Методические указания по выполнению контрольных работ. МинистерствосельскогохозяйстваРоссийскойФедерации

• Название: МинистерствосельскогохозяйстваРоссийскойФедерации
• Дата: 12.05.2022
• Размер: 3.82 Mb.
• Имя файла: Методические указания по выполнению контрольных работ.pdf
• Тип: Протокол; #525148
• страница: 2 из 8

1.1.4. Гидродинамическое подобие и режимы течения жидкости в трубах
Литература: [6], с. 57—62, 62—69, 69—82, 82—93; [7], с. 124—128, 520—
535; [8], с. 91—107, 200—207; [13], с. 99—104; [19], с. 187—205.
При изучении вопроса о гидродинамическом подобии следует усвоить, что потоки жидкости называются подобными, если каждая физическая величина, характеризующая поток, находится в одина- ковом отношении для любых сходственных точек. Выяснить, что понимают под геометрическим, кинематическим и динамическим подобием. Понять физический смысл критериев подобия: Ньютона,
Рейнольдса, Фруда и др. Уяснить понятие определяющих и неопре- деляющих критериев подобия.
16
Ознакомиться с двумя режимами движения жидкости существование которых подтверждено экспериментально английским ученым Осбор- ном Рейнольдсом в 1883 г. Изучение ламинарного и турбулентного ре- жимов движения начать с рассмотрения схемы прибора Рейнольдса для демонстрации режимов течения. Уделить внимание понятиям критиче- ской скорости я критического числа Рейнольдса, затем познакомиться со структурой потока при турбулентном режиме движения жидкости. Для выяснения механизма турбулентности потока разобраться в понятиях гидравлической шероховатости, пульсации скорости и осредненной ско- рости.
Вопросы для самопроверки
1.
Какие потоки называются подобными?
2.
Рассказать о геометрическом, кинематическом и динамическом подобии. В чем заключается их отличие?
3.
Раскрыть физический смысл критериев подобия Ньютона, Рей- нольдса и Фруда.
4.
Какие вы знаете резко отличающиеся друг от друга режима дви- жения жидкости?
5.
Рассмотреть схему прибора Рейнольдса.
6.
Дать определение критической скорости и критического числа
Рейнольдса.
7.
Какова структура при турбулентном режиме движения жидкости?
8.
Что называется шероховатостью? Раскрыть понятия пульсации скоростей и осредненной скорости.
1.1.5. Гидравлические сопротивления и потери напора
Литература: [6], с. 48—51, 72—75, 82—93, 98—105; [7], с. 129—206;
[8], с. 107—118; [13], с. 38—54; [19], с. 146—152.
Изучая гидравлические сопротивления, уяснить источник сопротив- лений, от каких факторов они зависят, на какие два вида они подразде- ляются. Уметь записать основной закон вязкого сопротивления. Знать формулу Дарси-Вейсбаха для определения потерь напора по длине.
Выяснить зависимость потерь напора по длине потока от средней скорости течения жидкости при ламинарном и турбулентном режимах.
Уметь доказать, что потери напора по длине при ламинарном режиме течения пропорциональны первой степени скорости.
17

Знать формулу для определения коэффициента потерь на трение по длине (коэффициента Дарси) при ламинарном режиме движения.
Рассмотреть три области гидравлических сопротивлений при турбу- лентном режиме течения жидкости в напорном трубопроводе: об- ласть гидравлически гладких труб, переходную область и гидравли- чески шероховатых труб (квадратичную область). Проанализировать формулы по определению коэффициента потерь на трение X для всех областей турбулентного режима. Уметь объяснить, почему коэффи- циент (являющийся функцией числа Рейнольдса и относительной шероховатости) при малых значениях числа Рейнольдса зависит только от него и не зависит от шероховатости, а при больших значе- ниях числа Рейнольдса является только функцией относительной шероховатости. Уметь определять потери напора по длине в откры- тых каналах. Знать формулу Шези.
Рассмотреть возникновение местных потерь напора при турбу- лентном установившемся движении жидкости. Записать формулу
Вейсбаха для определения местных потерь. Рассмотреть вывод фор- мулы Борда для местных потерь при внезапном расширении потока.
Показать, что общие потери напора равны сумме потерь напора по длине и местных.
Вопросы для самопроверки
1.
Записать основной закон вязкого сопротивления.
2.
Написать формулу для определения местных потерь. Объяс- нить, как изменяется коэффициент местных потерь при вне- запном сужении, внезапном расширении, плавном повороте и других видах местных сопротивлений.
3.
Написать формулу для определения критического числа Рей- нольдса для круглых труб постоянного диаметра.
4.
Дать определение коэффициента сопротивления системы.
5.
