Teoretické základy tepelnej techniky a hydrauliky. Základy hydrauliky a tepelnej techniky

Načrtnuté sú základy hydrauliky, technickej termodynamiky a teórie prenosu tepla. Uvažuje sa o základoch hydrostatiky, kinematiky a dynamiky pohybu prúdenia, tepelných a energetických charakteristikách ideálnych a reálnych plynov, hlavných typoch prenosu tepla a teórii podobnosti hydrodynamických a tepelných procesov.
Príručka je určená pre študentov v odboroch: 28020265 „Inžinierstvo ochrany životného prostredia“. Využiť ho môžu študenti iných odborov študujúcich odbory „Hydraulika“ a „Tepelná technika“.

Fluidné modely.
Pre zjednodušenie riešenia mnohých problémov sa namiesto reálnej kvapaliny uvažuje ten či onen model kvapaliny, ktorý má len niektoré vlastnosti skutočných kvapalín. Tieto vlastnosti sú v riešenom probléme rozhodujúce, preto takéto zjednodušenia nevedú k výrazným chybám pri určovaní požadovaných veličín.

Uvažujme o hlavných existujúcich modeloch tekutín.
Ideálna kvapalina je kvapalina bez viskozity.
Nestlačiteľná tekutina je tekutina, ktorá pri zmene tlaku nemení hustotu.

Dokonalá kvapalina je nestlačiteľná kvapalina, v ktorej medzi molekulami nie sú žiadne súdržné sily a vnútorný objem molekúl je nulový.
Dokonalý plyn je stlačiteľná kvapalina (plyn), v ktorej medzi molekulami nie sú žiadne súdržné sily a vnútorný objem molekúl je nulový.

Ideálny plyn je dokonalý plyn. chýbajúca viskozita.
Baroklinická kvapalina je plyn. ktorého hustota je funkciou tlaku a teploty.
Barotropná kvapalina je plyn. ktorého hustota závisí len od tlaku.

OBSAH
Predslov
Základné označenia
Úvod
Časť I. ZÁKLADY HYDRAULIKY
1. FYZIKÁLNE VLASTNOSTI KVAPALIN
1.1. Základné fyzikálne vlastnosti kvapalín
1.2. Fluidné modely
2. HYDROSTATIKA
2.1. Diferenciálne rovnice rovnováhy tekutín
2.2. Hydrostatický zákon. Hydrostatický tlak
2.3. Podmienky pre rovnováhu kvapalín v komunikujúcich nádobách
2.4. Najjednoduchšie hydraulické stroje
2.5. Základné metódy a prístroje na meranie tlaku
2.6. Archimedov zákon
2.7. Rovnováha a stabilita tiel. ponorený do kvapaliny. Rovnováha telesa plávajúceho na hladine kvapaliny
2.8. Rovnováha zemskej atmosféry
3. HYDRODYNAMIKA
3.1. Základy kinematiky
3.1.1. Prúdové vedenia a elektrónky. Rovnica toku
3.1.2. Pohyb kvapalnej častice spojitého média
3.1.3. Vírivé a irotačné prúdenie
3.1.4. Rýchlosť obehu
3.2. Základy dynamiky
3.2.1. Sily pôsobiace na časticu spojitého média. Napätý stav elementárneho objemu. Stokesov zákon trenia
3.2.2. Diferenciálnej rovnice kontinuita
3.2.3. Diferenciálne rovnice na prenos hybnosti. Eulerove a Navier-Stokesove rovnice
3.2.4. Diferenciálna energetická rovnica
3.3. Pohyb viskózneho toku
3.3.1. Režimy prúdenia tekutín
3.3.2. Vlastnosti turbulentného prúdenia
3.3.3. Pohybové a energetické rovnice pre laminárne a turbulentné prúdenie tekutín
3.3.4. Modely turbulencie
3.4. Pohyb kvapaliny s nízkou viskozitou
3.4.1. Hraničná vrstva
3.4.2. Pohyb nevazkého toku
4. HYDRAULICKÝ ODOLNOSŤ
4.1. Odpory po dĺžke
4.2. Miestny hydraulický odpor
Časť II. ZÁKLADY TERMODYNAMIE
5. TERMODYNAMICKÝ SYSTÉM A JEHO PARAMETRE
5.1. Termodynamický systém a jeho stav
5.2. Parametre tepelného stavu
6. IDEÁLNY PLYN
6.1. Stavová rovnica ideálneho plynu
6.2. Ideálne zmesi plynov
7. ENERGETICKÉ CHARAKTERISTIKY TERMODYNAMICKÝCH SYSTÉMOV
7.1. Vnútorná energia. Entalpia
7.2. Job. Teplo
7.3. Tepelná kapacita
8. PRVÝ ZÁKON TERMODYNAMIE
8.1. Vyhlásenie prvého zákona termodynamiky
8.2. Prvý zákon termodynamiky pre základné termodynamické procesy
9. DRUHÝ ZÁKON TERMODYNAMIE
9.1. Výrok druhého zákona termodynamiky
9.2. Carnotov cyklus
9.3. Clausiusov integrál
9.4. Entropia a termodynamická pravdepodobnosť
10. REÁLNY PLYN
10.1. Stavové rovnice reálnych plynov
10.2. Páry. Odparovanie pri konštantnom tlaku
10.3. Clayperonova-Clausiova rovnica
10.4. pT diagram fázových prechodov
Časť III. ZÁKLADY TEÓRIE TEPLA A PRENOSU HMOT
11. ZÁKLADNÉ POJMY A ZÁKONY TEÓRIE TEPLA A PRENOSU HMOTY
11.1. Druhy výmeny tepla
11.2. Základné pojmy a zákony molekulárneho a konvekčného prenosu tepla
12. ZÁKLADY TEÓRIE PODOBNOSTI FYZIKÁLNYCH JAVOV
12.1. Matematická formulácia úloh dynamiky tekutín a prenosu tepla
12.2. Základy teórie podobnosti fyzikálnych procesov
12.3. Určenie veľkosti a určenie teploty
12.4. Identifikácia zovšeobecnených premenných z matematickej formulácie problému
12.5. Získanie čísel podobnosti na základe rozmerovej analýzy
13. TEPELNÁ VODIVOSŤ A PRENOS TEPLA V ​​STACIONÁRNOM REŽIME
13.1. Tepelná vodivosť látok
13.2. Tepelná vodivosť a prenos tepla cez plochú stenu
13.3. Tepelná vodivosť a prenos tepla cez valcovú stenu
13.4. Tepelná vodivosť a prenos tepla cez stenu gule
14. TEPELNÁ VODIVOSŤ V STACIONÁRNOM REŽIME
14.1. Podmienky podobnosti nestacionárnych teplotných polí
14.2. Nestála tepelná vodivosť plochej steny
15. PRENOS TEPLA
15.1. Faktory ovplyvňujúce intenzitu prenosu tepla
15.2. Vzťah medzi prenosom tepla a trením
15.3. Zákony trenia a prenosu tepla pre turbulentnú hraničnú vrstvu
15.4. Prenos tepla pri nútenej konvekcii plochej dosky
15.4.1. Prenos tepla dosky s laminárnou hraničnou vrstvou
15.4.2. Prestup tepla dosky pod turbulentnou hraničnou vrstvou
15.5. Prenos tepla počas vonkajšieho prúdenia okolo jedného zväzku rúr a rúrok
15.6. Prenos tepla počas prúdenia tekutiny v potrubiach a kanáloch
15.7. Prenos tepla pri voľnej konvekcii
15.8. Prenos tepla pri fázových premenách
15.8.1. Prenos tepla pri kondenzácii
15.8.2. Prenos tepla počas varu
15.8.3. Prenos tepla počas varu za podmienok pohybu kvapaliny cez potrubia
15.9. Zintenzívnenie prenosu tepla
16. PRENOS TEPLA ŽIARENÍM
16.1. Základné pojmy a definície
16.2. Základné zákony prenosu tepla sálaním
16.3. Radiačná výmena tepla medzi pevnými látkami oddelenými priehľadným médiom
16.4. Ochranné clony
16.5. Radiačná výmena tepla medzi plynom a plášťom
17. VÝMENNÍKY TEPLA
17.1. Hlavné typy výmenníkov tepla
17.2. Tepelný výpočet rekuperačného výmenníka tepla
17.3. O hydraulickom výpočte rekuperačného výmenníka tepla
17.4. Spôsoby zvýšenia účinnosti výmenníkov tepla
Bibliografia.

Odoslanie dobrej práce do databázy znalostí je jednoduché. Použite nižšie uvedený formulár

Študenti, postgraduálni študenti, mladí vedci, ktorí pri štúdiu a práci využívajú vedomostnú základňu, vám budú veľmi vďační.

Uverejnené dňa http://www.allbest.ru/

MINISTERSTVO ŠKOLSTVA A VEDY CHABAROVSKÉHO KRAJA

KGBOU SPO "CHABAROVSK TECHNICAL COLLEGE"

Oddelenie: korešpondencia

Špecialita: „Inštalácia a prevádzka

vnútorné vodovodné armatúry,

klimatizácia

a vetranie."

