Гидравлика Контрольная работа Вариант 2. Гидравлика В2. Контрольная работа 1 по дисциплине (мдк) гидравлика, пневматика и термодинамика Вариант 2 Ф. И. О
 Скачать 333.55 Kb.
|
|
министерство образования и науки Амурской области государственное профессиональное образовательное автономное учреждение среднего профессионального образования Амурской области «Амурский колледж сервиса и торговли» КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА №1 по дисциплине (МДК) гидравлика, пневматика и термодинамика Вариант 2 Ф.И.О._________________________ Шифр _________________________ Группа ________________________ Отделение _____________________ Дата___________________________ Оценка ________________________ Подпись преподавателя___________ Белогорск 2019 Вариант 2 1.Основные физические свойства жидкостей 2.Уравнение состояния реального газа 3.Классификация, основные понятия, термины и определения гидроприводов Задачи 1.Основные физические свойства жидкостей Состояние и поведение применяемых в технике и производстве жидкостей находится в непосредственной зависимости от их физических свойств. Поэтому хотя физические свойства жидкостей изучаются в физике, но при расчетах в гидравлике пользуются некоторыми физическими характеристиками жидких тел, которые мы рассмотрим. Плотность характеризует распределение массы  жидкости или газа по объему  . В произвольной точке А плотность ,где  – элементарная масса, заключенная в элементарном объеме  , который стягивается в точку А.Плотность однородной жидкости равна отношению массы жидкости к занимаемому ей объему : .Размерность плотности  , где – единицы массы, а  – единицы длины. В системе СИ –  в технической системе  .Плотность жидкостей зависит от температуры и давления. Все жидкости, кроме воды, характеризуются уменьшением плотности при росте температуры. Плотность воды максимальна при t=4°С, в этом аномальность ее поведения. Для условий основных гидравлических расчетов плотность воды можно принимать равной 1000  .Удельный вес однородной жидкости определяется как отношение веса жидкости (газа)  к занимаемому объему : .Учитывая, что  , получим зависимость между плотностью и удельным весом, используемую в расчетах. то есть  .Единицы удельного веса в системе СИ:  .Относительным удельным весом жидкости называется отношение удельного веса жидкости  при температуре t к удельному весу воды  при температуре 4°С: .Сжимаемость – свойство жидкостей изменять свой объем при изменении давления – характеризуется коэффициентом объемного сжатия (сжимаемости), представляющим относительное изменение объема жидкости, при изменении давления  на единицу: ,где  – изменения объема и давления; – соответственно объемы жидкости при конечном  и начальном р давлениях.Знак (-) указывает на то, что положительному приращению давления (увеличению)  соответствует отрицательное приращение (уменьшение) объема .Учитывая неизменность массы, можно представить  несколько в ином виде: и тогда  ,где  является изменением плотности; – плотность при конечном давлении ; – плотность при начальном давлении р.То есть коэффициент объемного сжатия определяет также относительное изменение плотности при изменении давления на единицу. Величина, обратная объемному коэффициенту сжатия, называется объемным модулем упругости жидкости.  ,или  ,откуда  .Эти уравнения выражают закон Гука для жидкостей. Объемный модуль упругости жидкости  зависит от температуры и давления, поэтому жидкости не всегда точно следуют закону Гука.Сжимаемость жидкостей незначительна и в рассматриваемых в гидравлике явлениях, позволяет считать её несжимаемой, кроме отдельных случаев, которые оговариваются отдельно, например, гидравлический удар. То есть это можно утверждать, когда давление незначительно. Но если бы вода была действительно абсолютно несжимаемой, то уровень воды в океанах поднялся примерно на 30 м.  Температурное расширение – это свойство жидкостей изменять свой объем при изменении температуры. Характеризуется температурным коэффициентом объемного расширения (температурного расширения), представляющим относительное изменение объема жидкости при изменении температуры на единицу и при постоянном давлении: ,где  – изменение объема жидкости, – изменение температуры жидкости, – соответственно объемы жидкости при конечной  и начальной  температурах.Вязкостьпредставляет собой свойство жидкости сопротивляться сдвигу (или скольжению) ее слоев. Вязкость проявляется в том, что при относительном перемещении слоев жидкости на поверхности их соприкосновения возникают силы сопротивления, называемые силами внутреннего трения, или силами вязкости. Происходит взаимное «торможение» и «ускорение» соседних слоев. Силы внутреннего трения впервые обнаружены Ньютоном. Он установил пропорциональность между силой внутреннего трения, площадью соприкосновения и относительными скоростями перемещения слоев. Н. П. Петров в 80-годы ХIХ в. экспериментально подтвердил это и математически сформулировал в виде следующей зависимости, носящей название закона Ньютона-Петрова:  ,где – сила внутреннего трения слоев жидкости, – площадь соприкасающихся слоев, – динамический коэффициент вязкости, – разность скоростей двух соседних слоев жидкости, расположенных на расстоянии  друг от друга по нормали.Поясним эти величины. Пусть между двумя пластинами  и  , одна из которых неподвижна, залита жидкость (рис. 1). Пластина , двигаясь со скоростью  , увлекает за собой прилежащий слой с такой же скоростью. Следующие слои будут двигаться с несколько другими скоростями, которые меньше из-за сопротивления жидкости.
