, 0С;
F – площадь поверхности теплообмена, м2.
Если принять F=1м2, получим величину удельного теплового потока (плотность теплового потока) q, Вт/м2.
В тепловых расчетах также используются различные критерии подобия.
Наиболее важным из них является критерий (или число) Нуссельта Nu. Это безразмерная величина, характеризующая процесс конвективного теплообмена. При известном числе Нуссельта Nu может быть легко вычислен коэффициент теплоотдачи:
α=λl∙Nu (8.9)где l – характерный размер поперечного сечения потока жидкости (газа).
Число Прандтля Pr – это критерий подобия, характеризующий процессы обмена энергией между частицами жидкости (газа). Его также называют критерием физических свойств вещества, так как он не зависит от внешних факторов, а определяется только свойствами жидкости (газа).
Число Прандтля вычисляется по значениям кинематической вязкости ν и коэффициента температуропроводности а:
Pr = ν/a, (8.10)
Коэффициент температуропроводности а – это комплексный показатель, равный отношению коэффициента теплопроводности жидкости λ к ее удельной теплоемкости при постоянном давлении ср и плотности ρ:
а=λср∙ρ (8.11)Теплообмен излучением
Под теплообменом излучением понимается перенос энергии посредством фотонов или электромагнитных колебаний. Количество излучаемой энергии поверхностью тела в единицу времени называется потоком излучаемой энергии Физл, или лучистым потоком, измеряемым в ваттах (Вт).
Если тепловой луч на своем пути встречает какое-нибудь тело, то часть лучистой энергии Физл проникает в это тело, а часть отражается в окружающее пространство. Некоторая доля энергии, проникающая в тело, превращается в тепловую энергию, а остальная проходит сквозь него. Итак, падающий на тело лучистый поток Фпад может разделиться на три части: отраженную Фотр, поглощенную Фпогл и пропущенную Фпр. Для количественной оценки каждой из этих частей вводят следующие понятия.
Отношение отраженной энергии Фотр к энергии Фпад, падающей на поверхность тела, называют отражательной способностью тела:
R=ФотрФпад, (8.12) Отношение поглощенной энергии Фпогл к энергии Фпад, падающей на поверхность тела, называют поглощательной способностью тела:
А=ФпоглФпад, (8.13) Отношение энергии Фпр, прошедшей сквозь тело, к падающей энергии Фпад, называют пропускательной способностью тела:
D=ФпрФпад, (8.14) Тогда, в соответствии с законом сохранения энергии A+R+D=1.
Пример решения задачи:
Вариант 30
Определить сопротивление стенки чугунной трубы, если ее толщина δ, а теплопроводность чугуна λ = 39 Вт/(м*0С)
1310640704850019678651333500Дано: СИ: Решение:
δ = 2 мм 0,002м Сопротивление стенки:
-8001034798000λ = 39 Вт/(м*0С) R= δλ=0,00239=0,00005 0С
R - ? Ответ: R=0,00005 0С
Задания для практической работы.
Основная часть:
№1. Определить сопротивление стенки чугунной трубы, если ее толщина δ, а теплопроводность чугуна λ = 39 Вт/(м*0С)
№2. Определить тепловой поток при конвективном теплообмене, если коэффициент теплоотдачи α2, площадь поверхности составляет F. Температура жидкости tж, а температура поверхности стенки τ.
№3 Определить тепловой поток от газов к воздуху через кирпичную обмуровку котла площадью F и толщиной δ’, если температура газов t1, температура воздуха t2, коэффициент теплообмена на внутренней поверхности α1 и коэффициент теплообмена на наружной поверхности α2 и коэффициент теплопроводности обмуровки λ = 0,81 Вт/(м*0С). Определить также температуры обеих поверхностей обмуровки.
№4. Определить критерии подобия Прандтля и Нуссельта, если в трубе длиной l течет вода (коэффициент теплопроводности воды λ = 0,6 Вт/(м*0С), и коэффициент теплоотдачи α = 340 Вт/(м2*0С)), а удельная теплоемкость составляет ср = 1,87 кДж/(кг*К). Коэффициент кинематической вязкости воды υ = 96 м2/с.
