Павапепегемабоди. рубцов отчет. Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики
 Скачать 21.69 Kb.
|
|
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Воронежский государственный технический университет» (ФГБОУ ВО «ВГТУ», ВГТУ) Структурное подразделение: Строительно–политехнический колледж Специальность: «Техническое обслуживание и ремонт систем вентиляции и кондиционирования» КУРСОВАЯ РАБОТА по дисциплине «Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики» Выполнил: студент _________________________ подпись _______________ группа ____________________ Преподаватель: Григорьев Сергей Васильевич, к.т.н., доцент, кафедра ГВВ ФИСИС ВГТУ ___________________________________ _________________ (полученная оценка, дата) (подпись преподавателя) Воронеж 2022 2 Содержание Введение………………………………………………………………………. Основная часть……………………………………………………………….. Практическая часть………………………………………………….……….. Заключение……………………………………………………………….…... Список используемых источников…………………………………….…… Введение Вода, как основа жизни и дар богов, всегда притягивала человека своей мощью, красотой и чистотой. Древние цивилизации возникли преимущественно в жарких и засушливых регионах. Одновременно с ними появилась необходимость создания искусственных источников воды. Природный фонтан, называемый гейзер или ключ, послужил основной для создания искусственных фонтанов. Актуальность темы Мы живем в очень сухом климате, и когда летом бывает очень жарко, так хочется услышать журчание воды, вдохнуть свежий прохладный воздух. Но, к сожалению, в селе это не возможно. Поэтому когда мы изучали по физике тему «Сообщающиеся сосуды» у меня возникла мысль, а можно ли соорудить маленький фонтан из подручных средств у себя дома. Цель данного проекта: собрать модель фонтана и выяснить, от каких физических параметров зависит высота струи в нем. Задачи исследования: • Собрать, изучить и отобрать информацию по данному вопросу • Познакомиться с историей фонтанов • Изучить принцип работы фонтана Герона; • Изготовить фонтан Герона; • Выяснить от каких параметров зависит высота струи в фонтане; • Найти практическое применение. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ История фонтанов Вода, как основа жизни и дар богов, всегда притягивала человека своей мощью, красотой и чистотой. Древние цивилизации возникли преимущественно в жарких и засушливых регионах. Одновременно с ними появилась необходимость создания искусственных источников воды. Природный фонтан, называемый гейзер или ключ, послужил основной для создания искусственных фонтанов. Изначально фонтаны в античном мире широко использовались в Египте, Персии, Месопотамии исключительно для питьевых и бытовых нужд, для полива и орошения. Они представляли собой емкость, куда стекала вода из искусственного отверстия или источника. В каждом богатом доме внутренний двор обычно украшал выложенный плиткой или камнем бассейн с фонтаном в центре. В период Возрождения фонтаны распространяются по всей европейской территории. Каждый крупный монастырь оборудует на своей территории фонтан для отдыха, молитв и размышлений монахов. Богато украшенный скульптурами фонтан становится обязательным элементом королевского дворца и городского пейзажа. Эпоха барокко еще больше внимания уделяет декоративному убранству фонтанов. Со строительством регулярного парка Версальского королевского дворца в XVII веке в искусстве декорирования фонтанов начинает преобладать французский стиль. Тритоны, рыбы, дельфины и прочие морские создания и божества становятся основными героями скульптурных композиций. Для строительства и украшения фонтанов приглашаются самые знаменитые скульпторы. Появляется возможность направлять струю воды не только вертикально вверх, но и под углом. В это время фонтаны практически утрачивают свою функцию источника питьевой воды, полива и орошения. Для подачи воды в фонтан используются специальные механизмы, использующие водоподъемные колеса и помпы. Черпаки, расположенные по окружности колеса, одновременно являются и его движущими лопастями. Колесо опускается в реку, черпаки наполняются водой и под движением потока поднимают воду, выливая