Методические указания по выполнению контрольных работ. МинистерствосельскогохозяйстваРоссийскойФедерации
 Скачать 3.82 Mb.
|
|
Министерство сельского хозяйства Российской Федерации ГОУ ВО Вологодская государственная молочнохозяйственная академия им . Н . В . Верещагина ИНЖЕНЕРНЫЙ ФАКУЛЬТЕТ Кафедра Энергетических средств и техни - ческого сервиса ЗАДАНИЯ и МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к выполнению контрольных работ по гидравлике Д л я с т у д е н т о в и н ж е н е р н о г о ф а - к у л ь т е т а Направление подготовки (специальность) 35.03.06 Агроинжене - рия Профили «Технические системы в агробизнесе», «Технический сервис в АПК» Рассмотрена на заседании кафедры Энергетических средств и технического сервиса Протокол № ___ от «____» _______2018 г Вологда - Молочное 2018 г ВВЕДЕНИЕ Успешная реализация задач, намеченных Продовольственной программой СССР, а также в Основных направлениях экономиче- ского и социального развития СССР на 1986 — 1990 гг. и на пери- од до 2000 года и в последующих решениях Пленумов ЦК КПСС, находится в прямой зависимости от обеспеченности народного хо- зяйства высококвалифицированными идейно зрелыми кадрами руководителей и специалистов, в том числе и для сельскохозяйст- венного производства, деятельность которых направлена на вы- полнение новых крупномасштабных задач по всемерной интенси- фикации и повышению эффективности сельского хозяйства [1, 2]. Чтобы освоить высокопроизводительные машины и оборудо- вание, обеспечивающие внедрение прогрессивных технологиче- ских процессов, индустриальных технологий, современный спе- циалист должен знать: основные законы гидравлики, основы тео- рии лопастных и объемных гидромашин, их конструкции, принци- пы работы и методы рациональной эксплуатации, основные прин- ципы построения, элементы конструкции и методы эксплуатации систем гидропривода, сельскохозяйственного водоснабжения, гид- ромелиоративных и других систем, то есть владеть фундаменталь- ными инженерными знаниями в области гидравлики, сельскохо- зяйственного водоснабжения, гидропневмотранспорта. Методические указания для студентов-заочников высших сель- скохозяйственных учебных заведений по специальности 15к09 — «Механизация сельского хозяйства» составлены в соответствии с программой курса «Гидравлика и гидромеханизация сельскохозяй- ственных процессов», утвержденной Главным управлением выс- шего и среднего сельскохозяйственного образования 19 февраля 1985 г. ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ Курс «Гидравлика и гидромеханизация сельскохозяйственных процессов» состоит из 2-х основных разделов: гидравлика и гидро- машины, в котором студент изучает законы равновесия и движения жидкостей, знакомится с принципом действия, расчетом, областью применения и эксплуатацией различных гидравлических машин; гидромеханизация сельскохозяйственных процессов, знакомится с объемным гидроприводом, гидродинамическими передачами, ком- плексным использованием водных ресурсов, основными видами и задачами гидромелиорации, основами механизированного ороше- ния и осушения, особенностями водоснабжения сельского хозяйст- ва, ролью канализации в охране окружающей среды, а также с ис- пользованием в сельском хозяйстве гидропневмотранспорта. Изучение курса слагается из следующих основных этапов: само- стоятельная работа студента над курсом по учебной литературе, выполнение контрольных работ, прослушивание лекций, прохож- дение лабораторных работ в период сессии, сдача зачета и экзамена. После каждой темы даны рекомендации по использованию ос- новной и дополнительной литературы с ссылкой на соответствую- щие страницы, где изложен изучаемый материал. Затем приведены методические советы и последовательность изучения темы. Завер- шается каждая тема вопросами для самопроверки. Самостоятельная работа студента с учебной литературой В ходе самостоятельной работы с учебной литературой в тече- ние всего учебного года студент должен: проработать теоретический курс по учебнику, выбранному