№5. Падающий на стену лучистый поток с энергией Фпад, разделился на энергии: отраженную Фотр, поглощенную Фпогл и пропущенную. Определить:
отражательную способность тела
Поглощательную способность тела
Пропускательную способность тела
Проверить соответствие закона сохранения энергии.
Дополнительная часть:
№6. Определить интенсивность излучения стенки с коэффициентом излучения стенки С, если температура поверхности стенки t1. Определить также степень черноты стенки.
Варианты заданий.
№ п/п δ, мм α1, Вт/(м2∙0С) α2, Вт/(м2∙0С) F, м2 tж, К τ, 0С δ’, мм t1, 0C t2, 0C l, км Фпад, кал/ см2 Фотр, кал/ см2 Фпогл кал/ см2 с,
Вт/ (м2∙0С)
1 вариант 5 20 7,5 142 280 5 295 570 34 1,2 1007 436 473 4,2
2 вариант 3 24,6 7 123 293 6 240 561 27 1,6 1025 447 475 4,3
3 вариант 2 22,9 7,8 149 283 5 236 577 38 1,4 1026 430 472 4,8
4 вариант 2 22,1 7,4 122 296 5 295 600 30 1,1 1029 405 460 4,4
5 вариант 4 24,4 8 147 291 3 258 538 31 1,4 1014 441 479 4,5
6 вариант 2 20,1 7,8 125 283 4 288 503 24 1,5 1015 425 479 4,6
7 вариант 2 20,4 7,1 111 297 3 291 510 30 1,3 1019 427 473 4,2
8 вариант 3 21,2 7 121 296 3 242 572 40 1,4 1027 420 476 4,7
9 вариант 3 21,3 7,9 130 293 5 251 525 30 1,4 1011 422 453 4,3
10 вариант 5 21,5 7,8 115 295 4 245 600 28 1,6 1006 409 463 4,6
11 вариант 3 21,4 7,8 139 280 3 295 501 39 1,6 1007 426 456 4,3
12 вариант 4 22,2 7,3 124 294 3 225 571 22 1,1 1050 416 476 4,2
13 вариант 4 23,8 6,8 121 290 3 232 536 32 1,3 1038 420 452 4,3
14 вариант 5 20,3 8,1 122 287 6 222 536 26 1,3 1017 433 467 4,5
15 вариант 5 23,1 8,3 114 289 3 246 520 31 1,2 1031 418 454 4,8
16 вариант 5 22,7 8,2 141 295 6 296 564 31 1,3 1041 413 459 4,1
17 вариант 5 20,1 8,3 134 299 3 208 598 27 1,1 1001 450 454 4,7
18 вариант 4 24,3 6,9 122 294 6 252 519 38 1,2 1034 407 461 4,8
19 вариант 4 24 7,5 133 291 3 250 520 33 1,6 1009 447 459 4,8
20 вариант 3 20,9 7,5 124 281 6 240 581 24 1,2 1004 434 459 4,8
21 вариант 4 22,6 6,8 137 285 6 216 537 40 1,6 1039 436 455 4,6
22 вариант 4 23,3 7,3 141 296 6 284 506 34 1,3 1017 425 463 4,2
23 вариант 2 22,7 8,2 124 300 5 226 502 32 1,4 1002 406 469 4,3
24 вариант 2 24,5 7,5 150 280 6 248 540 39 1,3 1029 449 462 4,6
25 вариант 3 21,5 7,8 118 285 6 278 528 25 1,4 1006 436 453 4,2
26 вариант 4 24,3 7 137 280 5 200 551 36 1,1 1015 442 479 4,5
27 вариант 5 21,7 7,6 106 289 4 239 551 20 1,5 1037 416 452 4,3
28 вариант 3 20,9 7,6 109 294 6 299 588 21 1,5 1004 408 478 4,8
29 вариант 2 22,4 7,7 138 280 4 221 570 33 1,3 1042 415 450 4,2
30 вариант 2 22,4 7,8 150 284 6 236 594 30 1,5 1013 428 455 4,2
Отчёт о работе должен содержать название и цель работы, задание (номер варианта), правильно оформленные решения. По результатам работы необходимо сделать выводы.