Skupina: d 331 kz

Test

Disciplína: „Hydraulika, tepelné inžinierstvo a aerodynamika“

Doplnil: Litvínov A.A.

1. Vysvetlite pojem „pracovná tekutina“. Aké látky sa pri ňom používajú, akými parametrami sa vyznačuje?

2. Definujte kritický tlak a kritickú teplotu, uveďte ich číselné hodnoty

3. Čo je vlhký vzduch? Uveďte jeho vlastnosti

4. Uveďte typy prúdov vzduchu a znaky ich oddelenia

5. Trysky, ich typy, na aký účel sa používajú

Použité zdroje

1. Vysvetlite pojem „pracovná tekutina“. Aké látky sa ako to používajúvyznačujú sa parametrami

Termodynamikaštuduje zákony vzájomných premien rôzne druhy energia spojená s výmenou energie medzi telesami, najčastejšie vo forme tepla a práce. Klasická termodynamika sa nezaujíma o správanie a vlastnosti jednotlivých molekúl, predmetom skúmania sú makroskopické telesá pozostávajúce z veľké číslo hmotné častice – atómy, molekuly a pod.

Pod termodynamický systém rozumieť súhrnu telies, ktoré si môžu vymieňať energiu a hmotu medzi sebou a s prostredím.

Procesy premeny energie v rôznych tepelných motoroch sa uskutočňujú pomocou látky tzv pracovníkovtelo. Ako pracovné telesá môžu pôsobiť látky v kvapalnom, plynnom a tuhom skupenstve. Sú to „sprostredkovatelia“ v procese výmeny energie medzi systémom a prostredím. Napríklad zahriaty plyn expanduje a vykonáva mechanickú prácu. V dôsledku toho sa tepelná energia premieňa na mechanickú energiu.

Pracovná kvapalina je charakterizovaná rôznymi stavovými parametrami - tlak, objem, teplota, vnútorná energia, entalpia atď. Hlavné parametre stavu sú: špecifický objem, absolútny tlak a absolútna teplota.

Špecifický objem je objem jednotkovej hmotnosti látky:

Hmotnosť jednotky objemu, t.j. prevrátená hodnota špecifického objemu sa nazýva hustota:

Pomer je zrejmý: .

Absolútny tlak je tlak plynu spôsobený kombináciou nárazov náhodne sa pohybujúcich molekúl na steny nádoby, v ktorej je plyn uzavretý, a je to normálová sila F pôsobiaca na jednotkovú plochu A povrchu steny:

Kg/m2 = Pa.

V sústave SI sa tlak meria v pascaloch (Pa).

Na meranie tlaku sa používajú prístroje: atmosférický - barometre, nad atmosférický - tlakomery, pod atmosférický - vákuomery. Barometer je jediný prístroj, ktorý meria absolútny tlak atmosféry (p atm). Tlak zaznamenaný tlakomerom alebo vákuomerom sa nazýva pretlak (pg). Nie je to parameter stavu pracovnej tekutiny, ale iba ukazuje, o koľko je tlak v nádobe vyšší alebo nižší ako atmosférický. Skutočný tlak (p) v nádobe (absolútny) je stavový parameter a rovná sa súčtu:

Tlak na stupnici vákuového manometra je zvyčajne označený znamienkom mínus.

Veličina charakterizujúca stupeň zahriatia telesa sa nazýva teplota.

Stupeň zahrievania telies súvisí so strednou kvadrátovou rýchlosťou pohybu molekúl výrazom:

kde m = molekulová hmotnosť,

k - Boltzmannova konštanta,

T - absolútna teplota.

Absolútna teplota sa meria v kelvinoch (K) a je vždy kladná. Absolútna nula je teplota, pri ktorej sa zastaví tepelný pohyb molekúl, t.j. začiatok odčítania teploty na Kelvinovej stupnici. Teplota na Kelvinovej stupnici súvisí s teplotou na Celziovej stupnici vzťahom:

V Kelvinovej a Celziovej stupnici je len pôvod odlišný a lineárne rozmery, zodpovedajúce jednému stupňu, sú rovnaké. Preto sa teplotný rozdiel 1 o C rovná 1 K.

V technológii sa teplota meria pomocou rôzne vlastnosti telesá: expanzia pri zahrievaní v kvapalinových teplomeroch, zmena tlaku pri konštantnom objeme v plynových teplomeroch, zmena elektrického odporu vodiča pri zahrievaní, zmena termoEMF v obvode termočlánku atď.

2 . Definujte kritický tlak a kritikuľadová teplota,uveďte ich číselné hodnoty

Kritický tlak-- tlak látky (alebo zmesi látok) v kritickom stave. Pri tlakoch pod kritickým tlakom sa systém môže rozložiť na dve rovnovážne fázy – kvapalinu a paru. Pri kritickom tlaku sa fyzikálny rozdiel medzi kvapalinou a parou stráca a látka prechádza do jednofázového stavu. Kritický tlak preto možno definovať aj ako hraničný (najvyšší) tlak nasýtenej pary za podmienok koexistencie kvapalnej fázy a pary. Kritický tlak je fyzikálna a chemická konštanta látky. Kritický stav zmesí sa vyznačuje závislosťou kritického tlaku od zloženia, a preto sa nevyskytuje v jedinom kritickom bode, ale na krivke, ktorej všetky body sú charakterizované kritickými hodnotami tlaku, teploty a koncentrácie.

Kritická teplota je teplota látky v kritickom stave. Pre jednotlivé látky je kritická teplota definovaná ako teplota, pri ktorej sú rozdiely v fyzikálne vlastnosti medzi kvapalinou a parou v rovnováhe. Pri kritickej teplote sa hustoty nasýtenej pary a kvapaliny zhodujú, hranica medzi nimi zmizne a výparné teplo sa stane nulovým. Kritická teplota je jednou z nemenných charakteristík (konštánt) látky. Hodnoty kritických teplôt a tlakov niektorých látok sú uvedené v tabuľke:

3. Čo je vlhký vzduch? Uveďte jeho vlastnosti

V technike sa často používajú zmesi plynov a pár, ktoré za určitých podmienok ľahko kondenzujú. Najtypickejším príkladom zmesi para-plyn je atmosférický vzduch, ktorý vždy obsahuje vodnú paru. Zmes suchého vzduchu a vodnej pary je tzv vlhký vzduch. Znalosť vlastností vlhkého vzduchu má veľký význam pri projektovaní a prevádzke sušiacich a vetracích-zvlhčovacích jednotiek.

Pri nízkych tlakoch možno za ideálne plyny považovať suchý vzduch a vodnú paru, ktorú obsahuje. V tomto prípade pre nich platia zákony formulované pre zmes ideálnych plynov.

Podľa Daltonovho zákona sa absolútny tlak vlhkého vzduchu P bar rovná spravidla atmosférickému tlaku - súčtu parciálnych tlakov suchého vzduchu P s.v a vodnej pary P p

P = P s.v + P p

Vodná para existuje vo vlhkom vzduchu v prehriatom stave. V tomto prípade je parciálny tlak vodnej pary nižší ako tlak nasýtenia Pn vlhkého vzduchu pri danej teplote. Zmes suchého vzduchu a prehriatej vodnej pary je tzv vlhký, nenasýtený vzduch. Ak znížite teplotu nenasýteného vlhkého vzduchu pri konštantnom tlaku, môžete dosiahnuť stav, kedy P p = P n, t.j. tlak a teplota vodnej pary zodpovedajú stavu nasýtenia. Zmes suchého vzduchu a nasýtenej vodnej pary je tzv nasýtený vlhký vzduch. Teplota, na ktorú sa musí vlhký vzduch ochladiť pri konštantnom tlaku, aby sa nasýtil, sa nazýva teplota rosného bodu t p.

V dôsledku toho sa teplota rosného bodu v akomkoľvek stave vlhkého vzduchu numericky rovná teplote nasýtenia zodpovedajúcej danému parciálnemu tlaku pár P p.

Na charakterizáciu zmesi pary a vzduchu je potrebné poznať jej zloženie. Zloženie vlhkého vzduchu sa posudzuje podľa jeho vlhkosti a obsahu vlhkosti. Rozlišuje sa medzi absolútnou a relatívnou vlhkosťou.

Absolútna vlhkosť vzduch je množstvo vodnej pary na 1 m 3 vlhkého vzduchu, t.j.

Ak vezmeme do úvahy, že objem vlhkého vzduchu V c.c sa rovná objemu pary V p, absolútna vlhkosť vzduchu sa číselne rovná hustote vodnej pary v ňom obsiahnutej c p.

Postoj absolútna vlhkosť c p a maximálna možná absolútna vlhkosť c n, zodpovedajúca t p, charakterizuje stupeň nasýtenia a je tzv. relatívna vlhkosť vzduchu.

