Hidraulika és hőtechnika alapjai. V.E
Felvázoljuk a hidraulika, a műszaki termodinamika és a hőátadás-elmélet alapjait. Foglalkozik a hidrosztatika, a mozgó áramlások kinematikájának és dinamikájának alapjaival, az ideális és valós gázok hő- és energetikai jellemzőivel, a hőátadás főbb típusaival, valamint a hidrodinamikai és hőátadási folyamatok hasonlóságának elméletével.
A kézikönyv a következő szakokon tanuló hallgatóknak szól: 28020265 „Műszaki védelem környezet" Használhatják a „Hidraulika” és a „Hőtechnika” tudományterületeken tanuló más szakterületek hallgatói.
Folyékony modellek.
Számos probléma megoldásának leegyszerűsítése érdekében a valódi folyadék helyett a folyadék egyik vagy másik modelljét veszik figyelembe, amely a valódi folyadékok tulajdonságainak csak egy részét tartalmazza. Ezek a tulajdonságok meghatározóak a megoldandó probléma szempontjából, ezért az ilyen egyszerűsítések nem vezetnek jelentős hibákhoz a szükséges mennyiségek meghatározásakor.
Nézzük a főt meglévő modellek folyadékok.
Az ideális folyadék viszkozitás nélküli folyadék.
Az összenyomhatatlan folyadék olyan folyadék, amely nem változtatja meg a sűrűségét a nyomás változásával.
A tökéletes folyadék olyan összenyomhatatlan folyadék, amelyben nincsenek kohéziós erők a molekulák között, és a molekulák belső térfogata nulla.
A tökéletes gáz olyan összenyomható folyadék (gáz), amelyben nincsenek kohéziós erők a molekulák között, és a molekulák belső térfogata nulla.
Az ideális gáz tökéletes gáz. viszkozitás hiánya.
A Baroclinic folyadék gáz. amelynek sűrűsége a nyomás és a hőmérséklet függvénye.
A barotrop folyadék gáz. amelynek sűrűsége csak a nyomástól függ.
TARTALOMJEGYZÉK
Előszó
Alapvető megnevezések
Bevezetés
I. rész. A HIDRAULIKA ALAPJAI
1. A FOLYADÉKOK FIZIKAI TULAJDONSÁGAI
1.1. A folyadékok alapvető fizikai tulajdonságai
1.2. Folyékony modellek
2. HIDROSTATIKA
2.1. A folyadékegyensúly differenciálegyenletei
2.2. Hidrosztatikai törvény. Hidrosztatikus nyomás
2.3. A folyadékok egyensúlyának feltételei a kommunikáló edényekben
2.4. A legegyszerűbb hidraulikus gépek
2.5. Nyomásmérési alapmódszerek és műszerek
2.6. Archimedes törvénye
2.7. A testek egyensúlya és stabilitása. folyadékba merítve. A folyadék felszínén lebegő test egyensúlya
2.8. A Föld légkörének egyensúlya
3. HIDRODINAMIKA
3.1. A kinematika alapjai
3.1.1. Áramvonalak és csövek. Áramlási egyenlet
3.1.2. Folyékony közeg folyékony részecskéjének mozgása
3.1.3. Vortex és irrotációs áramlás
3.1.4. Keringési sebesség
3.2. Dinamika alapjai
3.2.1. Folyamatos közeg részecskéire ható erők. Egy elemi térfogat feszített állapota. Stokes súrlódási törvény
3.2.2. Differenciálegyenlet folytonosság
3.2.3. Differenciálegyenletek lendületátvitelhez. Euler és Navier-Stokes egyenletek
3.2.4. Differenciálenergia-egyenlet
3.3. Viszkózus áramlási mozgás
3.3.1. Folyadékáramlási rendszerek
3.3.2. A turbulens áramlás jellemzői
3.3.3. Mozgás- és energiaegyenletek lamináris és turbulens folyadékáramláshoz
3.3.4. Turbulencia modellek
3.4. Alacsony viszkozitású folyadék mozgása
3.4.1. Határréteg
3.4.2. Inviscid áramlás mozgása
4. HIDRAULIKAI ELLENÁLLÁS
4.1. Ellenállások a hossz mentén
4.2. Helyi hidraulikus ellenállás
rész II. A TERMODINAMIKA ALAPJAI
5. TERMODINAMIKUS RENDSZER ÉS PARAMÉTEREI
5.1. Termodinamikai rendszer és állapota
5.2. Hőállapot-paraméterek
6. IDEÁLIS GÁZ
6.1. Ideális gáz állapotegyenlete
6.2. Keverékek ideális gázok
7. A TERMODINAMIKUS RENDSZEREK ENERGIAI JELLEMZŐI
7.1. Belső energia. Entalpia
7.2. Munka. Hő
7.3. Hőkapacitás
8. A TERMODINAMIKA ELSŐ TÖRVÉNYE
8.1. A termodinamika első főtételének állítása
8.2. A termodinamika első főtétele alapvető termodinamikai folyamatokra
9. A TERMODINAMIKA MÁSODIK TÖRVÉNYE
9.1. A termodinamika második főtételének állítása
9.2. Carnot ciklus
9.3. Clausius integrál
9.4. Entrópia és termodinamikai valószínűség
10. IGAZI GÁZ
10.1. Valós gázok állapotegyenletei
10.2. Párok. Párologtatás állandó nyomáson
10.3. Clayperon-Clausius egyenlet
10.4. fázisátalakulások pT diagramja
rész III. A HŐ- ÉS TÖMEGÁLLÍTÁS ELMÉLETE ALAPJAI
11. A HŐ- ÉS TÖMEGÁLLÍTÁS ELMÉLETE ALAPVETŐ FOGALMAI ÉS TÖRVÉNYEI
11.1. A hőcsere típusai
11.2. A molekuláris és konvektív hőátadás alapfogalmai és törvényei
12. A FIZIKAI JELENSÉGEK HASONLÓSÁGÁNAK ELMÉLETE ALAPJAI
12.1. Folyadékdinamikai és hőátadási problémák matematikai megfogalmazása
12.2. A fizikai folyamatok hasonlósága elméletének alapjai
12.3. Méret és hőmérséklet meghatározása
12.4. Általánosított változók azonosítása a probléma matematikai megfogalmazásából
12.5. Hasonlósági számok megszerzése dimenzióanalízis alapján
13. HŐVEZETÉS ÉS HŐÁLLÍTÁS ÁLLÍTOTT ÜZEMMÓBAN
13.1. Az anyagok hővezető képessége
13.2. Hővezető képesség és hőátadás lapos falon keresztül
13.3. Hővezetőképesség és hőátadás hengeres falon keresztül
13.4. Hővezető képesség és hőátadás gömbfalon keresztül
14. HŐVEZETÉS UNSTACIONÁRIS ÜZEMMÓDBAN
14.1. A nem stacionárius hőmérsékletmezők hasonlóságának feltételei
14.2. Lapos fal instabil hővezető képessége
15. HŐÁLLÍTÁS
15.1. A hőátadás intenzitását befolyásoló tényezők
15.2. A hőátadás és a súrlódás kapcsolata
15.3. A turbulens határréteg súrlódási és hőátadási törvényei
15.4. Hőátadás síklemez kényszerkonvekciója során
15.4.1. A lemez hőátadása lamináris határréteggel
15.4.2. Egy lemez hőátadása turbulens határréteg alatt
15.5. Hőátadás külső áramlás során egyetlen cső és csőkötegek körül
15.6. Hőátadás a folyadék áramlása során a csövekben és csatornákban
15.7. Hőátadás szabad konvekció során
15.8. Hőátadás fázisátalakítások során
15.8.1. Hőátadás a kondenzáció során
15.8.2. Forrás közben hőátadás
15.8.3. Hőátadás forralás közben a folyadék csövekben történő mozgásának körülményei között
15.9. A hőátadás fokozása
16. SUGÁRZÁSI HŐÁTADÁS
16.1. Alapfogalmak és definíciók
16.2. A sugárzási hőátadás alaptörvényei
16.3. közötti sugárzási hőcsere szilárd anyagok, átlátszó közeggel elválasztva
16.4. Védő képernyők
16.5. Sugárzási hőcsere a gáz és a héj között
17. HŐCSERÉLŐK
17.1. A hőcserélők fő típusai
17.2. Rekuperatív hőcserélő termikus számítása
17.3. A rekuperatív hőcserélő hidraulikus számításáról
17.4. A hőcserélők hatékonyságának növelésének módjai
Bibliográfia.