Контрольные вопросы:
Назовите три основные виды теплообмена.
Объясните механизм обмена энергии в процессе теплопроводности.
Объясните процесс теплового излучения.
Какой процесс называется теплопередачей?
Дайте определение теплового потока.
Запишите математическое выражение закона Фурье.
Дайте определение конвективного теплообмена.
От каких критериев подобия зависит число Нуссельта в случае конвективного теплообмена?
Объясните понятие лучистой энергии?
Объясните следующие понятия способности тела: поглощательная, отражательная и пропускательная.
Список литературы
О.Н.Брюханов, В.А.Жила Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики. - М.: Инфра-М, 2010.
В.И.Калицун, Е.В.Дроздов, А.С.Комаров, К.И.Чижик Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики. – М.: Стройиздат, 2005
Интернет-ресурсы:
http://firing-hydra.ru/index.php?request=list_category&id=573Практическая работа №9.
Тема: Определение потерь давления в воздуховодах, построение характеристик воздуховодов.
Цель: научиться определять неблагоприятное расположение каналов воздуховодов, производить расчет вентиляционных воздуховодов, определять потери давления в воздуховодах.
Методическое обеспечение:
1. Методические указания по выполнению работы.
Справочная литература по УД ОП 06 «Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики»
Порядок выполнения работы:
Повторите теоретические положения по теме практической работы.
Изучите пример оформления задания.
Ознакомитесь с индивидуальным заданием.
Решите поставленные задачи.
Сделайте выводы о проделанной работе.
Оформите отчет и ответьте на контрольные вопросы.
Теоретическая часть
Канальными системами естественной вентиляции называются системы, в которых подача наружного воздуха или удаление загрязненного осуществляется по специальным каналам, предусмотренным в конструкции здания, или приставным воздуховодам.
Основная задача вентиляции - поддерживать в помещениях воздух, отвечающий по своему качеству санитарно-гигиеническим требованиям.
Естественное давление:
∆pe=hi∙g∙ρH-ρВ, Па (9.1)
где hi – высота воздушного столба, принимаемая от центра вытяжного отверстия до устья вытяжной шахты, м;
ρн, ρв – плотность соответственно наружного и внутреннего воздуха, кг/м3.
Необходимое условие нормальной работы естественной вентиляции:
R∙l∙β+Z∙α=∆pе , Па (9.2)
где R – удельная потеря давления на трение, Па/м;
l – длина воздуховодов (каналов), м;
Rl – потеря давления на трение расчетной ветви, Па;
Z – потеря давления на местные сопротивления, Па;
∆ре – располагаемое давление, Па;
α – коэффициент запаса, α =1,1 - 1,15;
β – поправочный коэффициент на шероховатость поверхности.
Естественное давление не зависит от длины горизонтальных воздуховодов, тогда как для преодоления сопротивлений в коротких ветвях воздуховодов, безусловно, требуется меньше давления, чем в ветвях значительной протяженности.
Удельная потеря давления:
∆руд=∆рl (8.3)где l – суммарная длина воздуховодов (каналов), м;
∆ре – располагаемое давление, Па.
Перекачка по трубам газов широко используется для различных целей (бытовых и технических). По сравнению с движением капельных жидкостей движение газов характеризуется рядом особенностей, обуславливаемых различиями физических свойств капельных жидкостей и газообразных жидкостей.
Различают два случая движения газа по газопроводам в зависимости от перепада давления ∆р между начальным и конечным сечениями труб, отнесенного к среднему давлению:
Малые относительные перепады ( ∆рр≤5%);
Большие относительные перепады ( ∆рр≥5%).
В первом случае, возможно, пренебрегать сжимаемостью газов, т.е. считать плотность транспортируемого газа неизменной по всей длине трубопровода.
При больших относительных перепадах пренебрегать сжимаемостью газа нельзя и нужно учитывать непрерывный характер изменения плотности газа в зависимости от давления.
