шпоры ильин. 1. Предмет и задачи дисциплины. Классификация осн процессов теплотехнологий
 Скачать 1.26 Mb.
|
|
Px=Pг=pцт*Sx=(p0+ρghцт)Sx где Hцт – глубина погружения центра тяжести площади Sx , р цт – давление в центре тяжести площади Sx . Сила p0Sx приложена в центре тяжести Sx , а сила ρghцт Sx – в центре давлении . Полную силу находим по формуле: p=√(Px^2+Pz^2 ) Тогда положение силы Р находится графическим как точка пересечения направления силы Р с криволинейной поверхностью. В общем случае полная сила определяется по формуле:p=√(Px^2+Py^2+Pz^2 )  Итак, на тело, погруженное в жидкость, действует гидростатическая подъёмная сила, направленная вверх и численно равная силе тяжести вытесненной им жидкости. Точка приложения гидростатической подъемной силы – центр тяжести вытесненного объема жидкости. 9. Уравнение Бернулли для элементарной струйки идеальной жидкости.  ур Бернулли, выражающее закон сохранения механической энергии единичной массы жидкости. Следовательно, при установившемся движении невязкой, несжимаемой (идеальной) жидкости полная механическая удельная (т.е. отнесенная к единице количества жидкости) энергия потока остается постоянной величиной вдоль линии тока. Для элементарной струйки идеальной жидкости уравнение Бернулли обычно записывают в виде энергий, отнесенных к единице веса жидкости (разделим на g):  В гидравлике энергия, отнесенная к единице веса жидкости, называется напором и измеряется высотой столба жидкости. 1 слогаем - скоростной напор, характер кинет энерг. 2 слогам- пьезометрический напор; 3- это z – геометрический напор. Сумма пьезометриче и геометрич напоров называется статическим напором, который характеризует потенциальную энергию данного сечения элементарной струйки. Следовательно, физический смысл уравнения Бернулли: сумма скоростного, пьезометрического и геометрического напоров (полный гидродинамический напор) в любом сечении элементарной струйки невязкой жидкости есть величина постоянная. Из уравнения Бернулли следует, что увеличение какой-либо составляющей полного гидродинамического напора (скоростного напора) приведет к изменению другой составляющей (пьезометрической) и наоборот. Таким образом, уравнение Бернулли является механическим выражением закона сохранения и превращения энергии применительно к движущейся идеальной жидкости Диаграмма : .  10. Ламинарное движение жидкости в круглой трубе. Уравнение Паузейля. Рассмотрим основные закономерности ламинарного режима при равномерном движении вязкой жидкости в горизонтальных трубах. Пусть жидкость входит в круглую трубу из резервуара большого размера (рис. 1). Во входном поперечном сечении скорости во всех точках будут одинаковы и равны w=4 /πd2. По мере удаления от входа, вследствие трения у стенок, слои жидкости, прилежащие к стенкам, начинают затормаживаться; толщина этого слоя δ постепенно увеличивается, а движение, наоборот, замедляется. Центральная часть потока (ядро течения), ещё не захваченная трением, продолжает двигаться как целое. Поскольку расход жидкости – величина постоянная, уменьшение скорости в пограничном слое приведет к увеличению скорости в ядре потока. Таким образом, в середине трубы, в ядре, скорость течения всё время возрастает, а у стенок, в растущем пограничном слое δ, уменьшается. Это происходит до тех пор, пока пограничный слой не захватит всего сечения потока, и ядро не будет сведено к нулю. При этом δ = d / 2. На этом формирование профиля скоростей заканчивается, в дальнейшем профиль не меняется и принимает форму, характерную для ламинарного режима течения жидкости.  Участок трубы, на котором происходит стабилизация профиля скоростей, называется начальным участком или участком гидродинамической стабилизации, дальнейший участок – гидродинамически стабилизированным участком. На стабилизированном участке параметры потока не меняются. Приближенное уравнение пограничного слоя и уравнение неразрывности в цилиндрической системе координат для этого случая имеют вид:  «формула Пуазейля» Полученный закон сопротивления показывает, что при ламинарном течении жидкости в трубе круглого сечения потери давления на трение пропорциональны вязкости, длине трубы и средней скорости в первой степени и обратно пропорциональны диаметру во второй степени 11. Турбулентное течение жидкости в трубах. Турбулентным называется