Hodnoty c sa môžu meniť od c = 0 (suchý vzduch) do c = 100 % (vlhký nasýtený vzduch).

Vzhľadom na to, že para vo vzduchu sa považuje za ideálny plyn, (P p v p = P n v n), t.j.

Parciálny tlak v stave nasýtenia P n sa určí z tabuliek nasýtenej pary pri teplote t p = t b.v. Parciálny tlak P p je tiež zistený z tabuliek teploty rosného bodu.

Keďže pri procesoch prebiehajúcich s vlhkým vzduchom (ohrievanie, chladenie) sa množstvo suchého vzduchu m d.v nemení, odporúča sa všetky špecifické hodnoty vzťahovať na 1 kg suchého vzduchu. Hmotnosť vodnej pary na 1 kg suchého vzduchu je tzv Obsah vlhkosti.

Za predpokladu, že vodná para a vzduch sú ideálne, môžeme napísať:

RpVp = mpRpTp; P v Vin = m v R v Tin;

Za predpokladu, že Vp = Vin a Tp = Tin, dostaneme

Ak vezmeme do úvahy, že P bar = P in + P p a P p = cP n, potom

Hustotu vlhkého vzduchu c v.v možno určiť ako súčet hustoty pár c p a hustoty suchého vzduchu c b pri ich parciálnych tlakoch. To je zrejmé

Entalpia vlhkého vzduchu vztiahnuté na 1 kg suchého vzduchu alebo (1+d) kg vlhkého vzduchu a určené ako súčet entalpií 1 kg suchého vzduchu a d kg vodnej pary, t.j.

I = i in + i p d = c rv t + i p d.

Pre teploty a tlaky používané v technológii sušenia je približne c pv = 1,0 kJ / (kg . deg) a pre vodnú paru i p = (r + c рm t) = (2500 + 1,9 t) kJ/kg.

I-d diagram vlhkého vzduchu. Stanovenie parametrov a štúdium procesov vlhkého vzduchu je značne zjednodušené a stane sa jasným, ak použijete I-d diagram vlhkého vzduchu, ktorý v roku 1918 navrhol L.K. Ramzin. Na tomto diagrame sú na zvislej osi vynesené hodnoty entalpie vlhkého vzduchu I kJ/kg suchého vzduchu. vzduchu a pozdĺž osi x - obsah vlhkosti d g/kg sušiny. vzduchu

Pre pohodlie (zvýšenie pracovnej plochy diagramu) je úsečka nasmerovaná pod uhlom 135 0 k osi y. Preto sa ukazuje, že čiary J=const sú naklonené k horizontu pod uhlom 45°. Aby sa zmenšila veľkosť diagramov, hodnoty d z osi x sa presunú na vodorovnú podmienenú os 0 - 0ґ.

Mriežka izotermy je vynesená do diagramu pomocou rovnice. Tieto izotermy sú priame čiary s miernym stúpaním. Na každom z nich body s rovnaké hodnoty q a ich spojením získame mriežku kriviek q = konšt. Krivka q = 100 % znázorňuje vlhký stav nasýtený vzduch a je to hraničná krivka. Táto krivka oddeľuje oblasť nenasýteného vlhkého vzduchu (hore) a oblasť hmly (dole), v ktorej je vlhkosť čiastočne v kvapôčkovom stave.

Diagram je konštruovaný pre tlak vlhkého vzduchu P bar = 745 mm Hg, čo zodpovedá priemernému ročnému barometrickému tlaku.

Čiary q = const stúpajú k izoterme 99,4 0 C (teplota nasýtenia pri P = 745 mm Hg), po ktorej stúpajú takmer vertikálne, pretože pre t > t n závisí hodnota q len od d.

Diagram obsahuje aj čiary (zobrazené bodkovanými čiarami) mokrý teplomer s konštantnou teplotou, ktorá označuje teplotu vody, ak je jej povrch fúkaný prúdom nenasýteného vlhkého vzduchu. Ak je povrch vody fúkaný prúdom nasýteného vzduchu (ts = 100%), potom sa teplota vody zhoduje s teplotou vzduchu. Preto sa na I-d diagrame izotermy vlhkého vzduchu („suchý“ teplomer), zodpovedajúce rovnakej hodnote teploty, pretínajú na priamke μ = 100 %.

Čiara čiastočného tlaku je nakreslená v spodnej časti diagramu

Stav vlhkého vzduchu na I-d diagrame (bod A) možno určiť ľubovoľnými dvoma parametrami (ca t alebo P p a t), po ktorých sa zistí I a d. Pre tento stav môžete nájsť aj teplotu rosného bodu, pre ktorú je z bodu A nakreslená zvislá čiara (d = const), až kým sa nepretína s μ = 100 %; tie. izoterma prechádzajúca týmto bodom bude zodpovedať teplote rosného bodu t p. termodynamická energetická entalpia

I-d diagram ukazuje hlavné procesy vlhkého vzduchu. Takže ak vezmeme do úvahy, že v procese ohrevu vlhkého vzduchu (napríklad v ohrievači sušiaceho zariadenia) sa množstvo vodnej pary nemení, proces ohrevu bude znázornený zvislou priamkou d = const (A - B). V tomto prípade sa teplota vzduchu zvýši z t A na t B a relatívna vlhkosť sa zníži z ts A na ts B.

Rozdiel v ordinátoch I A - I B udáva spotrebu tepla na ohrev (1+d) kg vlhkého vzduchu. Teoretický proces zvlhčovania vzduchu v sušiacej komore prebieha pozdĺž krivky I = konšt, pretože časť entalpie vynaloženej na odparovanie vlhkosti sa vracia vo forme entalpie vodnej pary (ak zanedbáme množstvo entalpie, ktorú mala kvapalina pred odparením). Na I-d diagrame je tento proces znázornený segmentom VD. Rozdiel d D - d B určuje množstvo vlhkosti odparenej 1 kg suchého vzduchu.

4. Uveďte typy prúdov vzduchu a znaky ich oddelenia

Vetranie priestorov na akýkoľvek účel je proces prenosu určitých objemov vzduchu prúdiaceho z prívodných otvorov. Rýchlosť a smer prúdenia vzduchu z otvorov, tvar a počet otvorov, ich umiestnenie, ako aj teplota vzduchu v prúde určujú charakter prúdenia vzduchu v miestnosti. Prívodné dýzy vzájomne pôsobia, s tepelnými lúčmi, ktoré vznikajú v blízkosti vyhrievaných povrchov, a s prúdmi vzduchu, ktoré sa tvoria v blízkosti výfukových otvorov.

Stavebné konštrukcie miestnosti (stĺpy, steny, podlaha, strop) a technologické zariadenia pri prechode vzduchových prúdov majú významný vplyv na rýchlosť a smer ich ďalšieho šírenia. Okrem toho vo výrobných priestoroch rýchlosť a smer pohybu vzduchu veľký vplyv môžu byť ovplyvnené rôznymi mechanizmami technologických zariadení, ako aj prúdmi vychádzajúcimi z otvorov alebo netesností v zariadeniach pod nadmerným tlakom.

Prúdy vzduchu - prúdy vytvorené v miestnosti - prenášajú škodlivé emisie vstupujúce do vzduchu (konvekčné teplo, pary, plyny a prach) a vytvárajú polia rýchlostí, teplôt a koncentrácií v objeme vzduchu v miestnosti.

Prúd je prúd kvapaliny alebo plynu s konečnými priečnymi rozmermi.

Vo ventilačnej technike sa musíme vysporiadať s prúdmi vzduchu prúdiacimi do miestnosti, ktorá je tiež naplnená vzduchom. Takéto prúdy sa nazývajú zaplavené.

V závislosti od hydrodynamického režimu môžu byť prúdy laminárne alebo turbulentné. Prívodné vetracie trysky sú vždy turbulentné.

Existujú izotermické a neizotermické prúdy. Prúd sa nazýva izotermický, ak je teplota v celom jeho objeme rovnaká a rovná sa teplote okolitého vzduchu. Na vetranie miestností sa v drvivej väčšine prípadov používajú neizotermické prúdnice.

Prúd sa nazýva voľný, ak prúdi do dostatočne veľkého priestoru a nemá žiadne prekážky v jeho slobodnom rozvoji. Ak majú obklopujúce konštrukcie miestnosti nejaký vplyv na vývoj prúdu, potom sa takýto prúd nazýva voľný alebo obmedzený. Vetracie prívodné dýzy sa vyvíjajú v miestnostiach s obmedzenou veľkosťou a môžu byť ovplyvnené uzavretými konštrukciami. Za určitých podmienok je možné ignorovať vplyv bariér na vývoj zásobovacích prúdov a takéto prúdy možno považovať za voľné.

Na ňu sa položí prúd vytekajúci z otvoru umiestneného v blízkosti ktorejkoľvek roviny uzavretia miestnosti (napríklad stropu), rovnobežne s touto rovinou. Tento typ prúdu sa nazýva prekrývanie.