Пример решения задачи:
Вариант 30
Рассчитайте воздуховод системы естественной вытяжной вентиляции, обслуживающей врачебные кабинеты двухэтажного здания поликлиники. Аксонометрическая схема системы вентиляции с указанием объема воздуха, проходящего по каждому участку, длины и номеров участков приведена на рисунке 8.1. Воздух удаляется из верхней зоны помещений на высоте 0,5 м от потолка. Высота этажей, включая толщину перекрытия – 3,3 м. Высота чердака под коньком крыши 3,6 м.Температура наружного воздуха для расчета вытяжной системы естественной вентиляции принимаем равной t1.

Рисунок 8.1 - Воздуховод системы вентиляции, к примеру решения задачи
92964013335001596390252095Дано: Решение:
l1 =0,8 м
l2 = 0,4м
l3 = 2,2м
l4 = 0,5м
l5 = 1,2м
l6 = 4,1м
l7 = 4,4м
l8 = 0,8м
l9 = 1,0м Рисунок 8.2 - Воздуховод системы вентиляции, к решению задачи
l10 = 2,3 м Температура наружного воздуха для расчета вытяжной
l11 = 4,9м системы естественной вентиляции принимаем равной t1 = 120C
l12 = 0,6м Тогда, из приложения 14 (справочные данные) ρ12 =1,256 кг/м3
-7048526797000t1 = 120С Внутреннюю температуру воздуха во врачебных кабинетах
∆руд - ? принимаем 20 0С, тогда ρ20 =1,205 кг/м3.
Располагаемое естественное давление в системе вентиляции
для помещений второго этажа равно:
∆p2=hi∙g∙ρH-ρВ=4,9∙9,81∙1,256-1,205=2,452Па Для помещений первого этажа:
∆p1=hi∙g∙ρH-ρВ=8,5∙9,81∙1,256-1,205=4,453Па Расчет воздуховодов начинаем с наиболее неблагоприятного
расположенного канала (самого удаленного)
Из схемы системы вентиляции видно, что таким будет
канал второго этажа правой ветки, обозначенный 1.
Действительно, возможная удельная потеря давления для
участков 1, 2, 3, 4, 5 и 6 при общей их длине
l=0,8+0,4+2,2+0,5+1,2+4,1=9,2 м, ∆руд2=∆р2l=0.267 Па/м
а для участков 7, 3, 4, 5 и 6 при общей длине их
l=4,4+2,2+0,5+1,2+4,1=12,4 м ∆руд1=∆р1l=0.359 Па/м Ответ: ∆руд1=0,359 Па/м∆руд2=0,267 Па/м.
Задания для практической работы.
44951651882140№1. Вентиляция уличной и внутренней канализационных сетей осуществляется вследствие разности веса теплового газа в сети и веса атмосферного воздуха. Газ вытесняется через стояки 1, заканчивающиеся над крышами зданий, а воздух притекает через зазоры между крышками 2 и люками колодцев. Определите разность давлений в канализационной сети n – этажного дома и в окружающем пространстве на уровне поверхности земли, если температура газов в сети t1, а температура воздуха t2.
Рисунок 8.3 – Разрез здания, к задаче №1
№2. Рассчитайте воздуховод системы естественной вытяжной вентиляции, обслуживающей врачебные кабинеты двухэтажного здания поликлиники. Аксонометрическая схема системы вентиляции с указанием объема воздуха, проходящего по каждому участку, длины и номеров участков приведена на рисунке 3. Воздух удаляется из верхней зоны помещений на высоте 0,5 м от потолка. Высота этажей, включая толщину перекрытия – 3,3 м. Высота чердака под коньком крыши 3,6 м. Температура наружного воздуха для расчета вытяжной системы естественной вентиляции принимаем равной t1.