течение, сопровождающееся интенсивным перемешиванием жидкости с пульсациями скоростей и давлений. Наряду с основным продольным перемещением жидкости наблюдаются поперечные перемещения и вращательные движения отдельных объемов жидкости. Переход от ламинарного режима к турбулентному наблюдается при определенной скорости движения жидкости. Эта скорость называется критической vкр. Значение этой скорости прямо пропорционально кинематической вязкости жидкости и обратно пропорционально диаметру трубы:  где ν – кинематическая вязкость; k – безразмерный коэффициент; d – внутренний диаметр трубы. Входящий в эту формулу безразмерный коэффициент k, одинаков для всех жидкостей и газов, а также для любых диаметров труб. Этот коэффициент называется критическим числом Рейнольдса Reкр и определяется следующим образом:  Критерий подобия Рейнольдса позволяет судить о режиме течения жидкости в трубе. При Re < Reкр течение является ламинарным, а при Re > Reкр течение является турбулентным.Развитое турбулентное течение в трубах - при Re примерно равно 4000, а при Re = 2300 – 4000 имеет место переходная, критическая область. Режим движения жидкости напрямую влияет на степень гидравлического сопротивления трубопроводов. Турбулентное течение в трубах характеризуется более быстрым возрастанием скорости у стенок и меньшей кривизной в центральной части течения (рис. 1).  12. Что называется давлением, чем давление отличается от напора? Давление-величина характеризующая воздействие силы, приложенной перпендикулярно поверхности на единицу площади (па, ата). Напор – – энергия, отнесенная к единице веса жидкости, выражается линейным значением высоты столба над определенным расчетным уровнем (м). Когда говорят про напор, то имеют в виду на какую высоту способен поднять жидкость насос в открытой системе. Допустим, у нас имеется столб жидкости (воды) высотой h, тогда напор будет измеряться в метрах водного столба. Умножив высоту столба на плотность жидкости и ускорение свободного падения (g), получаем давление жидкости в Н/м2 (или Паскалях). 13. Способы уменьшения гидравлических сопротивлений. Как показывают эксперименты, добавка малых доз полимера или ПАВ в турбулентный поток жидкости существенно (до 60–80 %) снижает гидродинамическое сопротивление. Действие добавок при снижении давления проявляется в увеличении толщины ламинарного подслоя и промежуточной зоны. Макромолекулы, попадая в область больших градиентов скорости, которые имеют место в пристенной области, выпрямляются по направлению течения и создают анизотропию вязкости, увеличивая поперечную составляющую по сравнению с продольной.Увеличение вязкости в непосредственной близости от стенки приводит к утолщению ламинарного подслоя. Как следствие, снижаются в несколько раз пристеночные поперечные пульсации скоростей и давлений. Наибольший эффект снижения сопротивлений дают полимеры с линейно вытянутыми молекулами, без больших боковых цепей, большими молекулярными массами и хорошо растворимыми в перекачиваемой жидкости. Как показывают эксперименты, для каждого полимера имеется оптимальный диапазон изменения его концентраций; для каждой концентрации полимера имеется своё пороговое число Пi. Другие способы снижения . Влияние на поток может быть достигнуто отсосом или сдувом пограничного слоя, колебанием обтекаемой поверхности. Амплитуда таких колебаний не должна превышать толщину ламинарного подслоя. Эффект уменьшения сопротивлений может быть достигнут нагревом стенок трубы с целью уменьшения молекулярной вязкости около стенки.Необходимо отметить, что все способы уменьшения реализуются только при турбулентном режиме течения жидкости по трубопроводу. 14. Местные гидравлические сопротивления. Местные гидравлические потери возникают при резкой деформации живого сечения потока и его направления. В зоне местных сопротивлений (рис. 1) происходит обтекание местных препятствий с образованием водоворотных зон и интенсивным обменом частицами жидкости основного потока и этих зон; транзитный поток отрывается от стенок, и возникают вихреобразования.   15. Как определить величины абсолютного, избыточного давления Если абсолютное давление больше атмосферного, то наблюдается избыточное давление, если меньше – вакуум (вакуумметрическое давление) (рис. 2).  