Рисунок 1 – К определению силы внутреннего трения Если слой  имеет скорость  , а слой  – скорость  , то  а расстояние между ними по нормали  .Знак (+) или (-) в формуле Ньютона–Петрова для расчета силы внутреннего трения выбирается в зависимости от направления отсчета скоростей и расстояний (от движущейся пластины или от неподвижной). Сила трения при этом должна быть положительной. Касательным напряжением  называется сила , приходящаяся на единицу площади , то есть: .Дальнейшие исследования показали, что численное значение касательного напряжения, возникающего вследствие действия силы внутреннего трения, равно:  ,где  – скорость деформационного сдвига.Но с другой стороны, скорость деформационного сдвига равна градиенту скорости по нормали.  то есть  . Рисунок 2 – Деформация жидкого прямоугольника На рисунке 2 показана деформация жидкого прямоугольника ABCD. За время  он трансформируется в параллелограмм A'B'C'D'. Точка A пройдет путь  , а точка B  .Динамический коэффициент вязкости имеет физический смысл – это сила трения, возникающая при единичных площади и градиенте скорости  .Динамическая вязкость имеет размерность  или  в системе СИ (в системе  – Пуаз; в технической системе кГс×с/м2).В гидравлических расчетах, кроме динамической вязкости, широко используется кинематическая вязкость (кинематической вязкость называется, т. к. в размерность входят только кинематические, а не динамические величины). Динамическая и кинематическая вязкость  связаны между собой следующим соотношением: ,где – плотность жидкости.Размерность  в системе СИ  (сГс - стокс=см2/с).Отметим, что для жидкостей при увеличении температуры и уменьшаются примерно по экспоненциальному закону.Жидкости, для которых справедлив закон Ньютона, называются ньютоновскими. Однако существуют жидкости, для которых связь между и скоростью сдвиговой деформации выражаются другими соотношениями. Такие жидкости относятся к неньютоновским.2.Уравнение состояния реального газа Уравнение Менделеева-Клапейрона описывает параметры состояния разреженных газов (находящихся при не слишком больших давлениях и при достаточно высоких температурах). При обычных условиях (т.е. при комнатной температуре и атмосферном давлении) это уравнение применимо ко многим газам (например, таким как азот и кислород). Наиболее близки по своим свойствам к идеальному газу гелий и водород. При низких температурах и высоких давлениях поведение газа начинает существенно отличаться от поведения идеального газа. С повышением плотности газа процессы столкновений играют все большую роль, поэтому размерами молекул и их взаимодействием пренебрегать уже нельзя. Взаимодействие между молекулами реального газа носит сложный характер, поэтому получить уравнение состояния, которое бы количественно правильно описывало поведение реального газа во всей области возможных изменений его температуры и плотности, не представляется возможным. Можно, однако, записать приближенное уравнение, которое учитывает основные качественные особенности взаимодействия молекул. Исследования показали, что уравнение Менделеева – Клапейрона не очень точно выполняется при исследовании разных газов. Голландский физик Я. Д. Ван-дер-Ваальс первым понял причины этих отклонений: одна из них состоит в том, что вследствие огромного числа молекул, их собственный объем в целом сравним с объемом сосуда, в котором находится газ. С другой стороны, существование взаимодействия между молекулами газа слегка искажает показание манометров, с помощью которых обычно измеряют давление газа. В итоге Ван-дер-Ваальс получил уравнение следующего вида:  где а, в – постоянные величины для различных газов. Недостаток этого уравнения в том, что а и в должны быть измерены для каждого газа эмпирически. Преимущество в том, что оно включает область перехода газа в жидкую фазу при высоких давлениях и низких температурах. Осознание этого сделало возможным получать любой газ в жидкой фазе. 3.