20720055969000
Рисунок 8.4 – Воздуховод,
к задаче №2
Варианты заданий:
№ п/п t1, 0C t2, 0C n, эт. l1, м l2, м l3, м l4, м l5, м l6, м l7, м l8, м l9, м l10, м l11, м l12, м
1 вариант 14 -30 9 0,8 0,2 3 0,5 1,5 4,6 3,9 0,7 1,1 1,8 4,6 0,7
2 вариант 11 -18 10 0,4 0,5 2,7 0,2 1,5 4,3 4,5 0,7 1 1,8 4,9 0,6
3 вариант 9 -22 10 0,8 0,2 2,9 0,5 1,3 4,3 4,4 0,7 1,1 2 4,9 0,5
4 вариант 9 -24 9 0,8 0,5 2,4 0,4 1,5 4,6 4 0,9 0,9 2,4 4,9 0,5
5 вариант 8 -29 10 0,4 0,5 2,8 0,4 1,3 4,3 3,7 0,7 1 2,2 4,9 0,5
6 вариант 8 -14 10 0,7 0,3 2,3 0,3 1,3 4,2 4 0,6 0,9 2,2 4,7 0,7
7 вариант 6 -25 10 0,4 0,5 2,4 0,3 1,3 4,4 4,3 0,6 0,9 2,3 4,7 0,6
8 вариант 5 -23 10 0,8 0,2 2,7 0,3 1,2 4 4,1 0,6 1 1,9 4,8 0,4
9 вариант 12 -23 10 0,4 0,4 2,8 0,5 1,3 4 4,4 0,6 0,9 2,2 4,8 0,5
10 вариант 13 -10 10 0,8 0,5 3 0,2 1,5 4,4 4,3 0,6 1,1 2 4,6 0,7
11 вариант 6 -23 10 0,6 0,3 2,9 0,5 1,3 3,9 3,9 0,7 0,9 2,1 4,6 0,5
12 вариант 11 -30 9 0,7 0,5 2,3 0,5 1,4 4,3 4,5 0,8 0,9 1,9 4,5 0,7
13 вариант 6 -17 9 0,7 0,4 2 0,4 1,3 3,9 4,2 0,9 0,9 1,9 4,5 0,6
14 вариант 9 -10 10 0,8 0,3 2,8 0,3 1,4 4,3 4,3 0,6 1 2,3 4,6 0,5
15 вариант 12 -24 10 0,9 0,3 2,1 0,3 1,4 4,2 3,7 0,9 1,1 2,1 4,8 0,5
16 вариант 14 -14 10 0,6 0,3 2,9 0,4 1,3 4,3 4,3 0,9 0,9 2,1 4,5 0,6
17 вариант 5 -28 10 0,9 0,2 2,7 0,4 1,4 4,2 4,5 0,6 0,9 2 4,5 0,5
18 вариант 9 -24 9 0,9 0,2 2,4 0,2 1,5 4,3 4,2 0,6 1,1 2,2 4,6 0,7
19 вариант 5 -29 10 0,6 0,2 2,6 0,4 1,4 4 4 0,6 0,9 2,1 4,7 0,7
20 вариант 9 -15 9 0,5 0,5 2,4 0,2 1,5 4,3 4,1 0,7 0,9 1,8 4,7 0,7
21 вариант 7 -13 10 0,8 0,4 2,5 0,3 1,2 4,3 4 0,9 0,9 1,8 4,6 0,6
22 вариант 9 -12 10 0,6 0,2 2,9 0,5 1,4 4,2 4,3 0,9 0,8 1,8 4,5 0,5
23 вариант 12 -30 10 0,7 0,5 3 0,3 1,2 4,3 3,8 0,7 0,9 1,9 4,9 0,4
24 вариант 13 -22 9 0,7 0,3 2,8 0,4 1,5 4,6 4,4 0,9 0,9 1,9 4,5 0,4
25 вариант 5 -21 10 0,9 0,2 2,8 0,5 1,3 4,6 4 0,9 1,1 1,8 4,7 0,4
26 вариант 13 -15 9 0,5 0,3 2,2 0,3 1,5 4 3,9 0,7 1,1 1,8 4,8 0,5
27 вариант 5 -12 9 0,9 0,2 2,4 0,4 1,5 4,3 4,2 0,6 0,8 1,9 4,6 0,6
28 вариант 5 -25 9 0,7 0,3 2,6 0,5 1,5 4,2 3,9 0,6 1 1,9 4,8 0,6
29 вариант 7 -25 10 0,8 0,3 2,1 0,3 1,3 4,1 4,4 0,8 1,1 2,4 4,6 0,5
30 вариант 12 -22 9 0,8 0,4 2,2 0,5 1,2 4,1 4,4 0,8 1 2,3 4,9 0,6
Отчёт о работе должен содержать название и цель работы, задание (номер варианта), правильно оформленные решения. По результатам работы необходимо сделать выводы.