Привести эпюры скоростей ламинарного и турбулентного движения жидкости. Рассказать, какому закону подчинено распределение скоростей при каждом из этих движений.
6.
Что такое переходная область сопротивления, гидравлически гладкие и гидравлически шероховатые стенки? В чем услов- ность этих понятий?
7.
Объяснить, от чего зависит коэффициент Я при ламинарном и турбулентном движении жидкости.
8.
Какие существуют формулы для определения коэффициента
Шези?
18
1.1.6. Гидравлический расчет трубопроводов
Литература: [6], с. 106—118; [7], с. 379—400, 401—404, задачи, с. 404—
405; [8], с. 147—160, 160—166, 167—170, задачи, с. 207—209; [13], с. 54—74;
[19], с. 225—283.
Познакомиться с понятиями коротких и длинных, простых и сложных трубопроводов.
Усвоить понятия расходной и скоростной характеристик. Разо- браться, что значит сифонный трубопровод, выяснить условия его нормальной работы. Уметь производить расчет высоты h подъема колена сифона.
Усвоить методику расчета гидравлически длинных трубопрово- дов, работающих в различных областях турбулентного режима.
Овладеть расчетом простого трубопровода, состоящего из по- следовательно соединенных труб разных диаметров. Освоить три основные задачи расчета простого трубопровода.
При рассмотрении расчета трубопровода с параллельным со- единением труб обратить внимание на равенство потерь напора в каждом трубопроводе, а также на определение расхода по участкам общего расхода и напора.
Уяснить особенности расчета потерь напора в трубопроводе с равномерно распределенным путевым расходом, понятия удельно- го, транзитного и расчетного расходов.
Рассматривая разомкнутую (тупиковую) сеть, уметь выделять магистральный трубопровод и ответвления. Усвоить порядок рас- чета магистралей и ветвей сети. Рассмотреть порядок расчета про- стых и сложных разветвлений. Овладеть расчетом сложного коль- цевого трубопровода.
Выяснить причины возникновения гидравлического удара, рас- смотреть методику расчета и способы его предотвращения. При- вести примеры использования явления в технике.
Вопросы для самопроверки
1.
Какие трубопроводы принято считать напорными и безнапор- ными, длинными и короткими?
2.
Каким образом используются при гидравлических расчетах стандартные табличные характеристики?
3.
Привести формулу для определения транзитного расхода трубо- провода, если он состоит из двух последовательно соединенных труб разного диаметра.
4.
Как определяется напор жидкости при параллельном соедине- нии двух труб в случае транзитного расхода?
19

5.
Как определяются потери напора при транзитном расходе и непрерывной раздаче?
6.
Обосновать экономически выгодный диаметр трубопровода.
7.
Объяснить причину возникновения гидроудара в трубопро- водах. Какие характеристики влияют на величину давления при гидроударе?
8.
Где и почему больше величина фазы гидроудара (в бетонном или чугунном трубопроводах)?
1.1.7. Истечение жидкости через отверстия и насадки.
Свободные струи
Литература: [6], с. 106—118; [7], с. 379—400, 401—404, задачи, с. 404—
405; [8], с. 147—160, 160—166, 167—170, задачи с. 207—209; [13], с. 74—89;
[19], с. 121—133.
Рассмотреть истечение жидкости через отверстие в тонкой стен- ке при постоянном напоре. Разобраться в понятиях малого отвер- стия, тонкой стенки, незатопленного и затопленного отверстий, полного и неполного сжатия струи. Выяснить условия образования совершенного и несовершенного сжатия струи. Знать, что называет- ся коэффициентом сжатия, и как он изменяется в зависимости от различных форм отверстий. Уяснить вывод формул для определения скорости истечения и расхода жидкости из отверстий, формулы для нахождения коэффициентов сопротивления, скорости, расхода. Изу- чить, от чего зависят их численные значения, и в каких пределах они изменяются. Познакомиться с методикой определения коэффициен- тов расхода и скорости опытным путем. Уметь определять расход при истечении жидкости через затопленное отверстие.
При изучении истечения жидкости через большие отверстия- проанализировать изменение величины коэффициента расходав за- висимости от типа отверстия и условий подхода жидкостик нему.
Приступая к изучению истечения жидкости через насадки, рас- смотреть различные их типы. Выяснить преимущества насадки
Вентури перед внутренним цилиндрическим насадком, а также в каких случаях применяется сходящийся и расходящийся насадок.
Знать, какие дополнительные потери напора возникают в результа- те присоединения насадка к отверстию. Объяснить явление увели- чения расхода жидкости через насадок по сравнению с истечением через малое отверстие в тонкой стенке с той же площадью сечения.
Уяснить, что представляет собой безотрывный режим истечения.