Классификация, основные понятия, термины и определения гидроприводов Гидравлический привод (гидропривод) — совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение машин и механизмов посредством гидравлической энергии Гидропривод представляет собой своего рода «гидравлическую вставку» между приводным двигателем и нагрузкой (машиной или механизмом) и выполняет те же функции, что и механическая передача. Основное назначение гидропривода, как и механической передачи, — преобразование механической характеристики приводного двигателя в соответствии с требованиями нагрузки (преобразование вида движения выходного звена двигателя, его параметров, а также регулирование, защита от перегрузок и др.). Важнейшие характеристики гидроприводов: Передача больших сил (крутящих моментов) при относительно небольших габаритных размерах. Работа на полную мощность, возможна сразу после запуска. Бесступенчатая настройка в системах без обратной связи или с обратной связью, легко достигается регулировка: скорости, крутящего момента, силы. Простота защиты от перегрузки. Широкий диапазон регулирования: возможность контролируемых движений с большой или предельно малой скоростью. Возможность аккумулирования энергии. Простое централизованное управление. Возможность децентрализованного преобразования гидравлической энергии в механическую. Гидроприводом называется совокупность устройств, предназначенных для приведения в движение механизмов и машин посредством рабочей жидкости, находящейся под давлением, с одновременным выполнением функций регулирования и реверсирования скорости движения выходного звена гидродвигателя. Гидроприводы могут быть двух типов: гидродинамические и объемные. В гидродинамических приводах используется в основном кинетическая энергия потока жидкости. В объемных гидроприводах используется потенциальная энергия давления рабочей жидкости. Объемный гидропривод состоит из гидропередачи, устройств управления, вспомогательных устройств и гидролиний ( см.таблицу 1). Таблица 1-Схема объемного гидропривода
Объемная гидропередача, являющаяся силовой частью гидропривода, состоит из объемного насоса(преобразователя механической энергии приводящего двигателя в энергию потока рабочей жидкости) и объемного гидродвигателя (преобразователя энергии потока рабочей жидкости в механическую энергию выходного звена). В состав некоторых объемных гидропередач входит гидроаккумулятор (гидроемкости, предназначенные для аккумулирования энергии рабочей жидкости, находящейся под давлением, с целью последующего ее использования для приведения в работу гидродвигателя). Кроме того, в состав гидропередач могут входить также гидропреобразователи - объемные гидромашины для преобразования энергии потока рабочей жидкости с одними значениями давления P и расхода Q в энергию другого потока с другими значениями P и Q. Устройства управления предназначены для управления потоком или другими устройствами гидропривода. При этом под управлением потоком понимается изменение или поддержание на определенном уровне давления и расхода в гидросистеме, а также изменение направления движения потока рабочей жидкости. К устройствам управления относятся: гидрораспределители, служащие для изменения направления движения потока рабочей жидкости, обеспечения требуемой последовательности включения в работу гидродвигателей, регуляторы давления (предохранительный, редукционный, переливной и другие клапаны), предназначенные для регулирования давления рабочей жидкости в гидросистеме; регуляторы расхода (делители и сумматоры потоков, дроссели и регуляторы потока, направляющие клапаны), с помощью которых управляют потоком рабочей жидкости; гидравлические усилители, необходимые для управления работой насосов, гидродвигателей или других устройств управления посредством рабочей жидкости с одновременным усилением мощности сигнала управления. Вспомогательные устройства обеспечивают надежную работу всех элементов