Цуренко Ю.И. Гидромеханика. Гидравлика
Подождите немного. Документ загружается.
- 51 -
вытесняется из них. При этом рабочие камеры соединяются с входным или
выходным трубопроводами.
Основные параметры гидромашин.
Подача насоса - это количество жидкости, нагнетаемое насосом в единицу
времени. Наибольшее распространение получила объемная подача Q (м /с). Подача
- это параметр, аналогичный расходу для трубопровода. Для гидродви-гателей
используется термин расход Q (м /с).
Напор насоса - это полная удельная энергия, сообщаемая насосом потоку
жидкости,иначе разность полных удельных энергий потока (полных напоров) на
выходе из насоса и на входе в него.
Напор на гидродвигателе - это полная удельная энергия, которую поток
жидкости передает рабочему органу гидродвигателя. Это величина, аналогичная
напору насоса, но в отличие от насоса в гидродвигателе поток энергии направлен в
противоположном направлении
Полезной мощностью насоса является мощность на выходе, т.е. гидрав-
лическая мощность потока N
П
, подсчитанная по формуле N
П=
ρ
gHQ
Потребляемой мощностью является механическая мощность на его при-
водном звене (обычно на валу), которая может быть подсчитана как
N
З
= М
ω
.
.
Тогда его к.п.д. определяется соотношением
η = N
П
/N
З
.
Как было отмечено, поток энергии (мощности) в гидродвигателе имеет про-
тивоположное по сравнению с насосом направление. Поэтому для него полезной
является механическая мощность на выходном звене (например, на валу).Следует
отметить, что для характеристики энергетических потерь в гидромашинах кроме
общего к.п.д. , вводят частные к.п.д.:
объемный к.п.д. учитывает потери объема жидкости на утечки через щели и
зазоры;
гидравлический к.п.д. учитывает потери на вихреобразования и трение в
потоке жидкости;
механический к.п.д. учитывает потери на трение в подшипниках и других
парах трения.
При этом общий к.п.д. гидромашины определяется произведением трех
частных.
Необходимо учитывать, что в некоторых гидромашинах отдельные виды
потерь могут иметь весьма маленькие величины или отсутствовать. Тогда
соответствующий частный к.п.д. принимает значение, равное единице.
Как было отмечено выше, в динамической гидромашине силовое
взаимодействие между рабочим органом и жидкостью происходит в проточной
части, которая постоянно сообщается с входом и выходом. Динамические насосы
классифицируются по характеру этого взаимодействия и подразделяются на
насосы трения и лопастные насосы.
В насосах трения нагнетание жидкости осуществляется за счет трения между
- 52 -
рабочим органом и жидкостью. К ним относятся вихревые, дисковые, червячные
(шнековые) и другие насосы. Насосы трения имеют ограниченное применение,
так как в основу их работы положен принцип (трение), предполагающий
значительные потери энергии.
Наибольшее распространение получили лопастные насосы. В этих насосах
жидкость нагнетается лопастями, расположенными на вращающемся рабочем
колесе или непосредственно на валу насоса.
Лопастные насосы в зависимости от траектории движения жидкости в
проточной части насоса подразделяются на центробежные и осевые.
В центробежных насосах жидкость отбрасывается за счет центробежных
сил от оси насоса к периферии.
В осевых насосах характер взаимодействия между лопатками и жидкостью
не меняется, но перемещение последней происходит в осевом направлении.
Рабочие процессы во всех лопастных насосах однотипны и зависимости,
характеризующие их работу одинаковы. Учитывая, что наибольшее
распространение в машиностроении нашел центробежный насос, рассмотрим его
работу подробнее.
На рисунке приведена принципиальная схема центробежного насоса с осевым
входом 1 и спиральным отводом 2. Основным элементом насоса является рабочее
колесо 3 с лопастями (лопатками) 4. Рабочее колесо 1 приводится во вращение
валом. Жидкость поступает в насос через вход 1 и, попадая на рабочее колесо 3, от-
брасывается лопатками 4 к спиральному отводу 2. Последний направляет поток
жидкости к выходу из насоса.