Všetky prívodné dýzy možno rozdeliť do dvoch skupín: 1—s paralelnými vektormi odtokových rýchlostí; 2 - s vektormi rýchlosti výfuku zvierajúcimi medzi sebou určitý uhol.

Geometrický tvar prívodnej dýzy určuje tvar a vzory vývoja prúdu z nej vytekajúceho. Trysky môžu byť podľa svojho tvaru kužeľovité, ploché, vejárovité alebo prstencové.

Kompaktné trysky sa vytvárajú, keď vzduch prúdi z okrúhlych, štvorcových a obdĺžnikových otvorov. Prúd vytekajúci z kruhového otvoru zostáva osovo symetrický po celej dĺžke svojho vývoja (guľatý prúd). Pri výstupe zo štvorcového alebo obdĺžnikového otvoru nebude prúd na začiatku osovo symetrický, ale v určitej vzdialenosti od dýzy sa premení na osovo symetrický. Pri prúdení vzduchu z okrúhleho otvoru s difúzormi pre nútenú expanziu vzniká aj kompaktný prúd, ktorý bude osovo symetrický po celej dĺžke; takýto prúd sa nazýva kužeľový.

Ploché trysky sa vytvárajú, keď vzduch prúdi zo štrbinových otvorov nekonečnej dĺžky. IN reálnych podmienkach Prúd vytekajúci z dlhej štrbinovej dýzy s pomerom strán 1o:2B0^20 sa považuje za plochý. Prúd vytekajúci zo štrbiny s primeraným pomerom strán nezostáva plochý, ale postupne sa transformuje najskôr na elipsoid a potom na okrúhly.

Ak prúd prúdi z prstencovej štrbiny pod uhlom k osi prívodného vzduchového kanála pe 180°, potom sa nazýva prstencový, pri p asi 135° - dutý kužeľ, pri p = 90° - plný ventilátor. Pre plné ventilátorové trysky je uhol distribúcie vzduchu do priestoru 360°; pri menšom distribučnom uhle bude prúdenie neúplne vejárovitého tvaru.

Bez ohľadu na ich tvar sa všetky prúdy, ktoré nemajú pri výdychu vynútenú zmenu smeru, rozširujú v určitej vzdialenosti od trysky; uhol bočnej expanzie a=12°25". Uhol expanzie kužeľového lúča na výstupe sa takmer zhoduje s uhlom vodiacich difúzorov a potom sa postupne zmenšuje a vo vzdialenosti 10 d0 sa rovná uhlu prirodzeného bočného rozšírenia (12°25").

Štúdiu trysiek sa venovalo mnoho domácich a zahraničných výskumníkov vo vzťahu k rôznym oblastiam techniky. Najhlbšie a najkompletnejšie štúdium trysiek patrí G. N. Abramovičovi a v súvislosti s problémami ventilačnej techniky rozsiahle štúdie trysiek vykonal I. A. Shepelev.

5. Trysky, ich tDruhy a účely, na ktoré sa používajú

Tryska je kus potrubia, ktorého dĺžka je niekoľkonásobne väčšia ako vnútorný priemer. Uvažujme prípad, keď je k otvoru v stene nádrže pripevnená tryska s priemerom d rovným priemeru otvoru.

Na obr. Obrázok 2 znázorňuje najbežnejšie typy trysiek používaných v praxi.

Obr. 2 typy trysiek: a - valcové vonkajšie; b - valcový vnútorný; c - kužeľové rozbiehavé; g - kužeľovité zbiehajúce sa; d - konoidne divergentné; e - konoidálny.

Valcové nástavce sa nachádzajú vo forme častí hydraulických systémov strojov a konštrukcií. Kužeľové zbiehavé a konoidné trysky sa používajú na zvýšenie rýchlosti a dosahu vodného prúdu (požiarne trysky, valce hydraulického monitora, trysky, trysky atď.).

Kužeľové divergentné dýzy sa používajú na zníženie rýchlosti a zvýšenie prietoku tekutiny a výstupného tlaku v sacích potrubiach turbín a pod. Ejektory a vstrekovače majú tiež kužeľové dýzy ako hlavné pracovné teleso. Priepusty pod cestnými násypmi (z hydraulického hľadiska) sú tiež dýzy.

Uvažujme odtok cez extra valcovú dýzu (obr. 3).

Prúd kvapaliny sa pri vstupe do dýzy stlačí a potom expanduje a vyplní celú sekciu. Prúd vyteká z dýzy s plným prierezom, preto súčiniteľ kompresie vztiahnutý na výstupný prierez a súčiniteľ prúdenia

Vytvorme rovnicu D. Bernoulliho pre časti 1-1 a 2-2

kde je tlaková strata.

Pre výtok z otvoreného rezervoára do atmosféry, podobne ako výtok cez dieru, sa rovnica D. Bernoulliho redukuje do tvaru

Tlaková strata v dýze pozostáva zo strát na vstupe a expanzie stlačeného prúdu vo vnútri dýzy. (Nevýznamné straty v nádrži a straty po dĺžke dýzy môžu byť zanedbané vzhľadom na ich malosť.) Takže,

Pomocou rovnice kontinuity môžeme napísať:

Dosadením hodnoty do rovnice (2) máme

Výslednú hodnotu tlakovej straty dosadíme do rovnice (144).

Preto rýchlosť výfuku

Určenie

dostaneme rovnicu pre rýchlosť

Poďme určiť prietok tekutiny

Ale pre trysku a

kde je prietokový koeficient trysky; - živá plocha prierezu dýzy.

Rovnice na určenie rýchlosti a prietoku kvapaliny cez dýzu majú teda rovnaký tvar ako pre otvor, ale odlišné hodnoty koeficientov. Pre koeficient kompresie prúdu (pri veľkých hodnotách Re a) sa dá približne vziať a potom sa získa pomocou vzorcov (5) a (6). V skutočnosti dochádza aj k stratám po dĺžke, takže pre prietok vody do normálnych podmienkach možno prijať.

Porovnaním prietokových a rýchlostných koeficientov pre dýzu a otvor v tenkej stene sme zistili, že dýza zvyšuje prietok a znižuje prietok.

Charakteristickým znakom dýzy je, že tlak v stlačenej časti je menší ako atmosférický. Túto polohu dokazuje Bernoulliho rovnica zostavená pre stlačenú a výstupnú časť.

Pri vnútorných valcových dýzach je stlačenie prúdu na vstupe väčšie ako pri vonkajších, a preto sú hodnoty prietokových a rýchlostných koeficientov nižšie. Experimenty našli koeficienty pre vodu.

Vo vonkajších kužeľových zbiehavých dýzach je stlačenie a expanzia prúdu na vstupe menšie ako pri vonkajších valcových dýzach, ale na výstupe z dýzy sa objaví vonkajšie stlačenie. Preto koeficienty a závisia od uhla kužeľa. So zväčšením uhla kužeľa na 13° sa koeficient prúdenia zvyšuje a s ďalším zvyšovaním uhla klesá. termodynamická energetická entalpia

Kužeľové zbiehavé trysky sa používajú v prípadoch, keď je potrebné získať väčšiu výstupnú rýchlosť prúdu, dolet a silu nárazu prúdu (hydraulické monitory, požiarne prúdnice a pod.).

V kužeľových divergentných dýzach je vnútorná expanzia prúdu po stlačení väčšia ako pri kužeľových zbiehavých a valcových dýzach, preto sa tu zvyšuje tlaková strata a znižuje sa rýchlostný koeficient. Pri výstupe nedochádza k žiadnej vonkajšej kompresii.

Koeficienty a závisia od uhla kužeľa. Pri uhle kužeľa sa teda hodnoty koeficientov môžu rovnať; pri (medzný uhol) . Keď prúd vyteká bez dotyku stien dýzy, t.j. ako z otvoru bez dýzy.

Hodnota koeficientov, Apre trysky

Kužeľové divergentné dýzy sa používajú v prípadoch, keď je potrebné znížiť prietok, napríklad dýzy na prívod mazacích olejov a pod. V kužeľových divergentných dýzach vzniká v mieste stlačenia lúča veľké vákuum, takže sú používa sa aj tam, kde je potrebné vytvoriť veľký sací efekt (ejektory, vstrekovače a pod.).

Konoidné dýzy majú obrys prúdu prúdiaceho cez otvor v tenkej stene. Pre tieto dýzy je hodnota koeficientov: .

Používajú sa v požiarnych hadiciach, ale zriedkavo, pretože ich výroba je veľmi komplikovaná.

Použité zdroje

1. O.N., Brjuchanov, V.I. Krobko, A.T. Melik-Arakelyan „Základy hydrauliky, tepelného inžinierstva a aerodynamiky“, Vydavateľ: INFRA-M, 2010

2. Bryukhovetsky O.S. „Základy hydrauliky“, - M.: Nedra, 1991 - 156 s.

3. Lobačov P.V. „Čerpadlá a čerpacie stanice“, - M Stroy-izdat, 1990, -320 s.

4. Ukhin B.V. Hydraulika. - M.: ID FORUM 2008.

5. A.V. Teplov. Základy hydrauliky. - M.: absolventská škola, 1990

Uverejnené na Allbest.ru

...