гидропривода. К ним относятся: кондиционеры рабочей жидкости (фильтры, теплообменные аппараты и др.); уплотнители, обеспечивающие герметизацию гидросистемы; гидравлические реле давления; гидроемкости (гидробаки и гидроаккумуляторы рабочей жидкости) и др. Состав вспомогательных устройств устанавливают исходя из назначения гидропривода и условий, в которых он эксплуатируется. Гидролинии (трубы, рукава высокого давления, каналы и соединения) предназначены для прохождения рабочей жидкости по ним в процессе работы объемного гидропривода. В зависимости от своего назначения гидролинии, входящие в общую гидросистему, подразделяются на всасывающие, напорные, сливные, дренажные и гидролинии управления. В гидродинамических приводах используется в основном кинетическая энергия потока жидкости (и соответственно скорости движения жидкостей в гидродинамических приводах велики в сравнении со скоростями движения в объёмном гидроприводе).В состав гидродинамического привода входят: электродвигатель, гидромуфта, насос, выносной пульт управления АСУ, радиатор охлаждения, маслостанция ( см.рисунок 2).[1]  Рисунок 2 – Состав гидродинамического привода В зависимости от конструкции и типа входящих в состав гидропередачи элементов объемные гидроприводы можно классифицировать по нескольким признакам. Гидроприводы могут быть двух типов: гидродинамические и объёмные: В гидродинамических приводах используется в основном кинетическая энергия потока жидкости.В объёмных гидроприводах используется потенциальная энергия давления рабочей жидкости. В зависимости от конструкции и типа входящих в состав гидропередачи элементов объёмные гидроприводы можно классифицировать по нескольким признакам. По характеру движения выходного звена гидродвигателяГидропривод вращательного движения. Когда в качестве гидродвигателя применяется гидромотор, у которого ведомое звено (вал или корпус) совершает неограниченное вращательное движение; Гидропривод поступательного движении. У которого в качестве гидродвигателя применяется гидроцилиндр — двигатель с возвратно-поступательным движением ведомого звена ( штока поршня, плунжера или корпуса); Гидропривод поворотного движении. когда в качестве гидродвигателя применён поворотный двигатель, у которого ведомое звено (вал или корпус) совершает возвратно-поворотное движение на угол, меньший 270°. По возможности регулированияРегулируемый гидропривод. в котором в процессе его эксплуатации скорость выходного звена гидродвигателя можно изменять по требуемому закону. В свою очередь регулирование может быть: дрюссельным, объемным, объемно-дрюссельным. Регулирование может быть: ручным или автоматическим. В зависимости от задач регулирования гидропривод может быть: стабилизированным, программным, следящим; Саморегулируюмый гидропровод. Автоматически изменяет подачу жидкости по фактической потребности гидросистемы в режиме реального времени (без фазового сдвига); Нерегулируемый гидропровод. Если скорость выходного звена (гидроцилиндра, гидромотора) регулируется изменением частоты вращения двигателя, приводящего в работу насос, то гидропривод считается нерегулируемым. По схеме циркуляции рабочей жидкостиГидропривод с замкнутой схемой циркуляции. В котором рабочая жидкость от гидродвигателя возвращается во всасывающую гидролинию насоса.Гидропривод с замкнутой циркуляцией рабочей жидкости компактен, имеет небольшую массу и допускает большую частоту вращения ротора насоса без опасности возникновениякавитации, поскольку в такой системе во всасывающей линии давление всегда превышает атмосферное. К недостаткам следует отнести плохие условия для охлаждения рабочей жидкости, а также необходимость спускать из гидросистемы рабочую жидкость при замене или ремонте гидроаппаратуры; Гидропривод с разомкнутой системой циркуляции. В котором рабочая жидкость постоянно сообщается с гидробаком или атмосферой. Достоинства такой схемы — хорошие условия для охлаждения и очистки рабочей жидкости. Однако такие гидроприводы громоздки и имеют большую массу, а частота вращения ротора насоса ограничивается допускаемыми (из условий бескавитационной работы насоса) скоростями движения рабочей жидкости во всасывающем трубопроводе (см.