Контрольные вопросы:
Назовите, что является канальными системами естественной вентиляции?
Объясните принцип действия вытяжной вентиляции.
Сформулируйте основную задачу естественной вентиляции.
Назовите необходимое условие нормальной работы естественной вентиляции.
Запишите формулу для определения естественного давления в воздуховодах.
Объясните чем отличается методика гидравлического расчета газопроводов при больших и малых перепадах давления?
Список литературы
О.Н.Брюханов, В.А.Жила Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики. - М.: Инфра-М, 2010.
В.И.Калицун, Е.В.Дроздов, А.С.Комаров, К.И.Чижик Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики. – М.: Стройиздат, 2005
Интернет-ресурсы:
http://firing-hydra.ru/index.php?request=list_category&id=573http://www.twirpx.com/file/513611/http://bittu.org.ru/umkd/sites/default/files/Лекция7.pdfПрактическая работа №9.
Тема: Изучение работы и построение характеристик центробежного вентилятора.
Цель: научиться определять характеристики центробежных вентиляторов, изучить виды вентиляторов и принцип их работы.
Методическое обеспечение:
Методические указания по выполнению работы.
Справочная литература по УД ОП 06 «Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики»
Порядок выполнения работы:
Повторите теоретические положения по теме практической работы.
Изучите пример оформления задания.
Ознакомитесь с индивидуальным заданием.
Решите поставленные задачи.
Сделайте выводы о проделанной работе.
Оформите отчет и ответьте на контрольные вопросы.
Теоретическая часть
Вентиляторами называют устройства, служащие для перемещения воздуха и других газов при давлении не более 0,15*105 Па. Они, как и насосы, находят применение во многих отраслях народного хозяйства и, в частности, в системах теплогазоснабжения, вентиляции и кондиционирования воздуха. Вентиляторы разделяют на центробежные и осевые.
Центробежный вентилятор состоит из рабочего колеса (ротора) 2 с лопатками, спирального корпуса (кожуха) 3 и станины 1. Рабочее колесо насажено на вал 4, который установлен в подшипниках на станине.
2005965-909955
Рисунок 9.1 – а) Общий вид; б) схема устройства центробежного вентилятора
Центробежные вентиляторы применяются в вентиляционных системах промышленных и гражданских зданий, в агрегатах воздушного отопления и кондиционирования воздуха.
Конструктивное устройство центробежного вентилятора показано на рис. 9.2. Рабочее колесо вентилятора состоит из литой ступицы 1, жесткосопряженной с основным диском 2. Рабочие лопатки 3 крепятся к основномудиску 2 и к переднему диску 4, обеспечивающему необходимую жесткость
лопастной решетки 5. Корпус 6 вентилятора крепится к литой или сварнойстанине 9, на которой располагаются подшипники 10, несущие валвентилятора с посаженным на него рабочим колесом; 7 и 8 – фланцыкрепления всасывающей и напорной труб, 11 – шкив привода вентилятора.

Рисунок 9.2 – Конструктивное устройство центробежного вентилятора
Принцип работы центробежного вентилятора аналогичен принципу работы центробежного насоса. Воздух, поступивший через входное отверстие вентилятора в полость рабочего колеса, захватывается лопатками и приводится во вращение. Под действием возникающих сил при этом центробежных сил он сжимается, отбрасывается в спиральный кожух и через нагнетательный патрубок выходит в воздуховод.
2233930203835Осевой вентилятор представляет собой расположенное в цилиндрическом кожухе 2 лопаточное колесо 1, при вращении которого поступающий через входное отверстие воздух под действием лопаток перемещается между ними в осевом направлении.
Рисунок 9.3 – а) Общий вид; б) схема устройства осевого вентилятора
Колесо осевого вентилятора состоит из втулки, на которой закреплены наглухо или в которой встроены лопатки. Число лопаток на колесе от 2 до 32. Осевые лопатки с лопатками симметричного профиля называются – реверсивными, а с лопатками несимметричного профиля – нереверсивными.