им в качестве основного (если основной учебник не дает пол - 4 ного ответа на все вопросы программы, обращаться к другой реко- мендуемой литературе); составить краткий конспект, выписывая основные определения, формулы, выводы и выполняя необходимые чертежи; теоретический курс проработать по каждой теме в отдельности в соответствии с программой. Усвоив материал, ответить на приве- денные после каждой темы контрольные вопросы для самопроверки. В период между лабораторно-экзаменационными сессиями для студентов-заочников организуются постоянные консультации. Если студент-заочник не имеет возможности личного общения с препо- давателем, то он может пользоваться письменными консультация- ми. Выполнение контрольных работ По курсу студент-заочник должен выполнить 2 контрольные ра- боты. Студент решает пять задач в 1-й контрольной работе и шесть задач во 2-й контрольной работе. Контрольная работа № 1 посвящена вопросам гидростатики и гидродинамики: Раздел 1 — «Приборы для измерения давления» (задачи 1 — 10). Раздел 2 — «Гидростатические машины» (задачи 11—20). Раздел 3 — «Давление на плоскую стенку» (задачи 21—30). Раздел 4 — «Длинные трубопроводы. Параллельное и последо- вательное соединения труб. Сифонный трубопровод. Гидравличе- ский удар» (задачи 31—40). Раздел 5 — «Местные сопротивления. Истечение жидкости че- рез отверстия и насадки» (задачи 41—50). Контрольная работа № 2 посвящена изучению следующих во- просов: Раздел 6 — «Выбор центробежного насоса, проверка его работы на сеть» (задачи 51—60). Раздел 7 — «Гидропривод» (задачи 61—70). Раздел 8 — «Механизированное орошение» (задачи 71—80). Раздел 9 — «Схемы и элементы систем сельскохозяйственного водоснабжения» (задачи 81—90). 5 Раздел 10 — «Водопотребление. Расчет напорно-регулиру- ющего резервуара» (задачи 91 —100). Раздел 11 — «Поточные пневмогидротранспортные линии» (за- дачи 101 — 110). В конце каждого раздела приведены таблицы с данными для решения задач. Номера задач для выполнения контрольных работ выбираются по двум последним цифрам шифра или же контроль- ные работы выполняются по индивидуальному заданию преподава- теля, о чем сообщается студентам на установочных занятиях. Номе- ра задач контрольного задания по двум последним цифрам шифра устанавливаются с помощью нижеприведенных таблиц. Например, для студента, имеющего шифр 725, номера задач находятся иа пе- ресечении строки 2 по горизонтали со строкой 5 по вертикали; при шифре 725 решаются задачи 8, 11, 23, 37, 50 (контрольная работа № 1) и 52, 65, 80, 85, 94, 109 (контрольная работа № 2). При отправлении на проверку контрольных работ, выполнен- ных по индивидуальному заданию, в каждую контрольную работу обязательно вклеивается задание, подписанное ведущим препода- вателем или заведующим кафедрой, с указанием фамилии и шифра студента. Выполнение лабораторных работ В период экзаменационной сессии студент выполняет лабора- торные работы и защищает их, после чего он допускается к сдаче зачета и экзамена. Состав и объем лабораторных работ определяют- ся на очных занятиях, предусмотренных учебным планом, и в мето- дических указаниях не приводятся. Для подготовки к лабораторным занятиям рекомендуется учебное пособие 10. К экзаменам по курсу студент допускается после успешной защиты всех контрольных и лабораторных работ и сдачи зачета. Курс «Гидравлика и гидромеханизация сельскохозяйственных процессов» изучается на 4-м курсе студентами-заочниками специ- альности 1509 — «Механизация сельского хозяйства». В течение года учебным планом утвержденным 08.02.84 г. предусмотрено 24 ч очных занятий, из которых 10 ч — лекционных, 14 ч — лабора- торных. Библиографический список 1. Материалы XXVII съезда КПСС. М.: Политиздат, 1986, с. 275, 299. 2. Продовольственная программа СССР на период до 1990 г. и меры по ее реализации: Материалы майского (1982 г.) Пленума ЦК КПСС. М.: Политиздат, 1982. с. 44—51. 3. Материалы апрельского (1985 г.) Пленума ЦК КПСС. М.: Политиздат, 1985, с. 13, 14. 