рисунок 3).   а) б) Рисунок 3 – Гидросистемы с замкнутой и разомкнутой схемой циркуляции а) Открытая гидросистема; б) Закрытая гидросистема. По источнику подачи жидкостиНасосный гидропривод. В насосном гидроприводе, получившем наибольшее распространение в технике, механическая энергия преобразуется насосом в гидравлическую, носитель энергии — рабочая жидкость, нагнетается через напорную магистраль к гидродвигателю, где энергия потока жидкости преобразуется в механическую. Наибольшее применение в гидроприводе получили аксиально-поршневые, радиально-поршневы, пластинчатые и шестеренные насосы (см.схему 1); Манистральный гидропровод. В магистральном гидроприводе рабочая жидкость нагнетается насосными станциями в напорную магистраль, к которой подключаются потребители гидравлической энергии. В отличие от насосного гидропривода, в котором, как правило, имеется один (реже 2-3) генератора гидравлической энергии (насоса), в магистральном гидроприводе таких генераторов может быть большое количество, и потребителей гидравлической энергии также может быть достаточно много; Аккумуляторный гидропровод. В аккумуляторном гидроприводе жидкость подаётся в гидролинию от заранее заряженного гидроаккумулятора. Этот тип гидропривода используется в основном в машинах и механизмах с кратковременными режимами работы. По типу приводящего двигателяС электроприводом; С приводом от ДВС; С турбиной. Задачи Определить удельный объем и удельный вес нефтепродукта, если известна его плотность 980 кг/м3 , ускорение свободного падения 9,81. Решение Плотностью жидкости ρ называется ее масса, заключенная в единице объема:   (1)где М — масса жидкости в объеме W. Уде́льный объём – объём, занимаемый единицей массы вещества; физическая величина, обратная плотности V0=1/ρ V0=1/980≈1,02∗10−3 м3/кг В практических приложениях о массе жидкости судят по ее весу. Вес жидкости, приходящийся на единицу объема, называется удельным весом:  (2)где G - вес жидкости в объеме W. Плотность и удельный вес связаны между собой известным соотношением:  (3)где g - ускорение свободного падения, 9,81 м/с2. γ=980∗9,81=9613,8 Н/м3 2 Насос с подачей 8 л/с нагнетает воду по трубе 120 мм. Диаметр всасывающего патрубка 130 мм. Определить полный напор насоса, если показание манометра, установленного на напорной трубе 3,5 кгс/см2, а показание вакуумметра на всасывающей трубке равно 250 мм рт. ст. Расстояние между точками установки манометр и вакуумметра 1 м. Решение Показания манометра: 250 миллиметров ртутного столба = 33 330,5 Па = 3,40 м.вод. ст. Показания вакуумметра: 3,5 кгс/см2 =34,32 Па = 0.0034996 м.вод. ст.(Во) Определяем показания манометра, приведенное к оси насоса: М0 = 3,4+1,0 = 4,4 м Выражаем подачу насоса в м3/с: Q = 8/1000= 0,008 м3/с Выражаем диаметры всасывающего и напорного трубопроводов в метрах: dвс=130/1000= 0,130 м dн=120/1000= 0,120 м Вычисляем скорость движения воды в напорном Vн и всасывающем Vвс трубопроводах: Vн= 4Q/πd2= 4*0,008/3,14*0,122=0,708 м/с Vвс= 4Q/πd2=4*0,008/3,14*0,132=0,603 м/с Напор, развиваемый насосом, вычисляем по формуле Н = Мо+ Во + (а*Vн2- а*Vвс2)/2g а - коэффициент кинетической энергии, α = 1,0 – 1,1; Н = 4,4+ 0,0034996 + (1,0*0,7082- 1,0*0,6032)/2*9,81=0,23 м Определить абсолютное давление в резервуаре, если вакуумметр показывает разрежение pв = 300 мм рт. ст., а барометрическое давление 750 мм рт. ст. Решение Если pабс< pб, то pабс= pб – pв, где pв – показания вакуумметра, измеряющего разрежение. pабс= 750 – 300 = 450 мм рт. ст. 4 Определить расчетный (максимально часовой) расход тепла на горячее водоснабжение города с населением 35000 чел. Число мест и операций в общественных зданиях и расходы воды принять по СНиП.