Важнейшим показателем, определяющим эксплуатационные свойства насоса,
является его характеристика. Характеристикой насоса принято называть
графическую зависимость его напора (или давления) от подачи при постоянной
частоте вращения рабочего колеса п. Такие зависимости для центробежных насосов
приведены на рисунке. Характеристика может иметь экстремум (линия H
1
) или не
иметь его (линия Н
2
). На этом же рисунке приведена зависимость к.п.д.
центробежного насоса от его подачи, которая дважды обращается в нуль.
В отличии от динамических в объемных гидромашинах рабочий процесс
- 53 -
происходит не в проточной части, а в замкнутых объемах - рабочих камерах. Под
рабочей камерой понимается пространство, попеременно сообщающееся с всасы-
вающим и напорным трубопроводами.
13. Контрольные вопросы.
Для подготовки к зачету и экзамену полезно подготовить ответы на наиболее
часто задаваемые вопросы. Часть этих вопросов приведена ниже
(курсивом
выделены вопросы для специализации 180116).
1. Физический смысл давления.
2.
Барометрическое давление.
3.
Абсолютное и избыточное давление. Вакуум.
4.
Приборы для измерения давления.
5.
Характерные свойства жидкости: Сплошность, текучесть, сжимаемость,
вязкость.
6.
Капельные жидкости.
7.
Реология. Ньютоновская реология, закон реологии.
8.
Закон Паскаля.
9.
Атмосферное давление. Барометрическая формула.
10.
Уравнение неразрывности. Уравнение расхода.
11.
Что такое поверхность уровня.
12.
Основной закон гидростатики.
13.
Дифференциальное уравнение гидростатики.
14.
Силы, действующие на жидкость.
15.
Уравнение поверхности уровня.
16.
Условие равновесия жидкости. Потенциал объёмных сил.
17.
Равновесие несмешивающихся жидкостей. Поверхность их раздела.
18.
Относительное равновесие. Равновесие жидкости в движущихся сосудах.
19.
Давление жидкости. Центр давления.
20.
Давление на криволинейные поверхности.
21.
Закон Архимеда.
22.
Живое сечение.
23.
Суть метода Эйлера изучения течений жидкости.
24.
Суть метода обращения потоков и его практические применения.
25.
Физический смысл уравнения неразрывности.
26.
Чем безвихревое движение отличается от потенциального.
27.
Смоченный периметр.
28.
Гидравлический радиус. Гидравлический диаметр.
29.
Линии тока. Трубка тока. Уравнение линий тока.
30.
Уравнение Бернулли. Физический смысл. Геометрическое и энергетическое
истолкование.
31.
Уравнение Бернулли для элементарной струйки вязкой жидкости.
32.
Гидравлический уклон. Средний гидравлический уклон.
- 54 -
33. Чем отличается друг от друга линия тока и траектория? В каких случаях они
совпадают?
34.
Что собой представляет элементарная струйка и поток?
35.
Как определяется расход несжимаемой жидкости и газа?
36.
Что называется потенциальным течением?
37.
Напишите выражение для полного ускорения частицы жидкости.
38.
Выведите уравнение неразрывности для неустановившегося движения
несжимаемой жидкости.
39.
Что такое источник, сток, диполь?
40.
Что называется вихревым движением жидкости?
41.
Какая связь существует между компонентами вихря и изменением скоростей?
42.
Какие законы механики используются при выводе уравнений движения
43.
Пьезометрический уклон.
44.
Пьезометрическая линия.
45.
Уравнение Эйлера динамики идеальной жидкости.
46.
Укажите область применения каждого из интегралов уравнений динамики
идеальной жидкости.
47.
Объясните парадокс Эйлера-Даламбера.
48.
Сформулируйте критерии подобия течений жидкости и их физический
смысл.
49.
В чем особенность напряженного состояния вязкой жидкости ?
50.
Какие напряжения испытывает объем, выделенный в потоке вязкой
жидкости?
51.
Как описывается уравнение Навье-Сгокса для вязкой несжимаемой
жидкости?