Podobné dokumenty

    Schéma poloprevádzkového zariadenia a popis princípu jeho činnosti. Postup na vykonanie experimentu a zostavenie diagramu vlhkého vzduchu. Výpočet hustoty vzduchu na výstupe z ohrievača, hmotnostného prietoku vzduchu prechádzajúceho inštaláciou, prietoku suchého vzduchu.

    test, pridané 23.01.2014

    Atmosférická štatistika a jednoduchá aplikácia. Rovnica stavu suchého vzduchu a jej využitie na výpočet hustoty vzduchu. Virtuálna teplota a záznam rovnice vlhkého vzduchu v kompaktnej, univerzálnej forme. Základná konštantná termodynamika.

    zhrnutie, pridané 19.11.2010

    Koncepcia a typy sušenia, vlastnosti jeho statiky a kinetiky. Stanovenie hustoty, množstva a entalpie vodnej pary. Ciele a fyzikálne a chemické metódy sušenia plynov. Fyzikálne základy a metódy kryštalizácie, výpočet jej materiálovej a tepelnej bilancie.

    prezentácia, pridané 29.09.2013

    Stanovenie obsahu vlhkosti a entalpie vzduchu vstupujúceho do ohrievača a vystupujúceho zo sušiacej komory, teploty vzduchu vstupujúceho do ohrievača sušiaca komora. Stanovenie mernej spotreby vzduchu a tepla potrebného na odparenie 1 kg vlhkosti.

    test, pridané 17.01.2015

    Výpočet stavu a parametrov pary na začiatku a na konci procesu, koeficient prestupu tepla na povrchu panelu. Výpočet plynovej konštanty vzduchu, molekulovej hmotnosti a množstvo tepla. H-d diagram vlhkého vzduchu. Koncept konvekčného prenosu tepla.

    test, pridané 03.02.2014

    Pojem absolútnej, relatívnej vlhkosti vzduchu a vlhkosti. Atmosférický tlak vodnej pary pri rôznych teplotách. stručný popis základné metódy hodnotenia vlhkosti a teploty vzduchu. Ašpirácia a jednoduché psychrometre.

    laboratórne práce, doplnené 19.11.2011

    Plynová konštanta vzduchu. Izotermická kompresia a adiabatická expanzia vzduchu. Meranie tepelnej kapacity pevných látok. Meranie tepelnej vodivosti pevných látok. Tepelná vodivosť jednovrstvových a viacvrstvových stien. Vzťahy medzi jednotkami tlaku.

    tréningový manuál, pridaný 22.11.2012

    Stanovenie odozvy balónika na zvýšený tlak. Analýza plynovej konštanty a hustoty zmesi pozostávajúcej z vodíka a oxidu uhoľnatého. Analytické vyjadrenie zákonov termodynamiky. Výpočet spotreby energie v kompresoroch na polytropickú kompresiu vzduchu.

    test, pridané 03.04.2013

    Voľba teploty spalín a pomeru prebytočného vzduchu. Výpočet objemov vzduchu a produktov spaľovania, ako aj entalpie vzduchu. Tepelná bilancia tepelného kotla. Výpočet výmeny tepla v peci a v plynovode parného kotla. Tepelný výpočet ekonomizéra.

    kurzová práca, pridané 21.10.2014

    Stanovenie návrhových parametrov vonkajšieho a vnútorného vzduchu pre teplé a studené obdobia. Tepelné zisky z umelého osvetlenia a slnečného žiarenia. Výber schémy distribúcie vzduchu v klimatizovanej miestnosti, výber ohrievačov vzduchu.

Metodická príručka „Základné zákony hydrauliky“ je krátky teoretický kurz, ktorý načrtáva základné pojmy a ustanovenia.

Príručka je odporúčaná ako pomôcka pre študentov odboru „Inštalácia a prevádzka plynárenských systémov a zariadení“ v triede alebo mimo vyučovania. samostatná práca a učiteľ odborov „Základy hydrauliky, tepelnej techniky a aerodynamiky“, „Hydraulika“.

Na konci príručky je zoznam otázok pre samoukov a zoznam odporúčanej literatúry na štúdium.

Stiahnuť ▼:


Náhľad:

Metodologický vývoj

v disciplíne „Základy hydrauliky, tepelného inžinierstva a aerodynamiky“:

"Základné zákony hydrauliky"

anotácia

Metodická príručka „Základné zákony hydrauliky“ je krátky teoretický kurz, ktorý načrtáva základné pojmy a ustanovenia.

Príručka sa odporúča na pomoc študentom odboru „Inštalácia a prevádzka plynárenských systémov a zariadení“ pri samostatnej práci v triede alebo mimo vyučovania a učiteľom odborov „Základy hydrauliky, tepelnej techniky a aerodynamiky“, „Hydraulika“.

Na konci príručky je zoznam otázok pre samoukov a zoznam odporúčanej literatúry na štúdium.

Úvod ……………………………………………………………………………………………… 4

  1. Hydrostatika, základné pojmy………………………………………………..5
  2. Základná rovnica hydrostatiky…………………………………………7
  3. Druhy hydrostatického tlaku ................................................................ ...................................8
  4. Pascalov zákon, aplikácia v praxi…………………………………...9
  5. Archimedov zákon. Podmienky pre plávajúce telesá………………………………..11
  6. Hydrostatický paradox………………………………………………..13
  7. Hydrodynamika, základné pojmy…………………………………………..14
  8. Rovnica spojitosti (spojitosť)………………………………………16
  9. Bernoulliho rovnica pre ideálnu tekutinu………………………………..17
  10. Bernoulliho rovnica pre reálnu tekutinu……………………………….20
  11. Otázky na sebaprípravu žiakov………………..22

Záver………………………………………………………………………...23

Použitá literatúra……………………………………………………………………………………….. 24

Úvod

Dané Toolkit pokrýva sekcie „Hydrostatika“ a „Hydrodynamika“ disciplíny „Základy hydrauliky, tepelnej techniky a aerodynamiky“. Príručka načrtáva základné zákony hydrauliky a rozoberá základné pojmy a ustanovenia.

Materiál je prezentovaný v súlade s požiadavkami učebných osnov tejto disciplíny a vzdelávacieho a metodického komplexu pre špecializáciu „Inštalácia a prevádzka plynárenských systémov a zariadení“.

Manuál je teoretický kurz, možno ho využiť pri štúdiu jednotlivých tém akademického odboru, ako aj pri mimoškolskej samostatnej práci.

Upozorňujeme, že poslednou fázou tejto príručky je zoznam otázok pre študentov na samoštúdium na všetky prezentované témy.

1. Hydrostatika, základné pojmy

Hydrostatika je odvetvie hydrauliky, ktoré študuje zákony rovnováhy tekutín a ich interakciu s obmedzujúcimi povrchmi.

Uvažujme kvapalinu v stave absolútnej rovnováhy, t.j. v pokoji. Vyberme nejaký nekonečne malý objem vo vnútri kvapalinyΔ V a zvážte sily, ktoré naň pôsobia zvonku.

Existujú dva typy vonkajších síl - povrchové a objemové (hmotnostné).

Povrchové sily - sú to sily pôsobiace priamo na vonkajší povrch zvoleného objemu kvapaliny. Sú úmerné ploche tohto povrchu. Takéto sily sú spôsobené vplyvom susedných objemov kvapaliny na daný objem alebo vplyvom iných telies.

Objemové (hmotnostné) silysú úmerné hmotnosti prideleného objemu kvapaliny a pôsobia na všetky častice vo vnútri tohto objemu. Príklady telesných síl sú gravitácia, odstredivá sila, zotrvačná sila atď.

Na charakterizáciu vnútorných síl pôsobiacich na vybraný objem kvapaliny zavedieme špeciálny pojem. Za týmto účelom zvážte ľubovoľný objem kvapaliny, ktorý je v rovnováhe pri pôsobení vonkajších síl.

Vo vnútri tohto objemu kvapaliny vyberieme veľmi malú oblasť. Sila pôsobiaca na túto oblasť je normálna (kolmá) k nej, potom je pomer:

predstavuje priemerný hydrostatický tlak vyskytujúci sa na miesteΔω . V opačnom prípade sa dá charakterizovať, že vplyvom vonkajších síl vzniká namáhaný stav kvapaliny, charakterizovaný vznikom hydrostatického tlaku.

Na určenie presná hodnota p v danom bode, je potrebné určiť hranicu tohto pomeru pri. ktorý určí skutočný hydrostatický tlak v danom bode:

Rozmer [p] sa rovná rozmeru napätia, t.j.

[p] = [Pa] alebo [kgf/m 2 ]

Vlastnosti hydrostatického tlaku

Na vonkajšom povrchu kvapaliny je hydrostatický tlak vždy nasmerovaný pozdĺž vnútornej normály a v žiadnom bode vo vnútri kvapaliny jeho hodnota nezávisí od uhla sklonu plošiny, na ktorú pôsobí.