Решение Средний расход теплоты на горячее водоснабжение жилых и общественных зданий, Qг.в.с., Вт  где m - число человек, a - норма расхода воды на г.в.с. при температуре 55 °С на одного человека в сутки (СНиП 2.04.01-85, рекомендуется - 85 л/сут.) в - норма расхода воды на горячее водоснабжение принимаемая 25 л/сутки на 1 человека; tх- температура холодной воды (водопроводной) в отопительный период (при отсутствии данных принимается равной 5°С) с - теплоемкость воды, С = 4,187 кДж/(кг°С) Qсрг.в.с. =(1,2*35000* (85+25)* (55-5)) /(24*3,6) *4,187 = 11197409,7 Вт 5. Параметры наружного воздуха: 25  и 48%. В помещении 24 и 52%. Определить, до какой температуры охлаждается наружный воздух, если после смешения его с рециркулируемым воздухом температура подаваемого в помещение воздуха t . определить так же долю рециркулируемого воздуха.
Решение: Определим численное значение углового коэффициента, kJ/kg:  Схема прямоточной системы вентиляции воздуха:  Процессы обработки воздуха в прямоточной системе вентиляции воздуха:  Определение параметров внутреннего воздуха (точка В): Определим параметры внутреннего воздуха:  - температура внутреннего воздуха  - относительная влажность внутреннего воздуха Расчетные параметры внутреннего воздуха:    Определение параметров наружного воздуха (точка Н):  - из условия задачи   Определение параметров приточного воздуха (точка П): Температура приточного воздуха:  Также угловой коэффициент можно расчитать по формуле, кДж/кг:  Тогда, если энтальпию выразить через температуру и влагосодержание, получим влагосодержание приточного воздуха:  Энтальпия приточного воздуха, кДж/кг:  Определение параметров точки П': Параметры воздуха на выходе из подогревателя второй ступени определяются из расчета, что темпeратура воздуха после него поднимается на 1,5оС в приточном вентиляторе, а влагосодержание не изменяется, тогда:    Расчет приточного воздуха:   Тепловая нагрузка на прямоточную систему кондиционирования: Применение рециркуляции удаляемого воздуха в системе кондиционирования. Схема вентиляции воздуха с применением рециркуляции удаляемого воздуха:  Процессы обработки воздуха в системе вентиляции с применением рециркуляции удаляемого воздуха:  Расход рециркуляционого воздуха в системе СИ  Определение параметров точки смешения наружного воздуха и удаляемого воздуха С:    Температура точки росы:    Температура точки росы и температура точки смешения практически равны и имеют отрицательные значения, при таких условиях возможно обмерзание поверхности теплообмена. В этом случае нужно увеличить расход рециркуляционого воздуха: Увеличим на 20%, тогда   Расход рециркуляционого воздуха в системе СИ   Определение параметров точки смешения наружного воздуха и удаляемого воздуха С'1:    Температура точки смешения должна быть положительной. Температура точки росы:    Определение параметров приточного воздуха и с учетом рециркуляции удаляемого воздуха:    Список используемой литературы Основные источники:
Дополнительные источники: Черняк О.В., Рыбчинская Г.Б. Основы теплотехники и гиравлики: Учебник для пром. и технич. специальностей техникумов.-3-е изд. Сокр., перераб.-М.: Высш.школа,1999.-246 с., ил. Ерохин В.Г., Маханько М.Г. Сборник задач по основам гидравлики и теп- плотехники: Учеб.пособие для техникумов.-2-е изд., перераб. и доп.-М.:Энергия,1999.-240 с., ил. Чернов В.А. Основы гидравлики и теплотехники: Учебник для техникумов. Высшая школа, 1998.-267с., ил. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
н%