Уметь теоретически оп ределять максимально возможное
20
значение вакуума при истечении через цилиндрический насадок.
Объяснить изменение числовых значений коэффициентов со- противления ζ сжатия ε, скорости φ и расхода µ в зависимости от типа насадка. Изучить истечение жидкости при переменном напоре, рассмотрев пример опорожнения или наполнения резервуара. Про- анализировать формулу для определения времени опорожнения ре- зервуара.
Знать особенности истечения жидкостей повышенной вязкости через отверстия и насадки. Уяснить зависимость коэффициентов сжатия, сопротивления, скорости и расхода от основного критерия гидродинамического подобия — числа Рейнольдса. Познакомиться с формулами определения коэффициентов скорости и расхода. Рас- смотреть ламинарное движение жидкости через осевой зазор и тор- цевые щели.
Рассмотреть основные понятия о гидравлических строях. Выяс- нить структуру незатопленных и затопленных струй. Знать, как оп- ределяются высота и дальность боя незатопленной струи, а также формулы для определения осевых скоростей гидравлических струй.
Рассмотреть взаимодействие гидравлической струи на неподвиж- ную и подвижную преграды различных очертаний, реактивное дей- ствие вытекающей струи.
Вопросы для самопроверки
1.
Объяснить понятие тонкой стенки.
2.
Рассказать, когда отверстие находится в условиях неполного и несовершенного сжатия.
3.
Какая связь между коэффициентами £, е, <р, р? Привести их числовые значения в случае истечения жидкости из цилиндрическо- го насадка и истечения из отверстий в тонкой стенке при полном сжатии.
4.
Почему коэффициент расхода при истечении через насадок больше, чем коэффициент расхода отверстия той же площади?
5.
Где используются на практике насадки? Привести примеры различных типов насадков.
6.
Рассказать, какие факторы способствуют уменьшению време- ни опорожнения резервуара с установленными вертикально внеш- ним цилиндрическим насадком в его днище по сравнению с опо- рожнением без насадка.
21

1.1.8. Движение жидкости в каналах и безнапорных водоводах.
Водосливы. Фильтрация
Литература: [6], с. 245—258; 259—268, 405—415, 535—560; [7], с. 170—
195, 195—200, задачи, с. 211, [12], с. 14, 39—44, 244—261; [19], с. 121—133.
Выяснить особенности движения жидкости в открытых руслах, условия равномерного безнапорного движения. Рассмотреть эле- менты канала: площадь живого сечения, гидравлический радиус, смоченный периметр. Уметь объяснить, что понимается под гид- равлически наивыгоднейшей формой поперечного сечения канала.
Усвоить гидравлический расчет открытых русел с равномерным движением потока. Знать формулы для определения средней скоро- сти течения потока, расхода жидкости, потерь напора, гидравличе- ского уклона, расходной характеристики. Рассмотреть формулы для определения коэффициента Шези (формулы Павловского, Маннин- га, Агроскина и др.). Изучить основные три типа задач, встречаю- щихся при гидравлическом расчете каналов, и методику их реше- ния.
Рассматривая гидравлический расчет безнапорных водоводов, уяснить, в чем заключаются их особенности, что представляют со- бой модули расхода и скорости. Знать, от чего зависят вспомога- тельные коэффициенты М и N, как определяется скорость и расход при частичном наполнении круглых труб.
При изучении раздела «Водосливы» выяснить, какие различают водосливы по типу стенки (порога), сопряжению переливающейся струи и расположению в плане. Рассмотреть гидравлический расчет водослива с тонкой стенкой.
Рассматривая движение грунтовых вод, выяснить, что называ- ется фильтрацией. Уяснить, какие различают фильтрационные по- токи, какой формулой выражается закон Дарси. Изучая приток грунтовых вод к колодцу, ознакомиться с понятиями мощности во- доносного пласта, глубины откачки, депрессионной воронки, ра- диуса влияния колодца и др. Знать определение дебита и удельного дебита колодца.
Рассмотреть вопрос использования ЭВМ в гидравлических рас- четах.
Вопросы для самопроверки
1.
Что понимается под равномерным безнапорным движением?
2.
Рассказать об основных гидравлических элементах открытого канала.
22
Как определить площадь живого сечения, гидравлический ра- диус, смоченный периметр?
3.
Привести гидравлический расчет русел с равномерным дви- жением потока.
4.
Написать формулы для определения средней скорости тече- ния потока, расхода жидкости, потерь напора, гидравлического ук- лона, расходной характеристики.
5.
Назвать формулы для определения коэффициента Шези.
6.
В чем заключаются особенности гидравлического расчета безнапорных труб?
7.
Привести гидравлический расчет водослива.
8.