52.
Какие причины вызывают отрыв пограничного слоя?
53.
Что вкладывается в понятие хорошо и плохо обтекаемых тел?
54.
Определение качества крыла.
55.
Каковы основные гидродинамические характеристики крыльев?
56.
Каковы основные геометрические характеристики крыла?
57.
Критический угол атаки.
58.
Объясните причину появления подъёмной силы на крыле.
59.
Какие сопротивления называют местными?
60.
Как определяются потери напора по длине трубопровода?
61.
Чем отличается структура потока при ламинарном и турбулентном режимах
движения жидкости?
62.
Дайте энергетическую интерпретацию уравнения Бернулли для потока вязкой
жидкости.
63.
Виды гидравлических сопротивлений.
64.
Ламинарный, турбулентный режим течения.
65.
Число Рейнольдса. Критическое число Рейнольдса.
66.
Гидродинамическое подобие.
67.
Формула Дарси–Вейсбаха.
68.
Формула Вейсбаха.
- 55 -
69. Понятие о потере напора.
70.
Распределение скорости по сечению трубы при ламинарном течении.
71.
Соотношение между средней и максимальной скоростью при ламинарном
течении.
72.
Потери напора на трение в круглой трубе. Формула Пуазейля (λ=64/Re).
73.
Турбулентное течение.
74.
Опыты Никурадзе.
75.
Понятие о шероховатости. Относительная шероховатость.
76.
Зависимость коэффициента гидравлических потерь от числа Рейнольдса.
77.
Понятие о вполне шероховатых трубах.
78.
При каких условиях течения трубы называются гидравлически гладкими.
79.
Формула Блазиуса λ=0,3161/Re
0,25
, когда она используется?
80.
Формула Шифринсона λ=0,11(k/d)
0,25
. В каких случаях она используется?
81.
Виды местных сопротивлений.
82.
Зависимость потерь напора от скорости при прохождении местных
сопротивлений.
83.
Внезапное расширение. Формула расчета коэффициента местного
сопротивления.
84.
Формула Борда.
85.
Внезапное сужение. Коэффициент сжатия струи.
86.
Выражения для расчета потерь при прохождении местного сужения.
87.
Потери напора при изменении направления течения (поворот потока).
88.
Коэффициент местного сопротивления колена.
89.
Потери напора при разделении и соединении потоков.
90.
Диафрагмы, тройники, шиберы, задвижки – как местные сопротивления.
91.
Дайте определение простому и сложному трубопроводам.
92.
Расчет простого трубопровода.
93.
Чему равен напор Н при истечении из простого трубопровода под уровень.
94.
Чему равен напор Н при истечении в атмосферу.
95.
Расчет простых трубопроводов в квадратичной области сопротивления.
96.
Расчет трубопроводов в неквадратичной области сопротивления.
97.
Расчет сложных трубопроводов. Параллельное соединение.
98.
Расчет трубопровода при последовательном соединении.
99.
Гидравлический удар.
100.
Истечение жидкости из отверстий в тонкой стенке.
101.
Скорость истечения. Формула Торричелли.
102.
Дайте определение и формулу расчета коэффициента расхода.
103.
Истечение жидкости под уровень.
104.
Истечение жидкости со свободной поверхностью.
105.
Истечение жидкости через насадки.
106.
Кавитация.
107.
Перечислите основные виды волновых движений жидкости.
108.
Основные геометрические и кинематические характеристики прогрессивных
волн.
- 56 -
109. Для чего применяются водосливы?
110. При каких условиях возможно равномерное течение воды в каналах?
111. Назовите основные элементы открытого потока и элементы поперечного
сечения русла.
112. Что такое критическая глубина потока и как она определяется?
113. Что называется гидравлическим прыжком?
114. Что такое коэффициент фильтрации?
115. Что называется депрессионной кривой
фильтрационного потока?
116. Основные виды гидромашин.
117. Напор и подача насоса.
118. Высота всасывания и высота нагнетания насосов.
14. Литература.