ее в специальный желоб, по которому вода непосредственно поступает в трубы, питающие фонтан. Если природная сила течения была недостаточной, то для вращения колеса использовали тягловых животных. С появлением электрических моторов в сооружении фонтанов открылись новые удивительные перспективы. Прежде всего, появилась возможность подавать струю на большую высоту. Высота подъема воды в фонтане Фахда в Саудовской Аравии составляет более 300 метров. Подключение часовых механизмов сделало возможным включать и выключать подачу воды по специальному расписанию. Использование различных по форме и количеству труб позволяет создавать водные поверхности разнообразной формы и красоты, похожие на цветы, грибки, спирали, горки, одуванчики. Подсветка и звук привели к появлению эффектных водных шоу и представлений. Например, танцующий фонтан в Лас -Вегасе, расположенный в озере перед отелем-казино Белладжио. 1175 трубочек, прикрепленных к подвижным платформам под музыку и освещение тысяч разноцветных ламп создают удивительные симметричные фигуры из водных струй, соединяясь в воде в круги и полосы, пересекая и дополняя друг друга. Фонтан Герона Две тысячи лет назад Герон открыл эру механизации, создавая машины, которые до сих пор потрясают наше с вами воображение. Герон жил в Александрии в те времена, когда этот город был самым многонациональным в мире. Это прекрасное место, где когда-то жила неотразимая царица Клеопатра, сосредоточило в своих недрах все знания классического мира. Великие умы приезжали сюда ради торговли самым ценным из богатств — ни золотом, ни рабами, ни серебром, a знаниями. Два тысячелетия назад это был центр мировой науки. Банком этих знаний была великая библиотека. Здесь были собраны труды греков, египтян и других народов. Свитки были заполнены баснями, стихами, трудами математиков и философов. Именно там хранились все изобретения Герона. Ни одна из eгo машин не сохранилась до наших дней, и мы почти ничего не знаем o самом изобретателе, но имеем представления о ero чудесных творениях, ведь описания этих машин дошли до нас в виде копий тех свитков, что писал Герон. Среди ero изобретений есть такие, которые предназначаются для дома, a другие использовались как развлечение на званых обедах, некоторые производили спецэффекты в театре (звенели, жужжали, свистели, создавали звуки животных и так дaлee). Устройство фонтана Каждая емкость фонтана служит для определенной цели. Фонтан Герона начинается с чаши. Она представляет собой миску, наполненную водой, из которой отходит тонкая трубка, направленная в нижнюю емкость. Именно по ней вода начинает свое движение. Эта емкость пуста. В ней накапливается вода, которая, поднимаясь вверх, создает давление воздуха, поднимающегося по тонкой трубке, и попадает в верхнюю емкость, наполненную водой. Отсюда воздух выталкивает воду, которая движется по трубке в чашу с водой и создает струю, что видна над поверхностью жидкости. Фонтан Герона может работать очень долго, но емкости приходится менять местами. Потому что нижняя часть постепенно наполняется водой, а верхняя – воздухом, а значит, перестает создаваться нужное давление. Принцип действия Возможно, вы удивитесь, как можно сделать фонтан своими руками. Ведь в этой модели используется пластмасса, а 200 лет назад ее еще не изобрели. Греческий изобретатель использовал стеклянные емкости. Для начала он провел эксперимент. Налил воду в стеклянную бутылку, затем заткнул ее пробкой, в которой проделал отверстие. В это отверстие он вставил трубку, доходящую до дна бутылки. Поставив эту конструкцию на солнце, Герон принялся наблюдать за ней. Солнце начало нагревать бутылку, и вода устремилась по трубочке вверх. Причем, чем сильнее грело солнце, тем больше вытекало воды. Тогда Герон взял увеличительное стекло и направил его на бутылку, чтобы усилить действие солнечных лучей. Нагретая вода высокой струей вырвалась по трубке из бутылки. Это натолкнуло Герона на мысль о том, что вода может двигаться по кругу, поднимаясь из бутылки и возвращаясь в нее. Тогда он стал думать над тем, как сделать так, чтобы вода самостоятельно возвращалась обратно в емкость. Фонтан