Teszt
Hidraulika és hőtechnika alapjai
nyomású hidrosztatikus szivattyú
Adott: Δt 0 =7 0 C, b t = 10 -4 °C -1; b w = 5'10 -10 Pa -1
Határozza meg Δр
A b w térfogati kompresszió és a b t hőtágulás együtthatóit a következő képletek határozzák meg:
Ahol DW- a kezdeti hangerő változása W n, amely megfelel a nyomás változásának mennyiségével Dp vagy a hőmérséklet mennyiségével Dt; Wn- a folyadék által elfoglalt kezdeti térfogat a felmelegítés előtt; Wn1- a folyadék által elfoglalt kezdeti térfogat at légköri nyomás miután felmelegítik.
Ezekből a képletekből:
A szükséges érték megtalálása Dp amikor a hőmérséklet egy adott mértékben változik Dt°C:
2. probléma
Adott: r V= 1000 kg/m3; g= 9,81 m/s 2, H = 4 m, h = 3,3 m, b = 1,3 m, r cl=2,15∙10 3 kg/m3
Meg kell határoznia:
1. A túlzott hidrosztatikus nyomás ereje a falhossz 1 méterére vetítve, előzetesen hidrosztatikai nyomásdiagramot készítve.
2. A nyomásközéppont helyzete.
3. Stabilitási ráta K biztonsági fal felborulásért.
Fal szélessége b 3 stabilitási ráhagyással K = 3.
Megoldás
1) A falon lévő hidrosztatikus nyomás diagramjának elkészítéséhez meg kell határozni a túlnyomást az A és B pontokban a következő képlettel:
, (1)
hol van a víz sűrűsége,
h- egy adott pont vízszint alatti merülési mélysége, m.
A hidrosztatikus nyomás diagramjának elkészítésekor emlékezni kell arra, hogy a nyomás mindig merőleges arra a területre, amelyre hat.
Az A pontban h A =0, ezért az (1) képlet szerint a túlnyomás nulla p A =0
A B pontban h B =h tehát az (1) képlet szerint a túlnyomás nulla p B =1000∙9,81∙3,3=32373 Pa=32,4 kPa
1 cm = 10 kPa skálán megszerkesztjük a hidrosztatikus nyomás diagramját - egy háromszöget.
A túlzott hidrosztatikus nyomás sima falra gyakorolt erejét a következő képlettel számítjuk ki:
, (3)
Ahol pc.t.. - nyomás a nedvesített felület súlypontjában, Pa (N/m 2);
w- a nedvesített felület területe, m 2, w=h∙1 l.m.
Az (1) képlet szerint:
,
ahol h középpont a folyadék szabad felülete és a súlypont távolsága.
h középső = 3,3/2=1,65 m
A hidrosztatikus túlnyomás összerejének alkalmazási pontját nyomásközéppontnak nevezzük. A nyomásközéppont helyzetét a következő képlet határozza meg:
, (4)
Ahol LCD. - távolság lapos falban a nyomás középpontjától a szabad folyadékszintig, m; Lc.t.. - távolság lapos falban a fal súlypontjától a szabad folyadékszintig, m; w - nedvesített felület, m; J- a nedvesített sík terület tehetetlenségi nyomatéka a súlyponton átmenő vízszintes tengelyhez képest.
Lapos téglalap alakú formához:
Pog. m
Cseréljük be a (4)-et:
Találjuk meg a fordulatos pillanatot.
Mopr=53,41∙(3,3-2,2)=58,75 kNm
Az O ponthoz viszonyított tartási nyomaték egyenlő:
Ahol G- a támfal tömege, kN.
A fal tömege egyenlő G=mg=ρclVg=ρcl b H 1 pm g
Ahol ρcl a falazat sűrűsége.
A borulás stabilitási határa megegyezik az O ponthoz viszonyított erők tartónyomatékának a borulási nyomatékhoz viszonyított arányával:
M=71,29/58,75=1,21, mivel az érték K ha háromnál kisebbnek bizonyul, akkor meghatározzuk a fal szélességét b 3 , ami kielégítené a stabilitási rátát K = 3.
Msp1 = 3Mopr = 176,25 kNm
A kapott értéket 5 centiméterre kerekítse a fal szélességének eléréséhez.
3. probléma (B0)
Adott: D=1,7 m, ρ=1000 kg/m 3, H=2 m
Határozza meg a hidrosztatikus víznyomás erő nagyságát és irányát a redőny szélességének 1 méterére
A víz többlet hidrosztatikus nyomásának teljes erejét a hengeres felületen a következő képlet határozza meg:
ahol P x a hidrosztatikus túlnyomás erő vízszintes összetevője, N,
Py a hidrosztatikus túlnyomás erejének függőleges összetevője, N.
,(6)
Ahol h center a függőleges hengeres felület súlypontja és a vízszint közötti függőleges távolság, m,
Egy hengeres felület függőleges vetületi területe, m2.
A túlzott hidrosztatikus nyomás erejének függőleges összetevőjét a következő képlet határozza meg:
Ahol W a nyomótest térfogata, m3. A nyomóerő függőleges összetevője megegyezik a nyomótest térfogatában lévő folyadék tömegével. A hengeres felület nyomástestének megtalálásához 2 részre osztjuk: AB és BC, és az AB felület nyomásteste pozitív, BC esetén negatív lesz. Az AB és BC görbe felületeken lévő nyomástestek algebrai összegzésével határozzuk meg az ABC teljes hengerfelületen kialakuló nyomástest térfogatát és előjelét. Nyomástest a 3. ábrán. árnyékolt.
Az (5) képlet szerint az eredő nyomóerő:
A túlzott hidrosztatikus nyomás ereje sugárirányban a hengeres felület közepére irányul, a függőlegeshez képest φ szögben:
A nyomásközéppont helyzetét a következő képlet határozza meg:
,
4. probléma (B0)
Adott: 5. ábra, k e = 0,1 mm, Q = 3,5 l/s, d 1 = 75 mm = 0,075 m, d 2 = 50 mm = 0,05 m, d 3 = 40 mm = 0,04 m, l 1 = 6 m, l 2 = 2 m, l 1 = 1 m, t = 30 0 C
Kívánt:
1. Határozza meg a víz mozgásának sebességét és a nyomásveszteséget (hossz mentén és helyileg) a csővezeték minden szakaszán.
2. Állítsa be a nyomásértéket N a tartályban.
Nyomás- és piezometrikus vonalak kialakítása a lépték figyelembevételével.
Megoldás
Állítsuk össze D. Bernoulli egyenletét Általános nézet a 0-0 szakaszhoz (a tartályban lévő folyadék szabad felületén) és a 3-3 szakaszhoz (a cső áramlási kimeneténél) a csővezeték tengelyét vesszük összehasonlítási síknak:
Ahol z 0 , z 3 - távolság a 0 és 3 szelvények súlypontjától egy tetszőlegesen kiválasztott vízszintes összehasonlító síkhoz; z 0-z 3 = H,
p 0 , p 3 - nyomás a 0 és 3 lakórészek súlypontjában, р 0 =р 3 =р at;
v 0 , v 3 - a folyadék mozgásának átlagos sebessége a 0 és 3 élő szakaszokban;
a 0 ,a 3 - mozgási energia-együttható (Coriolis-együttható) - korrekciós tényező, amely a vizsgált szakaszon lévő áramlás valódi mozgási energiájának az átlagsebességből számított mozgási energiához viszonyított arányával egyenlő dimenzió nélküli mennyiség.
A 0-0 szakaszban a sebességnyomást figyelmen kívül hagyjuk
Lamináris mozgásnál a = 2, turbulens mozgásnál a értéke 1;
h 0-3 - nyomásveszteség az ellenállási erők leküzdéséhez, amikor az áramlás az 1. szakaszból a 2. szakaszba mozog; r = 1000 kg/m3; g= 9,81 m/s2.
Ekkor az egyenlet a következő alakot veszi fel:
(7)
Határozzuk meg az egyes szakaszokon a víz mozgásának sebességét.
Sebesség
Határozzuk meg az egyes szakaszokban a folyadék mozgásának módját.
Reynolds szám:
ahol ν a kinematikai viszkozitási együttható, t=30 0 C-on vízre az 1. függelék szerint n=0,009 cm 2 /c=0,009∙10 -4 m 2 /s
A folyadék áramlási rendszere minden területen turbulens, ezért a hidraulikus súrlódási együtthatót az Altschul képlet segítségével határozzák meg:
, (12)
Ahol kuh- a csőfal egyenértékű érdessége.
A nyomásveszteség egyenlő a hossz menti veszteségek és a helyi veszteségek összegével:
h w =h l +h m
A fejveszteséget a hossz mentén a Darcy-képlet segítségével határozzuk meg:
1. A helyi ellenállások nyomásveszteségeit a Weisbach-képlet segítségével számítjuk ki:
Ahol V- átlagos sebesség egy adott helyi ellenállás mögött; z - a helyi ellenállás dimenzió nélküli együtthatója a referenciakönyvből kerül meghatározásra.