4. Материалы июньского (1986 г.) Пленума ЦК КПСС. М.: Политиздат, 1986, с. 30, 31, 59. 5. Материалы июньского (1987 г.) Пленума ЦК КПСС. М.: Политиздат, 1987, с. 20—28. 6. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник для технических вузов/Под ред. Т. М. Башта. М.: Машиностроение, 1982, с. 4—560. 7. Чугаев Р. Р. Гидравлика. Л.: Энергоиздат, 1982, с. 9—535. 8. Осипов П. Е. Гидравлика, гидравлические машины и гидропривод. М.:Лесная промышленность. 1981, с. 4—400. 8 9. Николадзе Г. И., Циклаури Д. С. Гидравлика, водоснабжение и ка- нализация сельских населенных пунктов. М.: Стройиздат, 1982, с. 32—193. 10. Сельскохозяйственные мелиорации и водоснабжение. Изд. 4-е пере- раб. и доп./Под ред. Мурашева С. И. и др. М.: Колос, 1976, с. 3—15'7 11. Мельников С. В. и др. Гидравлический транспорт в животноводстве. М.: Россельхозиздат, 1976, с. 5—170. 12. Карамбиров Н. А. Сельскохозяйственное водоснабжение. М.: Агpo- промиздат, 1986, с. 4—349. 13. Машиностроительная гидравлика. Примеры расчетов./В. В. Вакина, И. Д. Денисенко, А. Л. Столяров. Киев.: Вища школа, 1987, с. 4—J88. 14. Сабашвили Р. Г. Лабораторный практикум по гидравлике И сельскохо- зяйственному водоснабжению. М.: ВСХИЗО, 1982, с. 5—-51. 15. Сабашвили Р. Г., Переверзев С. К., Авнапов В. А., Шульгина Е. II. Кон- трольно-измерительные приборы для гидравлических величин: Учебное посо- бие. М.: ВСХИЗО, 1987, с. 5—84. 16. Логинов В.П., Шуссер М. М. Справочник по сельскохозяйственному водоснабжению. М.: Колос, 1980, с. 5—283. 17. Рычагов В. В. и др. Проектирование насосных станций и испытание на- сосных установок. М.: Колос, 1982, с. 22—37, 66—171. 9 18. Сельскохозяйственные гидротехнические мелиорации /Под ред, Е. С. Маркова. М.: Колос, 1981, с. 7—371. 19. Сборник задач по машиностроительной гидравлике. Изд. 4-е перераб. / Под ред. И. И. Куколевского, Л. Г. Подвидза. М.: Машиностроение, 1981, с. 5—463. 20. Дидур В. А., Малый Ю. С. Эксплуатация гидроприводов сельскохозяй- ственных машин. М.: Россельхозиздат, 1982, с. 127. 21. Штепа Б. Г. Технический прогресс в мелиорации. М.: Колос, 1983, с. 9—235. 22. Калинушкин М. П. Вентиляторные установки. М.: Высшая школа, 1979, с. 68—175. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ И ЗАДАНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ Часть первая «ГИДРАВЛИКА И ГИДРОМАШИНЫ» 1.1. Гидравлика 1.1.1. Общие сведения Литература: [6], с. 4—6, 8—15; [7], с. 9—11, 11—2), 24—32; [8], с. 4—7, 8—13; [13], с. 4—8. 11 При изучении данного раздела необходимо усвоить определе- ние гидравлики как науки. Ознакомиться с краткой историей разви- тия гидравлики и с ролью русских, советских и зарубежных ученых в ее развитии. Рассмотреть понятие «жидкость». Уяснить, что жид- кости по механическим свойствам подразделяются на малосжи- маемые (капельные) и сжимаемые (газообразные). Изучить основные физические свойства жидкости, знать особые физические свойства воды. Дать определения удельного веса, плот- ности и удельного объема. Знать, с помощью каких приборов и в каких единицах они измеряются. Следует запомнить, что плот- ность, удельный вес и удельный объем зависят от давления и тем- пературы. Дать определение сжимаемости жидкости, как свойства жидко- сти изменять свой объем под действием давления. Знать формулу коэффициента объемного сжатия, который представляет собой от- носительное изменение объема, приходящееся на единицу давле- ния. Знать, как изменяется объем жидкости в зависимости от изме- нения температуры, что такое температурный коэффициент объем- ного расширения. Так как вязкость представляет собой свойство жидкости сопро- тивляться сдвигу ее слоев, установить, какая сила возникает при скольжении слоев жидкости друг по другу. Иметь представление о касательном напряжении т, динамическом р, и кинематическом v коэффициентах вязкости (в СИ — динамическая и кинематическая вязкость), знать, в каких единицах они измеряются и как зависят вязкость и текучесть жидкости от температуры и давления. Рассмотреть понятие идеальной жидкости, ньютоновской и неньютоновской (аномальных) жидкостей. Вопросы для самопроверки 1. Раскрыть понятие гидравлики как науки. 