Герона состоит из трех стеклянных сосудов – наружный, средний и внутренний, помещенных один внутри другого. Наружный сосуд имеет форму открытой чаши, в которую наливается вода, так что вода скрывает два сосуда склеенных между собой, таким образом, чтобы образовался вакуум и термоизоляция между водой из первого сосуда и воздухом в третьем сосуде. Также третий сосуд является рабочей емкостью. В сосуде находятся два отверстия — сверху, куда плотно вставляется трубка, до дна сосуда и снизу, где расположен клапан. Вода из наружного сосуда, под атмосферным давлением, через клапан поступает во внутренний третий сосуд и сжимает, находящийся между трубкой и наружными стенками сосуда воздух, до тех пор, пока не уровняется атмосферное давление в первом сосуде и давление воздуха в третьем сосуде. Солнечные лучи проходят через первый и второй сосуды, образующих водяную лупу (две стеклянные линзы наполненные водой), усиливаются и через вакуум между вторым и первым сосудами нагревают стенки третьего сосуда и воздух в сосуде. Воздух в третьем сосуде расширяется и выталкивает воду из третьего сосуда по трубке, образуя фонтан. Уровень воды в первом сосуде повышается и соответственно повышается атмосферное давление воды в первом сосуде, таким образом, как только нарушается равенство атмосферного давления в первом сосуде и давления воздуха в третьем сосуде, вода через клапан поступает в чашу, охлаждает и сжимает воздух в третьем сосуде, процесс повторяется. Таким образом, в данном изобретении, энергия солнечных лучей преобразуется в движение воды. Фонтан работает каждый день, без видимых механизмов и подводящих труб. Преимуществом является то, что сосуды не надо переставлять или переворачивать. Фонтан работает каждый день без видимых механизмов и подводящих труб, и в любом месте, куда попадают солнечные лучи. Через первый сосуд заполненного водой стеклянный трудно разглядеть внутренние стеклянные сосуды и создается эффект вечного двигателя, который не мог повторить ни один ученный в течение 2000 лет. Польза и вред фонтанов 1. Большинство фонтанов с движущейся водой также издают звуки проточной воды. Эти звуки напоминают слушателям о спокойном журчащем ручье, способствующем успокаивающему эффекту. Шумы фонтана также скрывают звуки внешней среды. Этот эффект известен как белый шум и может помочь уменьшить стресс и раздражение, вызванные звуками лающих собак, дорожного движения и шумных телевизоров из соседней квартиры. 2. В офисных помещениях фонтаны могут стать местом сбора сотрудников, особенно, если они размещены в комнате отдыха, или украсить зону ожидания или приема посетителей офиса. Специально разработанные водные объекты, включающие логотип или фирменный стиль, служат маркетинговыми инструментами для клиентов или повышают лояльность сотрудников. 3. Движущаяся вода фонтана позволяет части воды испаряться в воздух. Это способствует повышению влажности воздуха, устраняя необходимость в увлажнителе. Но есть некоторые конструкции фонтанов, которые охватывают большую часть движения воды, уменьшая испарение. 4. Кроме повышения влажности в помещении, он также очищает воздух во всем доме. Со всеми мобильными телефонами, ноутбуками, телевизорами, рассредоточенными по домам, создается среда, полная отрицательных ионов. Комнатные фонтаны уменьшают выброс отрицательных ионов и помогают снизить общее загрязнение воздуха. 5. Вода в фонтане может представлять угрозу безопасности. Если водный объект включает в себя открытый бассейн, он должен содержать элементы дизайна, которые предотвращают случайный допуск детей и животных. 6. Большие фонтаны могут потребовать специальной страховки покрытия в зависимости от дизайна и местоположения. 