Hossz veszteség:
, a 2. függelék szerint ξ сс1 =0,324
, a 2. függelék szerint ξ vs2 =0,242
A nyomásveszteség kiszámításakor a cső bejáratánál a helyi ellenállási együttható z bemenet egyenlő 0,5.
Sebességfej
Helyettesítsük a (7)-et:
Н=0,40+0,06+0,16+0,26+0,05+0,10+0,02=1,05 m
Nyomóvezeték épül. A nyomóvonal azt mutatja, hogy a teljes magasság: (teljes fajlagos energia) hogyan változik az áramlás hossza mentén. Értékek N felől függőlegesen felfelé helyezkednek el középvonal csővezeték.
Nyomóvezeték építésénél a tervezési szakaszokat függőlegesekkel kell kiemelni. Ebben a feladatban három ilyen szakasz lesz. Ezután egy tetszőlegesen választott függőleges skálán a tartályban talált folyadékszint értékét ábrázoljuk a középvonaltól. N. Ezen a szinten vízszintes vonalat húzva megkapjuk a kezdeti (kezdeti) nyomás vonalát. A tartályban lévő folyadék szintjétől függőlegesen, a folyadék csővezetékbe való belépésénél lévő keresztmetszetnek megfelelően, egy szegmens, amely megegyezik a nyomásveszteséggel, amikor a folyadék belép a csőbe (nyomásveszteség a helyi ellenállásban hbemenet). Helyszín bekapcsolva L 1
nyomásveszteség lép fel a csővezeték hosszában h L 1
. A szakasz végén lévő nyomóvezetékhez tartozó pont megszerzéséhez L 1
, függőlegesen kell elmozdulni a teljes nyomás vonalától, miután a folyadék belép a csőbe a szakasz végén L 1
lefelé a skála szegmensében, amely megfelel a nyomásveszteségnek ezen a területen h L 1
. Majd a teljes nyomás pontjától a szakasz végén L 1
a helyi ellenállás nyomásveszteségének megfelelő szegmenst ábrázolunk egy skálán (hirtelen tágulás hvr), és így tovább a csővezeték végéig. Az egyes szakaszok össznyomási pontjait összekötve nyomóvezetéket kapunk. A piezometrikus vonal azt mutatja, hogyan változik a piezometrikus nyomás (fajlagos potenciális energia) az áramlás hossza mentén. A fajlagos potenciális energia a fajlagos kinetikus energia mennyiségével kisebb, mint a teljes fajlagos energia v 2
/ (2 g). Ezért egy piezometrikus egyenes felépítéséhez minden szakaszban ki kell számítani a értékét v 2
/ (2 g) minden szakasz elején és végén és a kapott pontokat összekötve piezometrikus vonalat építünk.
Felső vonal (kék) - nyomásvonal
Alsó (piros) - piezometrikus
Vízszintes lépték: 1 cm - 1,25 m
Függőleges skála: 1 cm - 0,2 m
5. probléma (v0)
Adott: d=200 mm=0,2 m, L=200 m, L nap=20 m, d nap=200 mm=0,02 m, Q=47,1 l/s=0,0471 m 3 /s, H=2,2 m
Meg kell határoznia:
1. Nyomás a szivattyú bejáratánál (vákuummérő leolvasása a részben 2 -2), vízoszlop méterben kifejezve.
Hogyan változik a vákuumérték ezen a szakaszon, ha két azonos átmérőjű csövön keresztül jut a víz a kútba? d?
Megoldás
A szükséges vákuumérték meghatározásához a szivattyú bemeneténél (szakasz 2-2) - ismerni kell a szivattyú tengelyének vízszint feletti magasságát a vízbevezető kútban. Ez a magasság a magasságok összege H + z. Mivel az érték N adott esetben meg kell határozni a folyó és a befogadó kút vízszintkülönbségét z.
Nagyságrend z a gravitációs vonal adott hosszúsága és átmérője a Q áramlási sebességtől függ, és a szakaszokra összeállított Bernoulli-egyenletből kerül meghatározásra O-OÉs 1-1
(9. ábra):
. (14)
Vízszintes összehasonlító síkként az 1-1 szakaszt vesszük és számoljuk v 0 = 0 és v 1 = 0, és azt is figyelembe véve, hogy a nyomások a szakaszokban O-Oés 1-1 egyenlő az atmoszférikus ( p o= p aTÉs 1. o= p aT), megkapjuk az egyenlet számított alakját:
Így a medence és a vízbevezető kút vízszintjének különbsége megegyezik a nyomásveszteségek összegével, amikor a víz a gravitációs vonal mentén mozog. Nyomásveszteségekből áll a hossz mentén és helyi ellenállásokban
Sebesség a gravitációs csővezetékben:
A helyi ellenállások közé tartozik a csővezeték be- és kilépése. Ezen ellenállások nyomásveszteségének meghatározásakor a bemenet helyi ellenállásának együtthatóját zin = 3-nak, a kimeneti zout = 1-nek kell venni.
Elfogadjuk az n = 0,01x10 -4 m 2 /s kinematikai viszkozitási együtthatót, akkor a (8) képlet szerint a Reynolds-szám:
Elfogadjuk a csőfalak egyenértékű érdességét kuh= 1 mm
Ekkor (15) nyomásesésből z=0,46+3,33=3,79 m
A szükséges vákuumértéket a szivattyú bemeneténél a Bernoulli-egyenlet határozza meg, amelyet az 1-1. 2
-2,
ebben az esetben a metszetet vesszük vízszintes összehasonlító síknak 1
-1:
A fejveszteség egyenlő a hosszveszteségek és a lokális veszteségek összegével.
A lábszelep helyi ellenállási együtthatója hálóval adj. 3 egyenlő z halmaz = 5,2, térd z count = 0,2.
Hossz veszteség:
Ekkor h 1-2 =0,62+0,33=0,95 m
Vákuum a szivattyú bemeneténél:
Amikor a víz áthalad két azonos átmérőjű gravitációs csövön, az új vákuumérték a keresztmetszetben 2-2 az egy csövön áthaladó áramlási sebesség alapján határozzák meg K 1 = Q / 2 = 0,02355 m 3 /s
Sebesség a gravitációs csővezetékben:
Határozzuk meg a helyi veszteségeket a (13) képlet segítségével!
Reynolds szám:
Hidraulikus súrlódási együttható a (12) képlet szerint:
Megtaláljuk a nyomásveszteséget a hossz mentén a Darcy-képlet segítségével:
Ekkor (15) nyomásesésből z=0,12+0,86=0,98 m
Vákuum a szivattyú bemeneténél:
A vákuum 63,3:12,6=5-szörösére csökken.
6. probléma (v0)
Adott: d 1 = 4,5 cm, d 2 = 3,5 cm, H 1 = 1,5 m, h 1 = 1 m, h 2 = 0,5 m
Meg kell határoznia:
Fogyasztás K,
A rekeszek vízszintjének különbsége h.
a) szabad áramlás, b) szint alatti áramlás
Megoldás
A lyukakból és fúvókákból kiáramló folyadék áramlási sebességét a következő képlet határozza meg:
, (16)
ahol w a furat területe, w=πd 2 /4, N a furat közepe feletti effektív nyomás: m az áramlási együttható (a furatból kifolyva m o = 0,62 vehető, a fúvókától - m n = 0,82).
Tegyük fel, hogy a lyuk nincs elöntve. Ezután a (16) képlet segítségével megtaláljuk az áramlási sebességet:
Figyelembe véve az áramlási sebességek egyenlőségét a lyukból és a fúvókából, meghatározzuk
. (20)
(h 2 + H 2) = 0,5 + 2,35 = 2,85 m³ h 1 = 1 m, tehát a lyuk elöntött, számoljuk újra, figyelembe véve az elöntendő lyukból való kiáramlást. Ebben az esetben:
Ebből az egyenlőségből H2-t találunk.
Az árvízi körülmények ellenőrzése
(h 2 + H 2) = 0,5 + 1,22 = 1,72 m > h 1 = 0,5 m, és határozza meg a szükséges áramlási sebességet
.
A szükséges érték megtalálása
h = (h 1 + H 1) - (h 2 + H 2) = (1 + 1,5) - (0,5 + 1,22) = 0,78 m
Ellenőrzés végrehajtása
.
7. probléma (v0)
Adott: Q = 60 l/s = 0,06 m 3 / s, L = 0,75 km = 750 m, z = 3 m, H St = 12 m, öntöttvas csövek, hm = 0,1 h l
d, Nb, Nsv keresése\
A csővezeték átmérőjét a mellékletben található maximális áramlási sebességek táblázata szerint határozzuk meg. 4.