2. Назвать основные физические свойства жидкости и особые свойства воды как жидкости. 3. От чего зависят плотность, удельный вес и удельный объем? 4. Что называется сжимаемостью жидкости? 5. Охарактеризовать коэффициент объемного сжатия β v и тем- пературный коэффициент объемного расширения β t 6. Дать определение касательного напряжения т, динамического р. и кинематического v коэффициентов вязкости. 12 7. Что понимается под идеальной жидкостью, ньютоновской и неньютоновской жидкостями? 1.1.2. Гидростатика Литература: [6], с. 15—34; [7], с. 32—35, 43—51, 53—57; [8], с. 13—34, 34—49, 49—56, задачи, с. 56—61; [9], с. 32—67, задачи, с. 67—69; [13], с. 8— 28; [19], с. 7—87. Приступая к изучению гидростатики, необходимо рассмотреть состояние покоя жидкости. Выяснить, какие две категории сил мо- гут действовать на жидкое тело, что называется гидростатическим давлением в точке, какими свойствами оно обладает и в каких еди- ницах измеряется. Уметь выводить дифференциальные уравнения равновесия не- сжимаемой жидкости (уравнения Эйлера), находящейся под дейст- вием сил тяжести и инерции. Знать, какие зависимости для опреде- ления гидростатического давления в точке получаются путем ин- тегрирования этих уравнений. Уяснить физическую сущность ос- новного уравнения гидростатики, дать определение поверхности уровня и закона Паскаля. Следует разобраться в понятиях абсолютного и избыточного (манометрического) давлений, разрежения и вакуума. Рассмотреть понятия пьезометрической и вакуумметрической высот, гидроста- тического напора. Понять, почему гидростатический напор остается постоянной величиной для всех точек некоторого объема непод- вижной жидкости относительно выбранной плоскости сравнения. Рассмотреть уравнение равновесия жидкости в сообщающихся со- судах. Изучая способы и приборы для измерения гидростатического давления, выяснить, что представляет собой пьезометр и простей- ший вакуумметр, в каких случаях пользуются для измерения давле- ния манометрами, и каких типов они бывают. Уяснить, что представляет собой эпюра давления. Знать вывод формулы для определения силы давления на плоские, произвольно ориентированные и криволинейные поверхности; уметь определять местоположение центра давления. Усвоить графический и аналити- ческий способы определения силы давления на поверхность. По- нять, в чем заключается гидростатический парадокс. При рассмотрении условий плавания тел вспомнить закон Ар- химеда, познакомиться с понятиями плавучести, плоскости плава- ния, ватерлинии и др. 13 Познакомиться с принципом действия простейших гидравличе- ских машин гидростатической работы (гидравлическим прессом, гидравлическим аккумулятором и др.); выяснить, какие законы гидростатики лежат в их основе. Вопросы для самопроверки 1. Сформулировать, что такое гидростатическое давление в данной точке. Назвать его основные свойства. 2. С помощью каких приборов измеряется гидростатическое давление? 3. Привести систему дифференциальных уравнений равновесия жидкости. 4. Написать основное уравнение гидростатики. 5. Раскрыть понятия вакуума, абсолютного и манометрического давления. 6. Привести формулу для определения силы манометрического давления на произвольно ориентированную плоскую поверхность. 7. Написать и пояснить формулу для определения центра давле- ния, действующего на плоскую наклонную стенку. 8. Привести формулы для определения равнодействующей си- лы давления на цилиндрическую поверхность и ее составляющих. 9. Сформулировать закон Архимеда. 1.1.3. Гидродинамика Литература: [6], с. 34—48, 51—57; [7], с. 69—72, 74—77, 82—115. 