7. Утечка также представляет угрозу безопасности, так как она может нанести ущерб области вокруг фонтана и нижним этажам. Это возлагает определенную ответственность на владельцев водных объектов. Применение фонтана Герона Важным фактором, который определяет комфортность микроклимата помещения, является влажность воздуха. Оптимальный уровень влажности воздуха для человека, его домашних питомцев и комнатных растений составляет 40 – 60 %. А как уже было сказано ранее, во время отопительного сезона в квартирах влажность воздуха составляет, в среднем 30%. Это очень негативно отражается на здоровье людей. Одним из способов это исправить – это использовать увлажнители, к которым можно отнести и фонтаны. Они имеют не только эстетическое значение, но и практическое. А именно: - очищение воздуха: фонтан очищает воздух от пыли, рядом с ним даже дышится легче. - увлажнение: фонтан способен качественно увлажнять воздух, что положительно сказывается на здоровье. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ Изготовление фонтана Герона в домашних условиях Материалы: две пластиковые бутылки объемом 1л, горлышко от бутылки 1,5л, соломинки для коктейля. Оборудование: паяльник, ножницы, маркер, наждачная бумага, клеевой пистолет (или любой другой водостойкий клей). Пошаговая инструкция по сборке: Шаг 1. Зачищаем наждачной бумагой пробки от бутылок и склеиваем их клеевым пистолетом. Разогретым паяльником проделываем два отверстия в склеенных пробках. Шаг 2. Ко дну бутылки приклеиваем горло от бутылки в 1,5л, проделываем тем же паяльником 2 отверстия и герметизируем всё клеем. Шаг 3. Надрезаем один конец трубки и соединяем её с другой. Шаг 4. В отверстия на склеенных пробках вставляем 2 трубки. (Короткая должна касаться дна 3 сосуда и выходить из него примерно на середине длины второго. Длинная должна подавать воду из чаши, а значит лишь немного входит в нижний сосуд.) Шаг 5. Вставляем второй конец длинной трубки в отверстие в дне бутылки так, чтобы он находился почти на дне чаши. Шаг 6. Во второе отверстие в крышке чаши вставляем трубку, проведя её до дна среднего сосуда так, чтобы другой её конец был примерно на уровне или чуть выше чаши. (при несоответствии длин трубок можно их обрезать или удлинить так же, как и длинную трубку ранее ) Шаг 7. Проклеиваем все стыки и отверстия так, чтобы воздух и вода не проходили сквозь сосуды. Шаг 8. Собираем все части фонтана вместе Шаг 9. При необходимости делаем подставку к фонтану для его большей устойчивости Обрезаем нижнюю часть 1л бутылки. Приклеиваем эту подставку ко дну нижней бутылки фонтана. Шаг 10. Фонтан готов. Можно приступать к испытанию. Заключение В результате проведенной работы я узнал, как образуется фонтан Герона. Основа его работы содержит принцип действия сообщающихся сосудов, а подъём воды происходит за счёт разности высоты воды в сообщающихся сосудах. Я изготовил модель фонтана Герона и провел несколько экспериментов по изучению свойств фонтана. Исследовав, от чего зависит высота струи фонтана, я пришел к выводу струя фонтана будет выше, если: • выше уровень воды в водяном хранилище (резервуаре с водой), • меньше диаметр выходного отверстия трубочки, Фонтан прост в исполнении и доступен. Имея незаурядные подручные материалы, можно без труда создать этот маленький «шедевр» и (не без помощи фантазии, разумеется) превратить его в настоящее произведение искусства. Он хорош как в доме, так и на улице. Ведь он работает без электричества. Удобен он и в роли наглядного представления некоторых физических законов, ведь, как говорится, лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать. Работает он совершенно бесшумно и не отвлекает. Фонтан Герона может быть актуален и в наши дни, хотя и был придуман две тысячи лет назад. Это не просто наглядное представление некоторых физических законов, это, при желании, декоративное и полезное украшение интерьера, «изюминка» вашего дома или участка. Практическая значимость: на основе предложенной идеи с использованием дополнительных средств можно будет изготовить фонтан на дачном участке или в загородном доме. Зона отдыха есть в любой квартире, и, конечно же, её украшением может стать фонтан. Он может также украсить холл школы, офиса или больницы. Модель фонтана может быть использована и как учебное пособие на уроках физики. Список используемых источников: 1. https://infourok.ru/proektno-issledovatelskaya-rabota-po-fizike-fontan-gerona-3809695.html 2. https://infourok.ru/issledovatelskaya-rabota-fontan-gerona-5047890.html 3. https://multiurok.ru/files/proektnaia-rabota-fontan-gerona.html 2 |