Q=60 l/s és öntöttvas csövekhez d=250 mm-t rendelünk
A víztorony szükséges magasságát az egyenletből határozzuk meg
,
, (21)
Ahol h w- nyomásveszteség a csővezeték A ponttól B pontig tartó szakaszán, amely a hossz menti nyomásveszteségből és a helyi ellenállások nyomásveszteségéből áll:
, (22)
Ahol S 0 - cső ellenállása; K- a cső áramlási karakterisztikája (áramlási modulusa).
Csővezeték sebessége:
Ezért nincs szükség a nem négyzet alakú korrekcióra.
Az 5. függelék szerint a négyzetes ellenállási tartományban működő cső fajlagos ellenállása d=250 mm-nél:
S 0 kv=2,53 s 2 /m 6
Nyomásveszteségi képlet (22):
Ekkor a (21) képlet szerint a torony magassága:
Nb=7,51+12-3=16,51 m, Nb=17 m-re kerekítve
A szabad nyomás mértéke végpont a számított áramlási sebesség felével megegyező áramlási sebességnél a következő képlet határozza meg:
, (28)
hol van a nyomásveszteség a hálózatban áramlás közben K 1 .
K 1
= Q/2 = 0,03 m3/s
Sebesség 
Korrekcióra van szükség a négyzet nélküliség miatt,
k 1 - korrekciós tényező figyelembe véve a négyzet nélküliséget, adj. 6 k 1 =1,112
Nyomásveszteségi képlet (22):
8. probléma (v0)
Adott: L 1-2 =600 m, L 2-3 =100 m, L 3-4 =0,5 km=500 m, L 2-5 =0,7 km=700 m, Q 2 =11 l/s = 0,011 m 3 / s, Q 3 = 9 l / s = 0,009 m 3 / s, Q 4 = 7 l / s = 0,007 m 3 / s, Q 5 = 16 l / s = 0,016 m 3 / s, q 3-4 =0,01 l/s m, q 2-5 =0,02 l/s m, Hsv=15 m
Kívánt:
2. Állítsa be a csövek átmérőjét főirányban a maximális áramlási sebességeknek megfelelően.
3. Határozza meg a víztorony szükséges magasságát.
4. Határozza meg az ág átmérőjét a főtől.
Számítsa ki a szabad nyomások tényleges értékeit a vízfelvételi pontokon.
Megoldás:
1. Határozza meg az utazási költségeket Qn 3-4
,
Qn 2-5
képlet szerint
Ahol q- adott konkrét utazási költség a szakaszon; L- a szakasz hossza.
Qn 3-4 = q 3-4 ∙ L 3-4 =0,01∙500 = 5 l/s
Qn 2-5
=
q 2-5 ∙ L 2-5 =0,02∙700 = 14 l/s
2. Határozzuk meg a becsült vízhozamokat a hálózat egyes szakaszaira, abból a tényből kiindulva, hogy a szakaszon a becsült vízhozam egyenlő az e szakasz mögött található csomóponti áramlási sebességek összegével (a vízmozgás irányában). ). Ebben az esetben az egyenletesen elosztott utazási költségeket a szomszédos csomópontokban egyformán koncentrált költségek váltják fel.
Nincs szükség a nem négyzet alakú korrekcióra.
d 2-5 esetén = 150 mm 2 / m 6-tal
Nyomásveszteségi képlet (22):
6. Számítsa ki a víztorony magasságát a képlet segítségével!
,
Ahol HUtca.- szabad nyomás a vezeték végpontjában; S× h összeg nyomásveszteség a fővezeték toronytól a végpontig tartó szakaszain.
Nb=15+3,61+13,74=32,35 m
Fogadott érték Hb felfelé kerekítve Hb = 33 m-re.
Határozza meg a víznyomást a fő ág kezdetén (a 2. pontban) a képlet segítségével
,
Ahol h 1-2 - nyomáscsökkenés a fővezeték toronytól az elágazásig terjedő szakaszán.
H2=33-3,61=29,39 m
Egy ág átlagos hidraulikus lejtését a képlet határozza meg
, (34)
Ahol HUtca.- szükséges szabad nyomás az elágazás végpontján; L s 2 /m 6
Chugaev R.R.Hydraulics: Tankönyv egyetemek számára. 5. kiadás, utánnyomás. - M.: BASTET LLC, 2008. - 672 p.: ill.
Shterenlikht D.V. Hidraulika. - M.: Kolos, 2006, - 656 p. beteg..
Lapshev N.N. Hidraulika. - M.: Akadémia, 2007. - 295 p.
Rtiscseva A.S. Elméleti alap hidraulika és fűtéstechnika. oktatóanyag. - Uljanovszk, UlSTU, 2007. - 171 p.
Bryukhanov O.N. Hidraulika és hőtechnika alapjai - M.: Akadémia, 2008.
Akimov O.V., Kozak L.V., Akimova Yu.M. Hidraulika: tankönyv. juttatás - Habarovszk: DVGUPS Kiadó, 2008 - 94 p.: ill.
Akimov O.V., Kozak L.V., Akimova Yu.M. Hidraulika: módszer. Végrehajtási utasítások laboratóriumi munka. 2. rész - Habarovszk: DVGUPS Kiadó, 2009 - 27 p.: ill.
Akimov O.V., Akimova Yu.M. Hidraulika. Számítási példák: tankönyv. juttatás - Habarovszk: DVGUPS Kiadó, 2009 - 75 p.: ill.
Akimov O.V., Kozak L.V., Akimova Yu.M., Birzul A.N. Hidraulika: Szo. laboratóriumi munka. - Habarovszk: DVGUPS Kiadó, 2008 - 83 p.: ill.
Kozak L.V., Romm K.M., Akimov O.V. Hidraulika. Hidrosztatika: Tipikus problémák gyűjteménye. 3 részben. - 1. és 2. rész. - Habarovszk: DVGUPS Kiadó, 2001
Kozak L.V., Birzul A.N. Hidraulika. Hidrodinamika: gyűjtemény. tipikus feladatok. - Habarovszk: DVGUPS Kiadó, 2008 - 74 p.: ill.
Regionális költségvetés oktatási intézmény
középfokú szakképzés
"Kursk Assembly College"
A NEVELÉSI FEGYELEM MUNKAPROGRAMJA
OP 06.
szakirányú középfokú szakképzés szakmai alapképzési programja
140102 Hőszolgáltató és fűtőberendezések
(alapkiképzés)
Kurszk
FELÜLVIZSGÁLT ÉS JÓVÁHAGYOTTaz OPD Központi Bizottságának ülésén
_____ számú jegyzőkönyv
"____"_____________2012
A Központi Bizottság elnöke, Stanar A.M.
EGYETÉRT
__________________
Helyettes Az SD O.B. igazgatója Gruneva
"____"__________________2012
A tudományos tudományág munkaprogramja„A hőtechnika és a hidraulika elméleti alapjai” alapján lett kifejlesztve:
Szövetségi állami oktatási szabvány a középfokú szakképzés szakára(alapképzés), az Oktatási és Tudományos Minisztérium rendeletével jóváhagyott 140000 Energetika, energetika és elektrotechnika kibővített szakkör része. Orosz Föderáció 2010. február 15-én kelt 114. sz.
Fejlesztő:
A.A. Katalnikova, a Kursk Assembly College tanára.
TARTALOM
p.
A NEVELÉSI FEGYELMI MUNKAPROGRAM ÚTVÉLYE
A TANÁCS FELÉPÍTÉSE, TARTALMA
végrehajtási feltételek munkaprogram akadémiai fegyelem
A tanulmányi tudományág elsajátításának eredményeinek nyomon követése, értékelése
1. OKTATÁSI FEGYELMEZTETÉS MŰKÖDÉSI PROGRAMJA
A hőtechnika és a hidraulika elméleti alapjai
1.1. A munkaprogram alkalmazási köre
Az akadémiai diszciplína munkaprogramja a fő szakmai oktatási program része a középfokú szakképzésre vonatkozó szövetségi állami oktatási szabványnak megfelelően140102 „Hőellátó és fűtési berendezések” (alapképzés), amely a kibővített 140 000 Energetika, energetika és elektrotechnika szakkör része.
Használható az akadémiai tudományág munkaprogramja ezen felül szakképzés valamint a hőszolgáltató és fűtőberendezések területén dolgozók szakmai képzéseha van egy átlagos (teljes) Általános oktatás. Nem szükséges munkatapasztalat.