Povrch vo všetkých bodoch, ktorého hydrostatický tlak je rovnaký, sa nazývapovrch s rovnakým tlakom. Medzi takéto povrchy patrívoľný povrcht.j. rozhranie medzi kvapalným a plynným médiom.

Tlak sa meria za účelom nepretržitého sledovania a včasnej regulácie všetkých parametrov procesu. Pre každý technologický proces je vypracovaná špeciálna mapa režimu. Sú známe prípady, keď pri nekontrolovanom zvýšení tlaku niekoľkotonový bubon energetického kotla odletel ako futbalová lopta niekoľko desiatok metrov a zničil všetko, čo mu stálo v ceste. Zníženie tlaku nespôsobuje deštrukciu, ale vedie k:

  • chyby produktu;
  • nadmerná spotreba paliva.
  1. Základná rovnica hydrostatiky

Obrázok 1 - Ukážka základnej rovnice hydrostatiky

Pre každý bod kvapaliny, ktorý je v rovnovážnom stave (pozri obr. 1), platí rovnosť

z+p/y = zo +p0/y = ... = H,

kde p je tlak v danom bode A (pozri obrázok); p 0 - tlak na voľný povrch kvapaliny; p/γ a p 0 /γ je výška stĺpcov kvapaliny (so špecifickou hmotnosťou γ), zodpovedajúca tlakom v uvažovanom bode a na voľnom povrchu; z a z 0 - súradnice bodu A a voľného povrchu kvapaliny vzhľadom na ľubovoľnú horizontálnu porovnávaciu rovinu (x0y); H - hydrostatická hlavica. Z vyššie uvedeného vzorca vyplýva:

p = p°+y(zo-z) alebo p = p°+yh

kde h je hĺbka ponorenia príslušného bodu. Vyššie uvedené výrazy sú tzvzákladná rovnica hydrostatiky. Množstvo γ h predstavujehmotnosť stĺpca kvapaliny výška h.

Záver: Hydrostatický tlak p v danom bode sa rovná súčtu tlakov na voľnom povrchu kvapaliny p 0 a tlak vytváraný stĺpcom kvapaliny s výškou rovnajúcou sa hĺbke ponorenia bodu.

3. Druhy hydrostatického tlaku

Hydrostatický tlak sa meria v sústave SI - Pa. Okrem toho sa hydrostatický tlak meria v kgf/cm 2 , výška stĺpca kvapaliny (v m vodného stĺpca, mm Hg atď.) a vo fyzikálnej (atm) a technickej (at) atmosfére.

Absolútna je tlak vytvorený na teleso jediným plynom bez zohľadnenia iných atmosférických plynov. Meria sa v Pa (pascaloch). Absolútny tlak je súčtom atmosférického a nadmerného tlaku.

Barometrické(atmosférický) je gravitačný tlak na všetky objekty v atmosfére. Normálny atmosférický tlak vytvára 760 mm stĺpec ortuti pri teplote 0°C.

Vákuum nazývaný záporný rozdiel medzi nameraným a atmosférickým tlakom.

Rozdiel medzi absolútnym tlakom p a atmosférickým tlakom p A nazývaný pretlak a označovaný p chata:

p out = p - p a

alebo

r out /γ = (p - p a )/γ = h p

h p v tomto prípade je to tzvpiezometrická výška, čo je miera nadmerného tlaku.

Na obr. 2 a) je znázornený uzavretý zásobník s kvapalinou, na povrchu ktorého je tlak p 0 . Piezometer pripojený k nádrži P (pozri obrázok nižšie) určuje pretlak v bode A

Absolútny a pretlak, vyjadrený v atmosfére, sú označené ata a ati.

Vákuový tlak alebo vákuum, - nedostatok tlaku voči atmosférickému (tlakový deficit), t. j. rozdiel medzi atmosférickým alebo barometrickým a absolútnym tlakom:

p vac = p a - p

alebo

r vac /γ = (pa - p)/γ = h vac

kde h vac - výška vákua, t.j. údaj na vákuomere IN , pripojený k nádrži znázornenej na obr. 2b). Vákuum sa vyjadruje v rovnakých jednotkách ako tlak a tiež v zlomkoch alebo percentách atmosféry.

Obrázok 2 a - Hodnoty piezometra Obrázok 2 b - Údaje vákuového merača"

Z posledných dvoch výrazov vyplýva, že vákuum sa môže meniť od nulového po atmosférický tlak; maximálna hodnota hšialenstvo za normálnych podmienok atmosferický tlak(760 mm Hg) sa rovná 10,33 m vody. čl.

4. Pascalov zákon, jeho aplikácia v praxi

Podľa základnej rovnice hydrostatiky tlak na povrch kvapaliny p 0 sa prenáša do všetkých bodov objemu kvapaliny a vo všetkých smeroch rovnako. O toto tu ide Pascalov zákon.

Tento zákon objavil francúzsky vedec B. Pascal v roku 1653. Niekedy sa nazýva aj základný zákon hydrostatiky.

Pascalov zákon možno vysvetliť z hľadiska molekulárnej štruktúry hmoty. V pevných látkach tvoria molekuly kryštálovú mriežku a vibrujú okolo svojich rovnovážnych polôh. V kvapalinách a plynoch majú molekuly relatívnu voľnosť, môžu sa navzájom pohybovať. Práve táto vlastnosť umožňuje, aby sa tlak vyvíjaný na kvapalinu (alebo plyn) prenášal nielen v smere sily, ale vo všetkých smeroch.

Pascalov zákon našiel široké uplatnenie v moderná technológia. Práca moderných pretlakov, ktoré umožňujú vytvárať tlaky okolo 800 MPa, je založená na Pascalovom zákone. Tento zákon sa tiež používa na založenie prevádzky hydraulických automatizačných systémov, ktoré riadia vesmírne lode, prúdové dopravné lietadlá, stroje s číslicovým riadením, rýpadlá, sklápače atď.

Pascalov zákon neplatí v prípade pohybujúcej sa kvapaliny (plynu), ako aj v prípade, keď je kvapalina (plyn) v gravitačnom poli; napríklad je známe, že s nadmorskou výškou klesá atmosférický a hydrostatický tlak.

Obrázok 3 - Ukážka Pascalovho zákona

Uvažujme o najznámejšom zariadení, ktoré využíva Pascalov zákon ako princíp fungovania. Toto je hydraulický lis.

Základom každého hydraulického lisu sú komunikujúce nádoby vo forme dvoch valcov. Priemer jedného valca je oveľa menší ako priemer druhého valca. Valce sú naplnené kvapalinou, napríklad olejom. Sú tesne uzavreté s piestami na vrchu. Ako je možné vidieť z obr. 4 nižšie, oblasť jedného piesta S 1 mnohonásobne menšia ako plocha druhého piestu S 2 .

Obrázok 4 - Komunikačné nádoby

Predpokladajme, že na malý piest pôsobí sila F 1 . Táto sila bude pôsobiť na kvapalinu, rozloženú po ploche S 1 . Tlak vyvíjaný malým piestom na kvapalinu možno vypočítať pomocou vzorca:

Podľa Pascalovho zákona sa tento tlak prenesie bez zmien do akéhokoľvek bodu v kvapaline. To znamená, že tlak vyvíjaný na veľký piest p 2 bude rovnaký:

To znamená:

Teda sila pôsobiaca na veľký piest bude toľkokrát väčšia ako sila pôsobiaca na malý piest, ako je plocha veľkého piesta väčšia ako plocha malého piesta.

V dôsledku toho vám hydraulický stroj umožňuje získať získať na sile rovná pomeru plochy väčšieho piesta k ploche menšieho piesta.

5. Archimedov zákon. Stav plávajúcich telies

Na teleso ponorené do kvapaliny okrem gravitácie pôsobí vztlaková sila – Archimedova sila. Kvapalina tlačí na všetky strany tela, ale tlak nie je rovnaký. Koniec koncov, spodný okraj tela je ponorený do kvapaliny viac ako horný a tlak rastie s hĺbkou. To znamená, že sila pôsobiaca na spodnú stranu tela bude väčšia ako sila pôsobiaca na hornú stranu. Preto vzniká sila, ktorá sa snaží vytlačiť teleso z kvapaliny.

Hodnota Archimedovej sily závisí od hustoty kvapaliny a objemu tej časti telesa, ktorá sa nachádza priamo v kvapaline. Archimedova sila pôsobí nielen v kvapalinách, ale aj v plynoch.

Archimedov zákon : na teleso ponorené v kvapaline alebo plyne pôsobí vztlaková sila rovnajúca sa hmotnosti kvapaliny alebo plynu v objeme telesa.

Archimedovu silu pôsobiacu na teleso ponorené do kvapaliny možno vypočítať podľa vzorca:

kde ρ - hustota kvapaliny, V Pia – objem časti tela ponorenej do kvapaliny.