Центробежные вентиляторы по сравнению с осевыми развивают большее давление, поэтому их целесообразно применять для подачи воздуха при значительном давлении, а осевые - для подачи относительно большого объема воздуха при небольшом давлении.
Основные технические характеристики вентиляторов:
Подача вентиляторов L, м3/ч, м3/с - это объем воздуха, перемещаемого вентилятором.
Полное давление:
рп=ρ∙Ψ∙v2 (9.1)где ρ – плотность воздуха, кг/м3;
v2 – окружная скорость, v2 =π∙D∙n60 , м/с;
Ψ – коэффициент давления вентилятора, Ψ=ƞГ∙φ2;
ƞГ=1-∆ppт - гидравлический КПД вентилятора;
рт – теоретическое давление, развиваемое вентилятором, Па;
φ2=сv2v2– коэффициент закручивания потока.
Теоретическая полезная мощность, передаваемая вентилятором перемещаемой среде:
Nт=рп∙L1000 , кВт (9.2)где рп –полное давление, Па;
L – подача вентилятора, м3/с.
КПД вентилятора – отношение полезной мощности к действительной:
ƞ=NтN (9.3)Установочная мощность двигателя:
Nуст=K∙N, кВт (9.4)где К – коэффициент запаса, принимаемый для центробежных вентиляторов, К = 1,5 – 1,1, для осевых К = 1,2-1,05.
Законы подобия:
L1L2=n1n2; p1p2=n12n22; N1N2=n13n23; (9.5)где n1 – первоначальное число оборотов, об/мин;
n2 – конечное число оборотов, об/мин;
L1 – первоначальная подача воздуха при начальном числе оборотов, м3/с;
L2 – конечная подача при конченом числе оборотов, м3/с;
р1 – первоначальное давление воздуха, Па;
р2 – конечный давление воздуха при конченом числе оборотов, Па;
N1 – первоначальная мощность при n1, Вт;
N2 – конечная мощность при конченом числе оборотов, Вт.
Критерий быстроходности:
nуд=53∙L∙ω4pп3 (9.6)где ω – угловая скорость вращения, с-1;
L – подача вентилятора, м3/с;
pп – полное давление вентилятора, Па.
Для центробежных вентиляторов критерий быстроходности составляет до 80, а для осевых 80 - 300.
Характеристикой вентилятора называется зависимость основных величин, определяющих его работу, от расхода воздуха. Характеристика строится в координатах L, м3/с, и p, Па, причем проводят линии полного давления при различной частоте вращения, линия динамического давления, а также линии КПД и потребляемой мощности. Пользуясь универсальной аэродинамической характеристикой, можно всегда выбрать наиболее эффективный режим работы вентилятора, при котором будет максимальный КПД.

Пример решения задачи:
Вариант 30
Определите критерий быстроходности вентилятора и какой вентилятор нужен, если его подача L, давление рп и угловая частота вращения рабочего колеса ω.
1301114762000Дано: Решение:
L = 1 м3/с Критерий быстроходности определим по формуле:
рп = 800 Па nуд=53∙L∙ω4pп3-8953542100400 ω = 89 с-1 Тогда, nуд=53∙1∙8948003=53∙1∙89150,42=31,36nуд - ? Следовательно, можно выбрать центробежный вентилятор.
Ответ: nуд=31,36Задания для практической работы.
Основная часть:
№1. Определите критерий быстроходности вентилятораи какой вентилятор нужен, если его подача L, давление рп и угловая частота вращения рабочего колеса ω.
№2. Определите давление, развиваемое центробежным вентилятором, если коэффициент давления Ψ, частота вращения рабочего колеса n1, наружный диаметр колеса D, а плотность воздуха ρ.
№3. При частоте вращения вала n1, и подаче L, центробежный вентилятор развивает давление p, и потребляет мощность N. Определите, как изменятся параметры насоса (∆L,∆p, ∆N), если частота вращения снизится до n2.
Дополнительная часть:
№4. Постройте характеристику вентилятора pп [Па] от L [тыс. м3/ч], если число оборотов вентилятора n, мощность N, а КПД ƞ. График выполните в программном комплексе Microsoft Excel.