120— 123, задачи, с. 115—120; [8], с. 61—70, 70—86; [13], е. 28—38. Изучить законы движения жидкости, а также взаимодействия между жидкостью и твердыми телами при их относительном дви- жении. Рассмотреть два аналитических метода исследования дви- жения жидкости — метод Лагранжа и метод Эйлера. Уметь опреде- лять скорость, гидродинамическое давление, их взаимосвязь и сопротивление' движению жидкости. Уяснить отличие между уста- новившимся и неустановившимся движением, равномерным и не- равномерным. Уметь выводить дифференциальные уравнения движения иде- альной (невязкой) жидкости (уравнения Эйлера). Рассмотреть струйную модель движения жидкости (поток, со- стоящий из совокупности элементарных струек, имеющих различ- ные скорости). Изучить понятия траектории, линии и 14 трубки тока элементарной струйки, элементарного расхода, живого сечения струйки. Дать определение элементам потока: живому сечению, смоченно- му периметру, гидравлическому радиусу, эквивалентному диаметру. Уяснить, на какие три группы делятся потоки по характеру движения, чем отличаются напорные и- безнапорные потоки и струи. Дать опре- деление расхода и средней скорости потока. Иметь представление о действительной эпюре скоростей и эпюре средней скорости течения и уметь их строить. Выяснить, в чем различие между местной и средней скоростями. Дать определение плавноизменяющегося движения. Ознакомиться с потоками, в которых не образуются разрывы. За- помнить, что расход, проходящий через все живые сечения потока, остается постоянным, несмотря на то, что в каждом сечении средняя скорость и площадь живого сечения могут изменяться. Уделить вни- мание изучению уравнения неразрывности для элементарной струйки установившегося потока несжимаемой жидкости, рассмотреть уравне- ние неразрывности (уравнение постоянства расхода или уравнение объемного расхода) для всего потока несжимаемой жидкости при ус- тановившемся движении. После изучения уравнения неразрывности потока, которое является одним из основных уравнений гидродинами- ки, необходимо приступить к изучению уравнения Даниила Бернулли — фундаментального уравнения технической гидродинамики. Перво- начально рассмотреть уравнение Бернулли для элементарной струйки идеальной жидкости, полученное им в 1738 году и устанавливающее зависимость между скоростью и давлением в различных сечениях од- ной и той же элементарной струйки. Научиться выводить это уравне- ние из закона кинетической энергии, после чего перейти к рассмотре- нию уравнения Бернулли для элементарной струйки вязкой жидкости. Осмыслить физическую сущность нового члена уравнения Бернулли h TP , появившегося при переходе от идеальной жидкости к реальной (вязкой). Понять физический смысл, энергетическую и графическую интерпретацию уравнения. Разобраться, что значит гидравлический и пьезометрический уклоны, что представляют собой и как строятся пье- зометрическая и напорная линии. При изучении уравнения Бернулли для установившегося движения потока реальной жидкости необходимо уяснить физический смысл коэффициента Кориолиса (коэффициента кинетической энергии пото- ка, учитывающего неравномерность распределения скоростей по его живому сечению), а также хо - 15 рошо усвоить основные условия применимости уравнения Бер- нулли к потоку жидкости. Научиться правильно выбирать сечения и плоскости сравнения, что значительно упрощает расчеты. После усвоения уравнения Бернулли можно перейти к рассмотрению основного уравнения равномерного движения жидкости и к выводу формулы Шези для определения средней скорости потока. Вопросы, для самопроверки 1. В чем заключается различие исследований движения жидко- сти по методу Лагранжа и методу Эйлера? 2. Раскрыть понятие установившегося и неустановившегося движения жидкости. 3. Сформулировать, что такое линия тока и элементарная струйка жидкости. 4. Написать дифференциальное уравнение движения идеальной жидкости. 5. Чем характеризуются напорные и безнапорные потоки жид- кости, струи? 6. Что понимается под местной и средней скоростями движения жидкости? 7. Привести уравнение неразрывности для потока несжимаемой жидкости. 8. Привести уравнение Бернулли и объяснить физический и геометрический смысл его членов. 9. Назвать условия применения уравнения Бернулли. 10. Дать определение пьезометрического уклона. |