Na teleso, ktoré je vo vnútri kvapaliny, pôsobia dve sily: gravitácia a Archimedova sila. Pod vplyvom týchto síl sa telo môže pohybovať. Pre plávajúce telesá existujú tri podmienky (obr. 5):

  • ak je gravitačná sila väčšia ako Archimedova sila, teleso klesne a klesne ku dnu;
  • ak sa gravitačná sila rovná Archimedovej sile, potom teleso môže byť v rovnováhe v ktoromkoľvek bode kvapaliny, teleso pláva vo vnútri kvapaliny;
  • ak je gravitačná sila menšia ako Archimedova sila, telo sa bude vznášať a stúpať nahor.

Obrázok 5 - Podmienky pre plávajúce telesá

Archimedov princíp sa využíva aj v letectve. Bratia Montgolfierovci vytvorili prvý teplovzdušný balón v roku 1783. V roku 1852 vytvoril Francúz Giffard vzducholoď – riadený balón so vzduchovým kormidlom a vrtuľou.

6. Hydrostatický paradox

Ak sa rovnaká kvapalina naleje do rovnakej výšky do nádob rôzne tvary, ale pri rovnakej ploche dna, potom aj napriek rozdielnej hmotnosti naliatej kvapaliny je tlaková sila na dno pre všetky nádoby rovnaká a rovná sa hmotnosti kvapaliny vo valcovej nádobe.

Tento jav sa nazývahydrostatický paradoxa vysvetľuje sa vlastnosťou kvapaliny prenášať tlak, ktorý na ňu pôsobí vo všetkých smeroch.

V nádobách rôznych tvarov (obr. 6), ale s rovnakou plochou dna a rovnakou hladinou kvapaliny v nich, bude tlak kvapaliny na dno rovnaký. Dá sa vypočítať:

P = p ⋅ S = g ⋅ ρ ⋅ h ⋅ S

S – spodná oblasť

h – výška stĺpca kvapaliny

Obrázok 6 - Nádoby rôznych tvarov

Sila, ktorou kvapalina tlačí na dno nádoby, nezávisí od tvaru nádoby a rovná sa hmotnosti zvislého stĺpca, ktorého základňou je dno nádoby a výška je výška stĺpca kvapaliny.

V roku 1618 Pascal ohromil svojich súčasníkov tým, že roztrhol sud iba s hrnčekom vody naliatym do tenkej vysokej trubice vloženej do suda.

7. Hydrodynamika, základné pojmy

Hydrodynamika je odvetvie hydrauliky, ktoré študuje zákony pohybu tekutín pod vplyvom vonkajších síl a ich interakciu s povrchmi.

Stav pohybujúcej sa tekutiny v každom bode je charakterizovaný nielen hustotou a viskozitou, ale predovšetkým rýchlosťou častíc tekutiny a hydrodynamickým tlakom.

Hlavným predmetom štúdia je prúdenie tekutiny, ktoré sa chápe ako pohyb hmoty tekutiny úplne alebo čiastočne ohraničený akýmkoľvek povrchom. Limitný povrch môže byť pevný (napríklad brehy rieky), kvapalný (rozhranie medzi stavmi agregácie) alebo plynný.

Prúdenie tekutiny môže byť stabilné alebo nestabilné. Ustálený pohyb je pohyb tekutiny, pri ktorom sa v danom bode kanála v priebehu času nemenia tlak a rýchlosť.

υ = f(x, y, z) a р = f(x, y, z)

Pohyb, pri ktorom sa rýchlosť a tlak menia nielen od priestorových súradníc, ale aj od času, sa nazýva nestabilný alebo nestacionárny υ = f(x, y, z, t) a р = f(x, y, z, t)

Príkladom ustáleného pohybu je prúdenie kvapaliny z nádoby s neustále udržiavanou hladinou cez kužeľovú trubicu. Rýchlosť pohybu kvapaliny v rôznych častiach trubice sa bude meniť, ale v každej časti bude táto rýchlosť konštantná a nebude sa časom meniť.

Ak sa pri takomto experimente hladina kvapaliny v nádobe neudrží konštantná, potom pohyb kvapaliny cez tú istú kužeľovú rúrku bude mať nestály (nestály) charakter, pretože v úsekoch rúrky nebude rýchlosť konštantná. čas (bude klesať s poklesom hladiny kvapaliny v nádobe).

Existuje tlak a netlak pohyb tekutiny. Ak steny úplne obmedzujú prietok kvapaliny, potom sa pohyb kvapaliny nazýva tlak (napríklad pohyb kvapaliny cez úplne naplnené potrubie). Ak je obmedzenie toku stenami čiastočné (napríklad pohyb vody v riekach, kanáloch), potom sa takýto pohyb nazýva voľný.

Smer rýchlostí v prúdení je charakterizovaný prúdnicou.
Aktuálna linka - imaginárna krivka nakreslená vo vnútri prúdu tekutiny tak, že rýchlosti všetkých častíc na nej nachádzajúcich sú v tento momentčas, dotyčnica k tejto krivke.

Obrázok 7 – Čiara prúdu

Prúdnica sa líši od trajektórie v tom, že trajektória odráža dráhu ktorejkoľvek častice za určité časové obdobie, zatiaľ čo prúdová čiara charakterizuje smer pohybu súboru kvapalných častíc v danom čase. Keď je pohyb prúdovej čiary stabilný, zhoduje sa s trajektóriami častíc tekutiny.

Ak zvolíme elementárnu plochu v priereze prúdenia tekutinyΔS a kresliť prúdnice cez body jej obrysu, získate tzv prúdová trubica . Vo vnútri prúdovej trubice sa tvorí kvapalinaelementárny pramienok. Prúd tekutiny možno považovať za súbor všetkých pohybujúcich sa elementárnych prúdov.

Obrázok 8 – Rúrka prúdu

Živý prierez ω (m²) je prierezová plocha toku kolmá na smer toku. Napríklad živý prierez potrubia je kruh.

Vlhký obvod χ („chi“) je časť obvodu obytnej časti ohraničená pevnými stenami (na obrázku je zvýraznená hrubou čiarou).

Obrázok 9 – Živý rez

Hydraulický polomer prietoku R - pomer živej časti k vlhkému obvodu

Prietok Q je objem kvapaliny V pretekajúcej za jednotku času t cez otvorený úsek ω.

Priemerná rýchlosť prúdenia υ - rýchlosť pohybu tekutiny, určená pomerom prietoku tekutiny Q k otvorenej ploche prierezu ω

Od rýchlosti pohybu rôzne častice tekutiny sa od seba líšia, preto sa rýchlosť pohybu spriemeruje. Napríklad v kruhovom potrubí je rýchlosť na osi potrubia maximálna, zatiaľ čo na stenách potrubia je nulová.

  1. Rovnica kontinuity

Rovnica kontinuity tokov vyplýva zo zákona zachovania hmoty a zo stálosti toku tekutiny v celom toku. Predstavme si potrubie s premenlivým prierezom.

Obrázok 10 – Ukážka rovnice kontinuity prúdu

Prietok tekutiny potrubím v ktorejkoľvek sekcii je konštantný, pretože zákon zachovania energie je splnený. Budeme tiež predpokladať, že kvapalina je nestlačiteľná. Takže Q 1 = Q 2 = konšt., odkiaľ

ω 1 υ 1 = ω 2 υ 2

Alebo je možná iná forma tejto rovnice:

Tie. priemerné rýchlosti v 1 a v 2 sú nepriamo úmerné zodpovedajúcim plochám obytných častí w 1 a w 2 prietok tekutiny.

Rovnica kontinuity teda vyjadruje stálosť objemového toku Q a podmienka kontinuity prúdu kvapaliny pozdĺž dĺžky ustáleného prúdu kvapaliny.

9. Bernoulliho rovnica pre ideálnu tekutinu

Rovnica Daniela Bernoulliho získaná v roku 1738 ukazuje vzťah medzi tlakom p, priemernou rýchlosťou υ a piezometrickou výškou z v rôznych úsekoch prúdenia a vyjadruje zákon zachovania energie pohybujúcej sa tekutiny.

Uvažujme potrubie s premenlivým priemerom umiestnené v priestore pod uhlom β (pozri obr. 10)

Obrázok 11 – Ukážka Bernoulliho rovnice pre ideálnu tekutinu

Na uvažovanom úseku potrubia ľubovoľne vyberieme dva úseky: úsek 1-1 a úsek 2-2. Kvapalina sa pohybuje nahor potrubím z prvého úseku do druhého s prietokom Q.

Na meranie tlaku kvapaliny sa používajú piezometre - tenkostenné sklenené trubice, v ktorých kvapalina stúpa do výšky. V každej sekcii sú nainštalované piezometre, v ktorých hladina kvapaliny stúpa do rôznych výšok.