1.2. Az akadémiai tudományág helye a fő szakmai oktatási program felépítésében: fegyelem benne van szakmai ciklus, általános szakmai diszciplínákra utal.
1.3. Az akadémiai tudományág céljai és célkitűzései az akadémiai tudományág elsajátításának eredményeinek követelményei.
képesnek lenni :
hőtechnikai számítások elvégzése:
Hőgépek és hőerőművek termodinamikai ciklusai;
Üzemanyag fogyasztás; hő és gőz energiatermeléshez;
Hőgépek és hőerőművek termodinamikai ciklusainak hatékonysága;
Hőveszteség az épület burkolatain, csővezetékek és fűtőberendezések szigetelésén keresztül;
Hő- és anyagmérleg, hőcserélők fűtőfelülete;
Paraméterek meghatározása csővezetékek és légcsatornák hidraulikus számításaihoz;
Szerelje meg a szivattyúk és ventilátorok jellemzőit.
Az akadémiai fegyelem elsajátításának eredményeként a hallgatónak kelltud :
A termodinamikai rendszer állapotának paraméterei, mértékegységei és a köztük lévő kapcsolat;
A termodinamika alaptörvényei, az ideális gázok, a vízgőz és a víz halmazállapotának változási folyamatai;
Hőgépek és hőerőművek ciklusai;
A hőátadás alaptörvényei;
Folyadékok és gázok fizikai tulajdonságai;
A hidrosztatika és a hidrodinamika törvényei;
Csővezetékek hidraulikai számításának fő feladatai és eljárása;
Szivattyúk és ventilátorok típusai, készülékei és jellemzői.
1.4. Az akadémiai tudományág munkaprogramjának elsajátítására fordított óraszám:
Egy hallgató maximális tanítási terhelése 180 óra, amely tartalmazza:
a tanuló kötelező tantermi tanítási terhelése 120 óra;
önálló munkavégzés diák 60 óra.
2. AZ ISKOLAI FEGYELMEZTETÉS FELÉPÍTÉSE ÉS TARTALMA
2.1. Az akadémiai fegyelem köre és a tudományos munka típusai
beleértve:oktatási és egyéni diákmunka;
absztraktok készítése;
laboratóriumi munkák nyilvántartása;
leckejegyzetek, oktatási és szakirodalmi kérdések rendszeres tanulmányozása bekezdésekhez, fejezetekhez oktatási segédletek;
problémák megoldása, gyakorlatok elvégzése
4
4
5
19
22
6
Végső tanúsítás az űrlapon vizsga
2.2. A tudományág tematikus terve és tartalma
A hőtechnika és a hidraulika elméleti alapjai
Rövid történeti áttekintés és a hidraulika és fűtéstechnika jelenlegi fejlettségi szintje.
A hazai tudósok szerepe e tudományok fejlődésében.
1. szakasz.Folyadékok és gázok fizikai tulajdonságai
Téma 1.1.
Folyadékok és gázok fizikai tulajdonságai
A folyadékok fizikai tulajdonságai: sűrűség, fajsúly, fajlagos térfogat, kapcsolat közöttük, összenyomhatóság, viszkozitás, hőmérséklet- és nyomásfüggés.
Önálló munkavégzés
2. rész A hidrosztatika alapjai
Téma 2.1
Hidrosztatikus nyomás. A hidrosztatika alapegyenlete.
Folyadék belsejében ható erők. Hidrosztatikus nyomás egy pontban, tulajdonságai, mértékegységei. Abszolút és túlnyomás.
A hidrosztatika alapegyenlete. A hidrosztatikai egyenlet fizikai lényege és grafikus ábrázolása. Nyomás. Nyomásmérő műszerek..
Laboratóriumi munkák
Nyomásmérés piezométerrel és manométerrel. Nyomásmértékegységek átalakítása.
Gyakorlati leckék
Feladatok megoldása egy folyadék egyensúlyi egyenletének megalkotására
Önálló munkavégzés:
Téma 2.2. Folyadék és gáz nyomási erői lapos és íves falakra.
Pascal törvénye. Hidraulikus nyomás, hidraulikus emelő.
A hidrosztatikus nyomás ereje sík felületeken. Nyomásközpont. Hidrosztatikus paradoxon. Grafikus módszer a hidrosztatikus nyomás erejének meghatározására
A hidrosztatikus nyomás ereje hengeres felületre. Képlet a cső szilárdságának kiszámításához. Arkhimédész törvénye. A testek olvadása és stabilitása.
Gyakorlati leckék
Problémák megoldása a nyomáserő meghatározására különféle felületek, csőfalvastagság meghatározása
A tanulók önálló munkája:
Gyakorlati munka előkészítése
3. rész A hidrodinamika alapjai
Téma 3.1. A folyadékmozgás alaptörvényei
A folyadékmozgás típusai: egyenletes, bizonytalan, egyenletes, egyenetlen. A folyadék áramlási mozgásának fogalma. Folyadékáramlás, áramlási elemek. Sebesség és folyadékáramlás. Áramlási folytonossági egyenlet.
Bernoulli egyenlete, geometriai és energetikai jelentése.
Laboratóriumi munkák
A Bernoulli-egyenlet tanulmányozása. Nyomás- és piezometrikus vezetékek építése.
Önálló munkavégzés:
Laboratóriumi munkák nyilvántartása;
Órajegyzetek, oktató- és szakirodalom rendszeres tanulmányozása a bekezdésekhez, a tankönyvek fejezeteihez fűzött kérdésekhez
Téma 3.2. Hidraulikus ellenállás
Hidraulikus ellenállások és típusaik. A folyadék mozgásának módjai.
Reynolds-kritérium. A lamináris és turbulens folyadékmozgás jellemzői. Nyomásveszteség az áramlás hosszában és a helyi ellenállásokban (elzárószelepek, áramlás tágulása és összehúzódása során, áramlási irány változása). Az áramlás hirtelen bővülése miatti nyomásveszteségek számítása. Hidraulikus súrlódási együttható, meghatározása lamináris és turbulens folyadékmozgási módokban.
Laboratóriumi munkák
Két folyadékmozgási mód meghatározása. Reynolds-szám meghatározása.
Fejveszteség meghatározása hossz mentén, hidraulikus súrlódási együttható.
Helyi nyomásveszteségek, helyi ellenállási együttható meghatározása.
Önálló munkavégzés
Laboratóriumi munkák nyilvántartása;
Órajegyzetek, oktatási és szakirodalom rendszeres tanulmányozása a bekezdésekhez, a tankönyvek fejezeteihez fűzött kérdésekhez;
Téma 3.3. Csővezetékek hidraulikus számítása
Csővezetékek és típusaik. Egyszerű és összetett csővezetékek hidraulikus számítása. Vízkalapács a csővezetékekben (közvetlen és közvetett).
Szabad áramlású és rövid csővezetékek számítása.
Gyakorlati leckék
- Egy egyszerű csővezeték számítása
Önálló munkavégzés:
Gyakorlati munka előkészítése;
Órajegyzetek, oktató- és szakirodalom rendszeres tanulmányozása a bekezdésekhez, a tankönyvek fejezeteihez fűzött kérdésekhez
Absztraktok készítése
Az absztraktok hozzávetőleges témái:
Modern módszerek csővezetékek védelme vízkalapács ellen.
A kavitáció jelensége, amikor folyadék áramlik a csövekben.
Intézkedések a kavitáció megelőzésére.
Téma 3.4. Folyadék szivárgás lyukakon és fúvókákon keresztül
Folyadék áramlása a lyukakból állandó nyomás alatt. A „lyuk a vékony falban” és a „kis lyuk” fogalmak. A fúvókák típusai. Folyadék áramlása a fúvókákon állandó nyomáson.
Gyakorlati leckék
A folyadék áramlásának meghatározása a lyukon és a fúvókákon keresztül történő kiáramláskor
Önálló munkavégzés:
- gyakorlati munka regisztrációja
Órajegyzetek, oktatási és szakirodalom rendszeres tanulmányozása a bekezdésekhez, a tankönyvek fejezeteihez fűzött kérdésekhez;
Teszt a 3. szakaszhoz. A hidrodinamika alapjai
4. szakasz Szivattyúk és ventilátorok
Téma 4.1. A szivattyúk típusai és működési elve
Centrifugálszivattyúk, típusaik, működési elveik. Teljes fej, maximális szívóerő. Takarmány, nyomás, teljesítmény és hatékonyság centrifugális pumpa, meghatározásuk. Ezen paraméterek függése a motor fordulatszámától.
Arányossági képletek. Centrifugálszivattyúk és nyomóvezetékek jellemzői. Centrifugálszivattyúk párhuzamos és szekvenciális működése. Dugattyús szivattyúk, típusaik, működési elve. Jet szivattyúk.