1. Войткунский Я.И., Фаддеев Ю.И., Федяевский К.К. Гидромеханика. Л.
Судостроение, 1982.
2. Золотов С.С., Амфилохиев В.Б., Фаддеев Ю.И. Задачник по гидромеханике
для судостроителей. Л., Судостроение, 1984.
3. Луговский В.В. Гидромеханика. Л. Судостроение, 1990.
4. Чугаев Р.Р. Гидравлика. Л. Энергоиздат, 1982.
5. Константинов Ю.М. Гидравлика. Киев. Высшая школа, 1981.
6. Примеры расчетов по гидравлике. Под ред. Альтшуля. М., Стройиздат,
1977.
7. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы: Учебник для
машиностроительных вузов/Т.М.Башта, С.С.Руднев, Б.Б.Некрасов и др.–М.:
Машиностроение, 1982.
8. Сборник задач по машиностроительной гидравлике: Учеб. пособие для
машиностроительных вузов/Д.А.Бутаев, З.А.Калмыкова, Л.Г.Подвидз и др.; под
ред. И.И.Куколевского и Л.Г.Подвидза.–М.:Машиностроение, 1981.
- 57 -
Оглавление
1. СОДЕРЖАНИЕ КУРСА «ГИДРОМЕХАНИКА». - 3 -
1.1. ЦЕЛЬ ПРЕПОДАВАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ. - 3 -
1.2. ЛЕКЦИИ - 4 -
1.3. ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ - 4 -
2. СОДЕРЖАНИЕ КУРСА «ГИДРАВЛИКА». - 5 -
2.1. ЦЕЛЬ ПРЕПОДАВАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ. - 5 -
2.2. ЛЕКЦИИ. - 6 -
2.3. ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ - 7 -
2.4. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ, ИЗУЧАЕМЫЕ СТУДЕНТАМИ СПЕЦИАЛИЗАЦИИ
180116: «ПРОЕКТИРОВАНИЕ И СТРОИТЕЛЬСТВО СООРУЖЕНИЙ ВЕРФИ». - 7 -
3. ПОДГОТОВКА К ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ. - 8 -
4. СВОЙСТВА ЖИДКОСТЕЙ. - 9 -
5. ГИДРОСТАТИКА. - 12 -
6. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ КИНЕМАТИКИ ЖИДКОСТИ. - 21 -
7. ДИНАМИКА ИДЕАЛЬНОЙ ЖИДКОСТИ. УРАВНЕНИЕ
БЕРНУЛЛИ. - 27 -
8. ДИНАМИКА ВЯЗКОЙ НЕСЖИМАЕМОЙ ЖИДКОСТИ. ГИДРОДИНАМИЧЕСКОЕ
ПОДОБИЕ И РЕЖИМЫ ТЕЧЕНИЯ ЖИДКОСТИ. - 33 -
9. ОСНОВЫ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ НАПОРНЫХ ТЕЧЕНИЙ. - 37 -
10. ЗАКОНЫ ФИЛЬТРАЦИИ (ДЛЯ СПЕЦИАЛИЗАЦИИ 180116). - 43 -
11. ДВИЖЕНИЕ ЖИДКОСТИ В КАНАЛАХ(ДЛЯ СПЕЦИАЛИЗАЦИИ 180116). - 47 -
11. ВОДОСЛИВЫ (ДЛЯ СПЕЦИАЛИЗАЦИИ 180116). - 49 -
12. ГИДРОМАШИНЫ И ГИДРОПРИВОД. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОБЩАЯ
КЛАССИФИКАЦИЯ. - 50 -
13. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ. - 53 -
- 58 -
Цуренко Юрий Иванович
ГИДРОМЕХАНИКА. ГИДРАВЛИКА.
Учебное пособие для студентов специальности
180100- “Кораблестроение” и специализации
180226 «Проектирование и строительство
сооружений верфи».
Компьютерный набор, верстка, подготовка
к печати –
Ю.И.Цуренко
Редакционно-издательский отдел Севмашвтуза
164500, г. Северодвинск, ул. Воронина, 6.