Варианты заданий:
№ п/п L, м3/с рп, Па р, кПа ω, с-1 Ψ n1, мин-1 n2, мин-1 D, м ρ, кг/м3 N, кВт ƞ
1 вариант 4 715 3,4 90 0,83 800 513 0,54 1,2 20 0,5
2 вариант 1 797 3,8 89 0,87 900 440 0,51 1,2 10 0,6
3 вариант 2 700 3,4 85 0,85 1000 446 0,45 1,2 4,5 0,43
4 вариант 1 790 3,3 85 0,78 1100 500 0,41 1,2 2,8 0,64
5 вариант 4 747 4,2 88 0,71 1200 464 0,52 1,2 14 0,5
6 вариант 2 787 3,1 91 0,76 1300 577 0,42 1,2 1 0,6
7 вариант 2 789 3,8 85 0,77 1400 569 0,4 1,2 1,7 0,43
8 вариант 1 748 4,4 89 0,72 800 545 0,5 1,2 20 0,64
9 вариант 2 780 3,6 91 0,85 900 560 0,52 1,2 10 0,64
10 вариант 5 792 4,7 95 0,79 1000 434 0,42 1,2 4,5 0,5
11 вариант 1 776 4,7 88 0,9 1100 433 0,4 1,2 2,8 0,6
12 вариант 3 800 3,7 95 0,7 1200 554 0,6 1,2 14 0,43
13 вариант 4 705 4,2 91 0,9 1300 512 0,34 1,2 1 0,64
14 вариант 3 728 3,9 92 0,79 1400 517 0,33 1,2 1,7 0,5
15 вариант 4 718 4,4 93 0,85 800 508 0,48 1,2 20 0,6
16 вариант 4 799 4,5 89 0,87 900 496 0,3 1,2 10 0,43
17 вариант 3 786 4,2 92 0,73 1000 486 0,52 1,2 4,5 0,64
18 вариант 2 791 3,2 89 0,78 1100 560 0,4 1,2 2,8 0,64
19 вариант 3 795 5 86 0,82 1200 417 0,48 1,2 14 0,5
20 вариант 5 712 3,3 89 0,76 1300 550 0,36 1,2 1 0,6
21 вариант 3 779 4,6 91 0,7 1400 526 0,4 1,2 1,7 0,43
22 вариант 1 718 3 92 0,79 800 542 0,37 1,2 20 0,64
23 вариант 5 791 3 89 0,71 900 513 0,34 1,2 10 0,5
24 вариант 3 758 4,9 86 0,7 1000 409 0,55 1,2 4,5 0,6
25 вариант 5 707 4,1 90 0,8 1100 460 0,5 1,2 2,8 0,43
26 вариант 3 787 4 87 0,89 1200 513 0,46 1,2 14 0,64
27 вариант 3 714 3,7 88 0,81 1300 566 0,46 1,2 1 0,64
28 вариант 4 705 4,5 91 0,74 1400 442 0,36 1,2 1,7 0,43
29 вариант 1 735 4,6 85 0,83 1400 437 0,4 1,2 20 0,5
30 вариант 1 800 3,6 89 0,73 1300 572 0,34 1,2 14 0,6
Отчёт о работе должен содержать название и цель работы, задание (номер варианта), правильно оформленные решения. По результатам работы необходимо сделать выводы.
Контрольные вопросы:
Назовите назначение вентилятора и их виды.
Объясните принцип работы центробежного вентилятора.
Расскажите классификацию центробежных вентиляторов.
Назовите основные технические характеристики вентиляторов.
Объясните, как определить полезную мощность и КПД вентилятора.
Назовите, что характеризует критерий быстроходности вентилятора.
Назовите, что называют характеристикой вентилятора?
Список литературы
О.Н.Брюханов, В.А.Жила Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики. - М.: Инфра-М, 2010.
В.И.Калицун, Е.В.Дроздов, А.С.Комаров, К.И.Чижик Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики. – М.: Стройиздат, 2005
Интернет-ресурсы:
http://firing-hydra.ru/index.php?request=list_category&id=573http://www.firedata.ru/aerodinamicheskie_xarakteristiki_ventilyatorov.html