Praktikus munka
A centrifugálszivattyú jellemzőinek megalkotása
Önálló munkavégzés:
Gyakorlati munka előkészítése;
Órajegyzetek, oktatási és szakirodalom rendszeres tanulmányozása a bekezdésekhez, a tankönyvek fejezeteihez fűzött kérdésekhez;
Oktató és egyéni diákmunka.
Téma 4.2. A ventilátorok típusai és működési elve
Centrifugális és axiális ventilátorok, típusai és működési elvük. A ventilátorok teljesítménye, nyomása, energiafogyasztása és hatékonysága. A ventilátor paramétereinek függése a motor fordulatszámától.
Praktikus munka
Jellemzők felépítése centrifugális ventilátor.
Önálló munkavégzés:
Gyakorlati munka előkészítése;
Órajegyzetek, oktatási és szakirodalom rendszeres tanulmányozása a bekezdésekhez, a tankönyvek fejezeteihez fűzött kérdésekhez;
5. szakasz A műszaki termodinamika alapjai
Téma 5.1. A műszaki termodinamika alapelvei. Gáztörvények. Gázkeverékek.
Hő- és mechanikai energia. A munkaközeg állapotának alapvető termodinamikai paraméterei. Ideális és igazi gáz. A gázok molekuláris kinetikai elmélete.
Gázelegy, összetétele. Gázelegy komponenseinek parciális nyomása és csökkentett térfogata. Dalton törvénye. A keverék tömeg- és térfogatösszetételének kapcsolata.
Önálló munkavégzés:
leckék jegyzeteinek, oktatási és szakirodalmának szisztematikus tanulmányozása a bekezdésekhez, a tankönyvek fejezeteihez fűzött kérdésekhez
Téma 5.2. Hőkapacitás
Hőteljesítmény és hőmennyiség. Állandó és változó hőteljesítmény. Átlagos és valós hőkapacitás. A gázkeverék hőkapacitása
Gyakorlati leckék:
A levegő térfogati hőkapacitásának meghatározása állandó nyomáson
Önálló munkavégzés
Gyakorlati munka előkészítése;
Órajegyzetek, oktató- és szakirodalom rendszeres tanulmányozása a bekezdésekhez, a tankönyvek fejezeteihez fűzött kérdésekhez
Téma 5.3. A termodinamika törvényei. Termodinamikai folyamatok.
A termodinamika első főtétele a hő- és mechanikai energia megmaradásának és átalakulásának törvénye. A hő és a munka mértékegységei. A gáz entalpiája. Az ideális gázok állapotváltozásának főbb termodinamikai folyamatainak elemzése: izochor, izobár, izoterm, adiabatikus, politropikus. Termodinamikai folyamatok állapotegyenlete, ábrázolása a pv diagramon. Munka, belső energia változás és hőmennyiség meghatározása.
A termodinamika második főtétele. Körkörös folyamatok vagy ciklusok. A ciklus termikus hatásfoka. A munkafolyadék egyensúlyi és nem egyensúlyi állapota. Reverzibilis és irreverzibilis folyamatok és ciklusok. Ideális Carnot ciklus, képe a pv diagramon. A termodinamika második főtétele reverzibilis és irreverzibilis folyamatokra. Az entrópia a fizikai jelentése. Тs-diagram. A termodinamika harmadik főtétele.
Gyakorlati leckék:
A ciklusok termodinamikai számítása és a hatásfok (hatásfok) termikus együtthatóinak meghatározása, a ciklusokat pv és Ts diagramokon ábrázolja.
Önálló munkavégzés
Gyakorlati munka előkészítése;
Órajegyzetek, oktató- és szakirodalom rendszeres tanulmányozása a bekezdésekhez, a tankönyvek fejezeteihez fűzött kérdésekhez
Problémamegoldás, gyakorlatok elvégzése
Téma 5.4. Gázciklusok
Belső égésű motorok. ICE ciklusokkal különböző utak hőellátás. Képeik pv és Ts diagramokon láthatók. A belső égésű motor ciklusainak hőhatékonysága. Gázturbinás egységek. GTU ciklusok különböző hőellátási módszerekkel. Képeik pv és Ts diagramokon láthatók. A gázturbinás ciklusok hőhatékonysága. A kompresszor működésének termodinamikai elvei. A kompresszor ciklusának illusztrációja pv és Ts diagramokon.
Gyakorlati leckék:
Belső égésű motor és gázturbina ciklusok termikus hatásfokának összehasonlítása különféle hőellátási módszerekkel.
Önálló munkavégzés
gyakorlati munka regisztrációja;
Problémamegoldás, gyakorlatok elvégzése
Téma 5.5. Valódi gázok. A vízgőz és tulajdonságai
Valódi gázok tulajdonságai. Karakterisztikus egyenlet igazi van der Waals gázok. A vízgőz olyan, mint egy igazi gáz. Párologtatás, bepárlás, forralás, kondenzáció, szublimáció, deszublimáció.
Telített vízgőz. Száraz és nedves telített gőz. Túlhevített gőz. A szárazság mértéke. Páratartalom és túlmelegedés. Határgörbék és kritikus pont. A víz és a vízgőz termodinamikai tulajdonságainak táblázatai.
Gyakorlati leckék:
Vízgőz paraméterek meghatározása táblázatok segítségével.
Nedves telített gőz paramétereinek kiszámítása vízgőz táblázatok és matematikai függőségek segítségével.
Önálló munkavégzés
Gyakorlati munka előkészítése;
Órajegyzetek, oktatási és szakirodalom rendszeres tanulmányozása a bekezdésekhez, a tankönyvek fejezeteihez fűzött kérdésekhez;
Téma 5.6. A vízgőz termodinamikai folyamatai
A vízgőz állapotának megváltoztatásának főbb folyamatai: izobár, izokór, izoterm és adiabatikus. A vízgőz fő termodinamikai folyamatainak képe pv és Ts - diagramokon.
A hőmennyiség, a belső energia változása, az entalpia, az entrópia és a vízgőz fajlagos térfogatának meghatározása az egyes termodinamikai folyamatokban.
Gyakorlati leckék:
A vízgőz állapotváltozási folyamatainak számítása táblázatok és diagramok segítségével.
Önálló munkavégzés
Gyakorlati munka előkészítése;
Órajegyzetek, oktatási és szakirodalom rendszeres tanulmányozása a bekezdésekhez, a tankönyvek fejezeteihez fűzött kérdésekhez;
Problémamegoldás, gyakorlatok elvégzése.
Téma 5.7. Gázok és gőzök kiáramlása és fojtása
A lejárat általános fogalmai. Push munka és eldobható munka.
A kilégzés sebessége és kritikus sebessége, a gáz második tömegáramlási sebessége. A kiáramlás függése a nyomásviszonytól. Gyakorlati használat lejárat. Kombinált Laval fúvóka.
A fojtás folyamata és jellemzői. Műszaki alkalmazás fojtó.
Gyakorlati leckék:
A vízgőz paramétereinek és jellemzőinek meghatározása áramlás és fojtás közben
Önálló munkavégzés
gyakorlati munka regisztrációja;
Absztrakt készítése.
Az absztraktok hozzávetőleges témái:
Laval kombinált fúvóka;
A fojtási folyamat gyakorlati alkalmazása;
A lejárati folyamat technikai alkalmazása.
Téma 5.8. Gőzturbinás üzemek ciklusai.
Gőzturbina beépítési rajza. A Rankine körfolyamat egy hőerőmű ideális gőz-víz körfolyamata, a körfolyamat pv és Ts diagramokon való ábrázolása. Egy gőzturbinás üzem regenerációs ciklusa. Ciklus közbenső gőz túlhevítéssel. Hőerőművek bináris és gőz-gáz ciklusai.
Gyakorlati leckék:
Gőzturbinás üzemi ciklusok ábrázolása pv és Ts diagramokon
Önálló munkavégzés
Gyakorlati munka előkészítése;
Órajegyzetek, oktató- és szakirodalom rendszeres tanulmányozása a bekezdésekhez, a tankönyvek fejezeteihez fűzött kérdésekhez
6. szakasz: A hőátadás alapjai
Téma 6.1. A hőátadás elméletének alapvető rendelkezései.
A hővezetési, konvekciós és sugárzási hőátadás folyamata. A hőátadás fogalma. Hőátadás sík egyrétegű falon keresztül. Fourier törvénye
Hőátadás hővezetéssel többrétegű lapos falon keresztül. Hőátadás hővezetéssel többrétegű hengeres falon keresztül.
Gyakorlati leckék:
Hővezetési tényező meghatározása és a falakon keresztül hővezető képességgel átadott hőmennyiség számítása különféle formák.