Рис. 2. Шкала давлений Рассмотрим первый случай Рабс > Ратм Тогда имеем:  Согласно формуле, если давление на свободной поверхности Р0 = Ратм, то pgh = Pизб весовое давление. Избыточное давление Ризб бывает и на свободной поверхности. Рассмотрим второй случай: Рабс < Ратм Тогда имеем:  Шкалы абсолютных и избыточных давлений являются неограниченными. 16. Гидравлический расчет трубопроводов, их классификация Классификация трубопроводов. Простым называется трубопровод, состоящий из одной линии труб, с одним расходом, хотя и из разного диаметра. Все остальные трубопроводы называются сложными. На рис. 2 представлены (из множества возможных) наиболее распространенные схемы сложных трубопроводов. Однако эти схемы необходимо рассматривать как элементы ещё более сложных схем. Например, обеспечение водой жилого дома выглядит так: разветвленная сеть в подвале дома (в каждый подъезд), разветвленная сеть в подъезде (в каждую квартиру) и разветвление в самой квартире. Трубопроводные схемы жилых районов города и промышленных предприятий выглядят достаточно сложно.  Рис. 2. Схемы трубопроводов Расчет простых трубопроводов На рис. 3 представлена схема простого трубопровода постоянного диаметра. На схеме определим два характерных сечения и для них напишем уравнение Бернулли. В нашем случае таковыми являются сечения 0–0 и 1–1:  Рис. 3. Схема простого трубопровода  Рассмотрим члены уравнения. Обозначим z0-z1=H, давления p0=pатм, w0– скорость опускания уровня жидкости в резервуаре и w0 << w1 –скорость движения жидкости в трубопроводе. Тогда можно записать:  Уравнение можно представить в виде:  Где ∆hобщ=∆hl +∑∆hм . Следовательно, напор Н идет на создание кинетической энергии потока (первый член правой части уравнения ) жидкости и на преодоление гидравлических сопротивлений потока. При расчете простых трубопроводов встречается три основных типа задач: 1. Известны z0, z1,l,d,V Необходимо найти Н. 2. Известны z0, z1,l,d,H Необходимо найти V. 3. Известны z0, z1,l,H,V Необходимо найти d. 17. Параллельное соединение трубопроводов. Трубопровод в некоторой точке А разветвляется на несколько труб, которые соединяются в точке В (рис. 1). Расход основного трубопровода до деления и после объединения один и тот же.  Основная задача для этого случая: определить расход на ветвях и потери напора на участке. Поскольку напор в точках А и В общий для всех ветвей, то потери напора для всех ветвей будут одинаковыми и равными . Запишем потери напора для первой ветви: Аналогично для других ветвей.  (1)Всего имеем n уравнений (по числу веток трубопровода). Но в этих уравнениях число неизвестных n + 1. Ещё одно уравнение получим, записав постоянство расхода для основного трубопровода и суммарного расхода в зоне ветвей:  Из (1) выражаем все расходы через V1  Решая (2) и (3) , получим  Уравнение (4) позволяет определить все неизвестные величины. По уравнениям (3) находим V2, V3, Vn, а по (1) – hab . Приведенное решение задачи предполагает использование квадратичного закона сопротивлений. 18. Расчет сифонного трубопровода. Сифонным трубопроводом называется такой трубопровод, часть которого располагается выше уровня жидкости в сосуде, из которого происходит подача жидкости. Сифон работает самотечно, над вакуумом (рис. 1). Движение жидкости в сифоне происходит за счет разницы высот уровней сосудов А и В:   Наличие вакуума в трубопроводе вызывает выделение растворенного в жидкости газа, а при значительном вакууме может привести к интенсивному испарению жидкости. Поэтому нормальная работа сифонного трубопровода возможна только до давления насыщенного пара перекачиваемой жидкости при данной температуре pt . Это минимальное давление определяется для самой верхней точки сифонного трубопровода (по схеме для сечения х–х). Итак, условия нормальной работы сифона:  При расчете сифона сначала определяют его расход, затем проверяют на работоспособность. Итак, определяем расход сифона. Для этого запишем уравнение Бернулли для сечения 1–1 и 2–2:  С другой стороны, определим h1-2 с помощью уравнений Дарси – Вейсбаха:  Далее, переходя к расходу  , найдем: Проверяем работоспособность сифона. Запишем уравнение Бернулли для сечений 1–1 и х–х (наивысшее живое сечение сифона):  Из уравнения (1) найдем px  Давление насыщенного пара жидкости зависит от температуры, с ростом температуры px растет. В летних условиях для воды zx =7м. |