Okrem piezometrov je v každej sekcii 1-1 a 2-2 trubica, ktorej zahnutý koniec smeruje k prúdu kvapaliny, nazývaná pitotova trubica. Kvapalina v Pitotových trubiciach tiež stúpa na rôzne úrovne, keď sa meria od piezometrickej čiary.

Piezometrická čiara môže byť skonštruovaná nasledovne. Ak medzi sekcie 1-1 a 2-2 umiestnime niekoľko podobných piezometrov a nakreslíme krivku cez odčítanie hladín kvapalín v nich, dostaneme prerušovanú čiaru (znázornenú na obrázku).

Ale výška hladín v Pitotových trubiciach vzhľadom na ľubovoľnú horizontálnu priamku 0-0 (súradnicová referenčná rovina), nazývaná porovnávacia rovina, bude rovnaká.

Ak je čiara nakreslená cez údaje o hladinách kvapaliny v pitotových trubiciach, bude vodorovná a bude odrážať úroveň celkovej energie potrubia.

Pre dva ľubovoľné úseky 1-1 a 2-2 ideálneho prietoku tekutiny má Bernoulliho rovnica nasledujúci tvar:

Keďže časti 1-1 a 2-2 sa berú ľubovoľne, výslednú rovnicu možno prepísať inak:

Rovnica je formulovaná takto:

Súčet troch členov Bernoulliho rovnice pre akýkoľvek prierez ideálneho prietoku tekutiny je konštantná hodnota.

Z energetického hľadiska každý člen rovnice predstavuje určité typy energie:

z 1 a z 2 - špecifické polohové energie, charakterizujúce potenciálnu energiu v sekciách 1-1 a 2-2;- špecifické tlakové energie, charakterizujúce potenciálnu tlakovú energiu v rovnakých úsekoch;- špecifické kinetické energie v rovnakých úsekoch.

Ukazuje sa, že celková merná energia ideálnej tekutiny v ktorejkoľvek sekcii je konštantná.

Existuje aj formulácia Bernoulliho rovnice z geometrického hľadiska. Každý člen rovnice má lineárny rozmer. z 1 a z 2 - geometrické výšky rezov 1-1 a 2-2 nad porovnávacou rovinou;- piezometrické výšky;- výšky rýchlosti v uvedených úsekoch.

V tomto prípade možno Bernoulliho rovnicu čítať takto: súčet geometrických, piezometrických a rýchlostných výšok pre ideálnu tekutinu je konštantná hodnota.

10. Bernoulliho rovnica pre reálnu tekutinu

Bernoulliho rovnica pre prúdenie reálnej tekutiny sa líši od Bernoulliho rovnice pre ideálnu tekutinu.

Pri pohybe skutočnej viskóznej tekutiny vznikajú trecie sily napríklad v dôsledku toho, že povrch potrubia má určitú drsnosť, na prekonanie ktorej tekutina vynakladá energiu. V dôsledku toho bude celková špecifická energia tekutiny v sekcii 1-1 väčšia ako celková špecifická energia v sekcii 2-2 o množstvo stratenej energie.

Obrázok 12 – Ukážka Bernoulliho rovnice pre reálnu tekutinu

Strata energie (strata tlaku) je označenámá lineárny rozmer.

Bernoulliho rovnica pre skutočnú tekutinu bude:

Keď sa kvapalina pohybuje z časti 1-1 do časti 2-2, strata tlaku sa neustále zvyšuje (strata tlaku je zvýraznená zvislým tieňovaním).

Úroveň počiatočnej energie, ktorú má tekutina v prvej sekcii pre druhú sekciu, bude teda súčtom štyroch zložiek: geometrickej výšky, piezometrickej výšky, výšky rýchlosti a strateného tlaku medzi sekciami 1-1 a 2-2.

Okrem toho sa v rovnici objavili ďalšie dva koeficienty α 1 a a2 , ktoré sa nazývajú Coriolisove koeficienty a závisia od režimu prúdenia tekutiny (α = 2 pre laminárny režim, α = 1 pre turbulentný režim).

Stratená výškapozostáva z tlakových strát po dĺžke potrubia spôsobených trecou silou medzi vrstvami kvapaliny a strát spôsobených lokálnymi odpormi (zmeny konfigurácie prúdenia, napríklad ventil, otáčanie potrubia)

H dĺžok + h miest

Pomocou Bernoulliho rovnice sa rieši väčšina problémov praktickej hydrauliky. Na tento účel sa po dĺžke toku vyberú dve sekcie, takže pre jednu z nich sú známe hodnoty p, ρ a pre druhú sekciu je potrebné určiť jednu alebo hodnoty. Pri dvoch neznámych pre druhú časť použite rovnicu konštantného prietoku tekutiny υ 1 ω 1 = υ 2 ω 2 .

11. Otázky na sebaprípravu žiakov

  1. Akými silami pláva telo vo vode? Vysvetlite podmienky, za ktorých sa teleso začína potápať.
  2. Aký je podľa vás rozdiel medzi ideálnou tekutinou a skutočnou? Existuje v prírode ideálna kvapalina?
  3. Aké typy hydrostatického tlaku poznáte?
  4. Ak určíme hydrostatický tlak v tekutom bode v hĺbke h , tak aké sily budú v tomto bode pôsobiť? Uveďte a vysvetlite svoju odpoveď.
  5. Aký fyzikálny zákon je základom rovnice kontinuity a Bernoulliho rovnice? Vysvetli svoju odpoveď.
  6. Vymenujte a stručne popíšte zariadenia, ktorých princíp činnosti je založený na Pascalovom zákone.
  7. Aký je fyzikálny jav nazývaný hydrostatický paradox?
  8. Coriolisov koeficient, priemerná rýchlosť prúdenia, tlak, tlaková strata po dĺžke potrubia... Vysvetlite, aká rovnica spája všetky tieto veličiny a čo ešte nie je uvedené v tomto výpise.
  9. Uveďte vzorec týkajúci sa špecifickej hmotnosti a hustoty.
  10. Rovnica kontinuity prúdu tekutiny hrá dosť dôležitá úloha v hydraulike. Pre aký typ kvapaliny to platí? Vysvetli svoju odpoveď.
  11. Pomenujte mená všetkých vedcov menovaných v tejto metodickej príručke a stručne vysvetlite ich objavy.
  12. Existujú vo svete okolo nás ideálne tekutiny, prúdnice alebo vákuum? Vysvetli svoju odpoveď.
  13. Pomenujte zariadenia na meranie rôznych typov tlaku podľa schémy: „Typ tlaku..... - zariadenie.....“.
  14. Uveďte príklady z Každodenný život druhy tlakového a netlakového pohybu tekutiny, stacionárne a nestabilné.
  15. Na aké účely sa v praxi používajú piezometer, barometer a pitotova trubica?
  16. Čo sa stane, ak sa pri meraní krvného tlaku zistí, že je oveľa vyšší ako štandardné hodnoty? Čo ak je to menej? Vysvetli svoju odpoveď.
  17. Aký je rozdiel medzi predmetmi štúdia v sekciách „hydrostatika“ a „hydrodynamika“?
  18. Vysvetlite geometrický a energetický význam Bernoulliho rovnice?
  19. Mokrý obvod, živý úsek...Pokračujte v tomto zozname a vysvetlite, čo uvedené pojmy charakterizujú.
  20. Uveďte, aké zákony hydrauliky ste sa naučili v tejto príručke a aký fyzikálny význam majú?

Záver

Dúfam, že táto učebná pomôcka pomôže študentom lepšie pochopiť učebný materiál odborov „Hydraulika“, „Základy hydrauliky, tepelnej techniky a aerodynamiky“ a hlavne získať predstavu o tých „najsvetlejších“ momentoch odbor, ktorý sa študuje, t.j. o základných zákonoch hydrauliky. Tieto zákonitosti sú základom fungovania mnohých zariadení, ktoré používame v práci aj v bežnom živote, často bez toho, aby sme si to uvedomovali.

S pozdravom Markova N.V.

Bibliografia

  1. Bryukhanov O.N. Základy hydrauliky a tepelnej techniky: Učebnica pre študentov. zriadenie priem. Prednášal prof. vzdelanie / Bryukhanov O.N., Melik-Arakelyan A.T., Korobko V.I. - M.: IC Academy, 2008. - 240 s.
  2. Bryukhanov O.N. Základy hydrauliky, tepelnej techniky a aerodynamiky: Učebnica pre študentov. zriadenie priem. Prednášal prof. vzdelanie / Bryukhanov O.N., Melik-Arakelyan A.T., Korobko V.I. - M.: Infra-M, 2014, 253 s.
  3. Gusev A. A. Základy hydrauliky: Učebnica pre študentov. zriadenie priem. Prednášal prof. vzdelanie / A. A. Gusev. - M.: Vydavateľstvo Yurayt, 2016. - 285 s.
  4. Ukhin B.V. Hydraulika: Učebnica pre žiakov. zriadenie priem. Prednášal prof. vzdelanie / Ukhin B.V., Gusev A.A. - M.: Infra-M, 2013, 432 s.