Önálló munkavégzés
Gyakorlati munka előkészítése;
Órajegyzetek, oktató- és szakirodalom rendszeres tanulmányozása a bekezdésekhez, a tankönyvek fejezeteihez fűzött kérdésekhez
Téma 6.2. Konvektív hőátadás. Hőleadás és hőátadás.
A konvektív hőátadás alapelvei. Hőátadás a lapos fal és a folyadék között. Hőátbocsátási tényező, fizikai jelentése Hőátadás többrétegű falon és hengeres falakon keresztül. Hőátbocsátási tényező, fizikai jelentése.
Gyakorlati leckék:
A hűtőfolyadékból a különböző alakú falakra átadott hőmennyiség kiszámítása.
Önálló munkavégzés
Gyakorlati munka előkészítése;
Órajegyzetek, oktató- és szakirodalom rendszeres tanulmányozása a bekezdésekhez, a tankönyvek fejezeteihez fűzött kérdésekhez
6.3. témakör Hőátadás a folyadék szabad mozgása során, kényszerített hosszanti és keresztirányú áramlás a csövek körül, az anyagok halmazállapotának változása.
A folyadék szabad mozgását meghatározó tényezők. A hőmérsékletek és sebességek eloszlása a határrétegben. A folyadék mozgásának jellege függőleges fal mentén, közel vízszintes csövekés tányérokat. A hőátbocsátási tényező meghatározására szolgáló egyenlet, alkalmazásának feltételei.
Hőátadás hosszirányú áramlás során sima csövek turbulens üzemmódban. Hőátbocsátási tényező. A hőátadás folyamata a csövek körüli keresztirányú áramlás során. A csövek sakktábla és folyosói elrendezése kötegekben. Kritérium egyenlet.
A páralecsapódás feltételei. Hőállóság a gőzkondenzáció során. Hőátbocsátási tényező meghatározása kondenzáció során. A forralás feltétele. Forrás közbeni hőátbocsátási tényező és annak különböző tényezőktől való függése.
Gyakorlati leckék:
Hőátbocsátási tényező számítása kritériumegyenletekkel a konvektív hőátadás különböző eseteiben.
Önálló munkavégzés
Gyakorlati munka előkészítése;
Problémamegoldás, gyakorlatok végzése;
Téma 6.4. A hősugárzás alapfogalmai és törvényei. A testek közötti hőcsere sugárzással.
A hősugárzás tulajdonságai. A testek elnyelő, visszaverő és átadó képessége. A hősugárzás alaptörvényei: Planck, Stefan-Boltzmann, Lambert, Kirchhoff törvényei. A sugárzás általi hőátadás különböző esetei.
Gyakorlati leckék:
A kisugárzott hő mennyiségének, a testek felületének feketeségi fokának kiszámítása. testek emissziós és abszorpciós képessége.
Önálló munkavégzés
Gyakorlati munka előkészítése;
Órajegyzetek, oktató- és szakirodalom rendszeres tanulmányozása a bekezdésekhez, a tankönyvek fejezeteihez fűzött kérdésekhez
Téma 6.5. Hőcserélők.
A hőcserélők célja és osztályozása. Felületi és keverő hőcserélők működési elve. A hűtőfolyadékok alapvető áramlási mintái. Hőmérleg és hőátadás egyenlete hőcserélőben. A hőcserélő hőátbocsátási tényezője. A hőcserélő fűtőfelületének meghatározása.
Gyakorlati leckék:
A hőmérleg és a hőátadás egyenletének felállítása hőcserélőkben.
Önálló munkavégzés
gyakorlati munka regisztrációja;
Egyedi tudományos munka hallgatók
Teszt a 6. A hőátadás alapjai fejezethez
A fejlettségi szint jellemzésére oktatási anyag A következő jelöléseket használják:
1. – megismertetés (korábban tanulmányozott tárgyak, tulajdonságok felismerése);
2. – reproduktív (tevékenységek elvégzése modell, utasítás vagy irányítás mellett);
3. – produktív (tervező és önkivégzés tevékenységek, problémamegoldás).
3. a fegyelmi program végrehajtásának feltételei
3.1. Minimális logisztikai követelmények
Az akadémiai diszciplína megvalósítása laboratóriumot igényelhidraulika, hőtechnika és aerodinamika.
A tanterem felszerelése:
ülések tanulói létszám szerint;
személyi számítógéppel felszerelt tanári munkahely engedéllyel vagy ingyenes szoftver, amely megfelel a program szakaszainak, és csatlakozik az internethez, valamint audioinformáció-kimeneti eszközökhöz;
oktatási és szemléltető segédanyag készlet „A hidraulika, hőtechnika és aerodinamika alapjai”;
szivattyúk és ventilátorok térfogati modelljei;
„Hidraulika” virtuális laboratórium;
scanner;
Nyomtató.
Technikai oktatási segédletek:
multimédiás projektor vagy multimédiás tábla;
fénykép- és/vagy videokamera;
webkamera.
3.2. Információs támogatás a képzéshez
Fő források:
1. O.N.Bryukhanov, V.A.Zhila. Hidraulika, hőtechnika és aerodinamika alapjai. - M.: Infra-M, 2010.
2. I.A. Pribytkov, I.A. Levitsky. A hőtechnika elméleti alapjai - M.: "Akadémia" Kiadói Központ, 2004.
AZ ÉS. Kalitsun. Hidraulika, vízellátás és csatorna. – M.: Stroyizdat, 2000.
V.I. Kalitsun, E.V. , K.I. . Hidraulika, hőtechnika és aerodinamika alapjai. – M.: Stroyizdat, 2005.
V.N. Lukanin. Hőtechnika. – M.: Felsőiskola, 1999.
Internetes források:
http://twt.mpei.ru/GDHB/OGTA.html
4. A Diszciplina elsajátításának eredményeinek nyomon követése, értékelése
Ellenőrzés és értékelés az akadémiai fegyelem elsajátításának eredményeit a tanár a gyakorlati órák és a laboratóriumi munka lebonyolítása, a tesztelés, valamint a hallgatók egyéni feladatok és projektek lebonyolítása során végzi.
Tanulási eredmények(elsajátított készségek, megszerzett tudás)
A tanulási eredmények nyomon követésének és értékelésének formái és módszerei
kell képesnek lenni:
hőtechnikai számítások elvégzése:
Hőgépek és hőerőművek termodinamikai ciklusai;
Gyakorlati munka megvédése
Üzemanyag fogyasztás; hő és gőz energiatermeléshez;
Ellenőrző munka ebben a témában
Hőgépek és hőerőművek termodinamikai ciklusainak hatékonysága;
Gyakorlati munka megvédése
Hőveszteség az épület burkolatain, csővezetékek és fűtőberendezések szigetelésén keresztül;
Gyakorlati munka megvédése
Hő- és anyagmérleg, hőcserélők fűtőfelülete;
Gyakorlati munka megvédése
Paraméterek meghatározása csővezetékek és légcsatornák hidraulikus számításaihoz;
Próbamunka a témában
Szerelje meg a szivattyúk és ventilátorok jellemzőit.
Önellenőrzés házi feladat
Felmérés egyéni feladatokról
Az akadémiai fegyelem elsajátításának eredményeként a hallgatónak kell tud:
A termodinamikai rendszer állapotának paraméterei, mértékegységei és a köztük lévő kapcsolat;
A termodinamika alaptörvényei, az ideális gázok, a vízgőz és a víz halmazállapotának változási folyamatai;
Hőgépek és hőerőművek ciklusai;
Szóbeli és írásbeli gyakorlatok értékelése
Teszt
Folyadékok és gázok fizikai tulajdonságai;
Frontális és egyéni kérdezés az osztálytermi foglalkozásokon
A hidrosztatika és a hidrodinamika törvényei;
Frontális és egyéni kérdezés értékelése tantermi képzés során.
Írásbeli teszteredmények elemzése.
Teszt
Csővezetékek hidraulikai számításának fő feladatai és eljárása;
Önmunka ellenőrzése
Szivattyúk és ventilátorok típusai, készülékei és jellemzői.
Írásbeli teszteredmények elemzése
Fejlesztő:
OBOU SPO "KMT" _________ __ tanár _____ __ A.A. Katalnikova
Szakértők:
OBOU SPO "KMT" ________ _ Metodista ___ ____ M. G. Denisova _____
____________________ _______ ___________________ _________________________
(munkahely) aláírás (beosztás) (nevek kezdőbetűi, vezetéknév)
A hűtőberendezési és gépi folyamatok, valamint a légkondicionálás elméleti alapjai főként két alapvető tudományon, a termodinamikán és a hidraulikán alapulnak.