Дать определение фильтрации. Назвать виды фильтрацион- ных потоков. Написать формулу, выражающую закон Дарси.
9.
Раскрыть понятия мощности водоносного пласта, глубины откачки, депрессионной воронки, радиуса влияния колодца.
10. Что называется дебитом и удельным дебитом колодца?
1.2. Гидравлические машины и вентиляторы
1.2.1. Насосы
Литература: [6], с. 154—173, 175—197, 200—219, 225—240, 275—
299; [8], с. 212—219, 220—232, 232—260, 260—275; [12], с. 94—111, 111— 119,
119—122; [13], с. 105—114, 114—139, 140—163; [17], с. 66—93; [19], с. 407—
463.
Ознакомиться с классификацией гидравлических машин и вен- тиляторов, различающихся по принципу действия, рабочим харак- теристикам, конструкции. Знать, что определяет область их приме- нения, и уяснить их значение для сельскохозяйственного производ- ства.
Рассмотреть классификацию и область применения насосов, па- раметры, характеризующие работу: напор, подача, мощность, к. п. д. Знать классификацию лопастных насосов. Уметь выводить ос- новное уравнение центробежных насосов для бесконечно большого числа лопаток (уравнение Эйлера). Усвоить формулы теоретическо- го напора центробежного насоса, влияние угла выхода лопаток ра- бочего колеса на напор насоса, рабочие параметры центробежного насоса: напор, подача, высота всасывания, потребляемая мощность насоса, к. п. д. и другие. Уметь строить рабочие характеристики по экспериментальным данным. Изучить теорию подобия лопастных гидромашин. Знать, как определяется коэффициент быстроходности или
23

удельная частота вращения насоса, а также понятие типизации ло- пастных насосов по удельной частоте, уметь производить пересчет рабочих характеристик на, другую частоту вращения. Надо иметь в виду, что, если двигатель насоса нерегулируемый, то применяют обточку колеса по наружному диаметру. Причем, допустимая вели- чина обточки рабочего колеса выбирается в зависимости от коэф- фициента быстроходности насоса. Усвоить другие способы регули- рования подачи и напора центробежного насоса. Знать, в каких слу- чаях применяется последовательная и параллельная работа насосов.
Ознакомиться с работой насоса на сеть, уметь определять рабочую точку насоса и подбирать требуемый насос с помощью его характе- ристик. Изучить методики испытания центробежных насосов, явле- ние кавитации, его влияние на характеристики насоса, характерные признаки появления и пути борьбы с ним.
Уяснить принцип действия, особенности и область применения осевого насоса. Знать характеристики насосов с поворотно- лопастными рабочими колесами, способы регулирования расхода осевого насоса.
Познакомиться с устройством, принципом действия, характери- стиками и областью применения вихревого насоса. Усвоить спосо- бы подачи, уметь определять высоту всасывания и осуществлять подбор вихревых насосов.
При рассмотрении объемных насосов изучить их классифика- цию, принцип действия и область применения. Уметь строить ин- дикаторную диаграмму и график подачи поршневого насоса, а так- же определять его к. п. д. Знать устройство, принцип действия, классификацию и конструктивные особенности поршневых насо- сов, их достоинства и недостатки. Усвоить способы регулирования подачи и рабочие характеристики насосов. Ознакомиться с принци- пом действия плунжерных, диафрагмовых насосов, насосов вытес- нения с газообразным рабочим телом.
Выяснить конструктивные особенности и принцип действия ро- торных насосов (шестеренных, винтовых, роторно-шиберных, пор- шеньковых), характеристики и способы регулирования подачи. Ра- зобраться, в чем заключается обратимость роторных насосов.
Вопросы для самопроверки
1. Рассказать о классификации насосов. Какие существуют типы лопастных центробежных насосов?
24 2.
Объяснить принцип действия лопастного насоса; рассмотреть его характеристики.
3.
Дать определения напора, подачи, высоты всасывания, мощ- ности насоса. Как определяется коэффициент полезного действия?
4.
Написать формулу для определения коэффициента быстро- ходности.
5.
Объяснить теорию подобия в лопастных машинах.
6.
Вывести основное уравнение лопастных насосов для беско- нечно большого числа лопаток.
7.
Что представляет собой явление кавитации? Как оно влияет на характеристики насоса, и каковы пути борьбы с ним?
8.
Рассказать о работе насоса на сеть.
9.
Как подобрать требуемый насос с помощью характеристик?
10.
Рассказать о принципе действия вихревого насоса. Как опре- деляется высота всасывания вихревого насоса?
11.
Рассказать о классификации и принципе действия объемного насоса. Начертить график подачи поршневого насоса.
12.
Что вы знаете об обратимости роторных насосов?