1. definíció
A termodinamika olyan tudomány, amely a belső energia különböző kémiai, fizikai és egyéb folyamatokká történő átalakulásának mintázatait vizsgálja a tudósok makroszinten.
A termodinamikai elvek a termodinamika első és második elvén alapulnak, amelyeket először ben fogalmaztak meg eleje XIX században alakult ki a hő mechanikai hipotézise, valamint az energia átalakulásának és megmaradásának törvénye alapjainak kidolgozása, amelyet a nagy orosz kutató, M. V. Lomonoszov fogalmazott meg.
A termodinamika fő iránya a műszaki termodinamika, amely a hő kölcsönös munkává alakulásának folyamatait, valamint azt, hogy ezek a jelenségek milyen körülmények között fordulnak elő leghatékonyabban.
2. definíció
A hidraulika olyan tudomány, amely a folyadékok egyensúlyának és mozgásának törvényeit tanulmányozza, valamint módszereket fejleszt ezek felhasználására összetett mérnöki problémák megoldására.
A hidraulika alapelveit gyakran alkalmazzák a különféle hidraulikus csővezetékek, szerkezetek és gépek tervezésével, tervezésével, üzemeltetésével és kivitelezésével kapcsolatos számos kérdés megoldásában.
Az ókori görög gondolkodót, Arkhimédészt, aki „Az úszó testekről” című tudományos munkát írta, a hidraulika kiemelkedő megalapítójának tartják. A hidraulika mint tudomány sokkal korábban keletkezett, mint a termodinamika, amely közvetlenül kapcsolódik az ember társadalmi szellemi tevékenységéhez.
Hidraulika és termodinamika fejlesztése
1. ábra Hidraulikus áramlásmérési módszer. Szerző24 - diákmunkák online cseréje
A hidraulika egy összetett elméleti tudományág, amely gondosan tanulmányozza a kapcsolódó kérdéseket mechanikus mozgás különféle folyadékok természetes és mesterséges körülmények között. Mivel minden elemet oszthatatlannak és folytonosnak tekintünk fizikai testek, akkor a hidraulika a kontinuummechanika egyik ágának tekinthető, amely általában egy speciális anyagot - folyadékot - tartalmaz.
Az emberek már az ókori Kínában és Egyiptomban tudták, hogyan kell gátakat és vízimalmokat építeni a folyókra, öntözőrendszereket hatalmas rizsföldeken, amelyekben erős vízemelő gépeket használtak. Rómában Kr.e. hat évszázaddal. e. vízellátó rendszer épült, ami az akkori ultramagas műszaki kultúrát jelzi. A hidraulikáról szóló első értekezésnek Arkhimédész tanításait kell tekinteni, aki elsőként talált fel egy vízemelő gépet, amelyet végül „Archimédeszi csavarnak” neveztek. Ez a készülék a modern hidraulikus szivattyúk prototípusa.
Az első pneumatikus koncepciók sokkal később jelentek meg, mint a hidraulikus. Csak a XVIII. n. e. Németországban bemutatták a „gáz és levegő mozgatására” szolgáló gépet. A technológia fejlődésével a hidraulikus rendszerek korszerűsödtek, gyakorlati alkalmazási körük pedig gyorsan bővült.
A 19. századi termodinamika fejlődése során a tudósok három fő időszakot különböztetnek meg, amelyek mindegyikének megvannak a maga jellegzetes tulajdonságai:
- az elsőt az első és a második termodinamikai elv kialakulása jellemezte;
- a második időszak a 19. század közepéig tartott, és olyan kiemelkedő európai fizikusok tudományos munkái emelték ki, mint az angol J. Joule, a német kutató Gottlieb és W. Thomson;
- A termodinamika harmadik generációját a híres osztrák tudós, a Szentpétervári Tudományos Akadémia tagja, Ludwig Boltzmann nyitotta meg, aki számos kísérlettel megállapította a mozgás mechanikai és termikus formája közötti kapcsolatot.
Továbbá a termodinamika fejlődése nem állt meg, hanem gyorsuló ütemben haladt előre. Így az amerikai Gibbs 1897-ben kidolgozta a kémiai termodinamikát, vagyis abszolút deduktív tudománnyá tette a fizikai kémiát.
Két tudományos irányzat alapfogalmai és módszerei
2. ábra Hidraulikus ellenállás. Szerző24 - diákmunkák online cseréje
1. megjegyzés
A hidraulikai kutatások tárgya a folyadékok egyensúlyi és kaotikus mozgásának alaptörvényei, valamint a hidraulikus vízellátó és öntözőrendszerek aktiválásának módszerei.
Mindezeket a posztulátumokat már jóval korunk előtt ismerte az ember. A „folyadék” kifejezés a folyadékmechanikában tágabb jelentéssel bír, mint azt általában a termodinamikában hiszik. A „folyadék” fogalma magában foglalja az összes olyan fizikai testet, amely tetszőlegesen kis erők hatására képes megváltoztatni alakját.
Ezért ez a meghatározás nemcsak a közönséges (csepp)folyadékokat foglalja magában, mint a termodinamikában, hanem a gázokat is. A fizika vizsgált ágai közötti különbségek ellenére a cseppecskék gázok és folyadékok mozgásának törvényei bizonyos feltételek azonosnak tekinthető. Ezen feltételek közül a legfontosabb a sebességjelző ugyanazon hangparaméterhez képest.
A hidraulika elsősorban a folyadékok áramlását vizsgálja a különböző csatornákban, vagyis a sűrű falak által korlátozott áramlásokat. A „csatorna” fogalma magában foglal minden olyan eszközt, amely magát az áramlást korlátozza, beleértve a szivattyú áramlási részeit, a csővezetékeket, a hézagokat és a hidraulikus koncepciók egyéb elemeit. Így a hidraulikában elsősorban a belső áramlásokat, a termodinamikában pedig a külső áramlásokat vizsgálják.
Jegyzet 2
A termodinamikai elemzés tárgya egy olyan rendszer, amely valamilyen vezérlőfelülettel elválasztható a külső környezettől.
A termodinamikai kutatási módszer makroszkópos módszer.
Egy rendszer makroszerkezeti tulajdonságainak pontos jellemzésére a makroszkopikus koncepció mennyiségeit használjuk:
- természet:
- hőfok;
- nyomás;
- adott kötet.
A termodinamikai módszer sajátossága, hogy a természet egyetlen alapvető törvényén – az átalakulás és az energiamegmaradás törvényén – alapul. Ez azt jelenti, hogy a matematikai apparátus alapját képező összes kulcskapcsolat csak ebből a pozícióból származik.
A hidraulika és a termodinamika alapjai
A hidraulika és a termodinamika alapjainak tanulmányozásakor a fizika azon ágainak koncepcióira kell támaszkodni, amelyek segítik a hidraulikus gépek működési elvének jobb elsajátítását és megértését.
Minden fizikai test atomokból áll, amelyek állandó mozgásban vannak. Az ilyen elemek viszonylag rövid távolságon vonzzák, és meglehetősen közeli távolságokban taszítják. A központban a legkisebb részecske Van egy pozitív töltésű atommag, amely körül az elektronok kaotikusan mozognak, és elektronhéjakat képeznek.
3. definíció
A fizikai mennyiség egy anyagi test tulajdonságainak kvantitatív leírása, amelynek saját mértékegysége van.
Csaknem másfél évszázaddal ezelőtt a német fizikus, K. Gauss bebizonyította, hogy ha több paraméterhez független mértékegységeket választunk, akkor ezek alapján a fizikai törvények révén a mennyiségek abszolút bármely ágába belefoglalható mennyiségi egységeket lehet megállapítani. fizika.
A sebesség mértékegysége a hidraulikában egy származtatott egységfogalom, amely a méter és a másodperc rendszeregységeiből származik. Áttekintve fizikai mennyiségek(gyorsulás, sebesség, tömeg) a termodinamikában alapvető mértékegységekkel határozzák meg, és méretük van. A molekuláris erők jelenléte ellenére a vízmolekulák mindig állandó mozgásban vannak. Minél magasabb egy folyékony anyag hőmérséklete, annál gyorsabban mozognak az összetevői.
Foglalkozzunk részletesebben a folyadékok és gázok fizikai tulajdonságaival. A hidraulikus rendszerben lévő folyadékok és gázok könnyen deformálódhatnak, miközben megtartják eredeti térfogatukat. Egy termodinamikai rendszerben minden teljesen másképp néz ki. A termodinamika ilyen deformációjához nem szükséges mechanikai munkát végezni. Ez azt jelenti, hogy az adott koncepcióban működő elemek gyengén ellenállnak egy esetleges eltolódásnak.
