Назад
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА
И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
Учреждение образования
«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
АГРАРНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра гидравлики и гидравлических машин
ГИДРАВЛИКА И ГИДРОМЕХАНИЗАЦИЯ
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ
Рекомендовано учебно-методическим объединением
высших учебных заведений Республики Беларусь по образованию в области
сельского хозяйства в качестве практикума для студентов высших учебных
заведений, обучающихся по агроинженерным специальностям
Минск
2008
УДК 532+621.22](075.8)
ББК 30.123+31.56
Г 46
Рекомендовано научно-методическим советом агромеханического факультета
БГАТУ
Протокол 3 от 03 мая 2007 г.
Составитель: канд. техн. наук, доц. В.С. Лахмаков,
ст. преподаватель В.И. Лаптев,
ст. преподаватель Е.В. Плискевич
Рецензенты: канд. техн. наук, проф., зав. каф. «Гидропневмоавтоматика
и гидропневмопривод» БНТУ П.Р. Бартош;
д-р техн. наук, доц., зав. каф. «Гидравлика» БНТУ И.В. Качанов;
канд. техн. наук, доц. каф. «Гидравлика» БНТУ В.К. Недбальский;
канд. техн. наук, доц., зав. каф. «Технология и механизация
животноводства» БГАТУ Д.Ф. Кольга
Гидравлика и гидромеханизация сельскохозяйственных процессов : практикум /
Г 46 сост. В.С. Лахмаков, В.И. Лаптев, Е.В. Плискевич. – Минск : БГАТУ,
2007. – 294 с.
ISBN 978-985-6770-83-1
Материал практикума соответствует современному уровню развития гидравлики как науки
в теоретическом и практическом плане.
Издание предназначено для студентов технических вузов, а также для учащихся соответст-
вующих колледжей и техникумов.
УДК 532+621.22](075.8)
ББК 30.123+31.56
2
ISBN 978-985-6770-83-1 © БГАТУ, 2008
ВВЕДЕНИЕ
Основное назначение практикумапомочь студентам получить навыки
применения теоретических знаний для решения конкретных практических задач.
Гидравлика как наука изучает законы равновесия и движения жидко-
стей, законы взаимодействия жидкости с другими телами, а так же методы
применения этих законов к решению практических задач.
Сложность структуры реальной жидкости вносит определенные за-
труднения применения
математического аппарата к решению задач, поэто-
му при аналитическом решении задач необходимо вносить упрощения:
жидкость рассматривать как сложную, однородную, непрерывную среду,
когда все ее параметры можно считать непрерывными функциями коорди-
нат и времени. Вводят так же понятие об идеальной среде, то есть невязкой
жидкости, что позволяет для получения математических зависимостей
и
уравнений, применять законы теоретической механики.
Приближенное аналитическое решение требует экспериментальной
проверки и корректировки. Кроме того, чтобы построить достоверную ма-
тематическую модель гидравлического явления, необходимо сначала изу-
чить его в лаборатории или в естественных условиях.
Таким образом, экспериментальные исследования занимают в гидравлике
большое место. Особенно важно учитывать условия, в которых можно
применять
формулы и числовые значения коэффициентов в них. Если коэффициенты, то
есть их значения получены опытным путем, то применение их возможно только в
пределах, ограниченных условиями эксперимента. Эти пределы указываются в
справочниках.
Настоящий практикум сочетает в себе возможность проведения лабора-
торных исследований в комплексе с решением практических задач.
3
1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЖИДКОСТЯХ, МЕТОДАХ РАСЧЕТА И
ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ
1.1 Практическое занятие
«Физико-механические свойства жидкостей»
Основные сведения
Термин «жидкость» имеет два значения. Так называют агрегатное со-
стояние вещества, промежуточное по своим свойствам между твердым и га-
зообразным, а также тело или вещество, находящееся в жидком состоянии.
Из жидкостей наибольшее применение в сельскохозяйственном произ-
водстве получила вода. Она используется в системах водоснабжения населе-
ния, производства и животноводства. Большие объемы воды перемещаются в
мелиоративных системах.
В сельскохозяйственном машиностроении широкое применение полу-
чили различные минеральные и синтетические масла для смазки, а также в
системах гидропривода. Жидкости, используемые как горючее для
двигате-
лейбензин различных марок, дизельное топливо.
В практике сельскохозяйственного производства используют материа-
лы, называемые гидросмесями. Гидросмесьэто материал, получаемый пе-
ремешиванием достаточно мелких твердых или пластичных частиц с жидко-
стью. Типичные гидросмесикорм для свиней, строительные растворы и др.
Плотность жидкости ρ (кг/м
3
) характеризуется распределением массы
m (кг) по объему V (м
3
) и определяется по формуле:
V
m
=ρ
.
ес γ и плотность ρ связаны между собой на основе второго
закона Ньютона:
(1.1)
Удельный в
g
ρ
=
γ
,
(1.2)
где g
тности и удельного веса основных жидкостей
приведены в приложении 1.
ускорение свободного падения.
Средние значения пло
4
Сжимаемость жидкостей весьма незначительна, т. е. они хорошо сопро-
тивляются сжатию, проявляя упругие свойства в соответствии с законом Гука:
EV
pV
=
где ние объема;
E
емного модуля упругости некоторых жидкостей
приве
ратуры, которое характеризуется коэффициентом температурного расширения:
(1.3)
0
Vсоответствующее измене
pприращение давления;
V
0
объем при начальном давлении;
объемный модуль упругости жидкости.
Средние значения объ
дены в приложении 2.
Температурное расширение жидкостей происходит с увеличением темпе-
tV
V
t
=β
0
, (1.4)
где t
нения температуры и приведен для некоторых жидкостей в прило-
жении
щим на границе слоев жидкости, двигаю-
щихся
ой Ньютона касательные напряжения вязкости
определяются соотношением:
изменение температуры.
Коэффициент температурного расширения зависит от давления, диапа-
зона изме
3.
Вязкостьсвойство жидкостей и газов сопротивляться двигающим
(касательным) усилиям, возникаю
с различными скоростями.
В соответствии с гипотез
n
U
µ±=τ , (1.5)
где µ иент вязкости; динамический коэффиц
n
градиент скорости.
U
5
В формулах гидравлики динамический коэффициент вязкости связан
нием: соотноше
с
м
н =
, (1.6)
где νкинематический коэффициент вязкости, зависящий от температуры,
приведен в приложение 4.
ипениесвойство жидкости образовывать пар по всему объему
жидкости. Жидкость закипа ней равно давлению насы-
щенны
Примеры расчетов
ичество воды, которое необходимо подать насосом в
00 м,
полностью заполненного при атмосферном давлении, чтобы давление в нем
ном давлении:
К
ет, если давление в
х паров
н.п
p
при данной температуре (приложение 5).
1. Определить кол
абсолютно жесткий трубопровод диаметром
d = 300 мм и длиной l = 1
поднялось до 5 МПа.
Порядок расчета.
А) Определяем вместимость трубопровода при атмосфер
.м1,7100
4
3,014,3
4
3
22
тр
=×
×
=
π
= l
d
V
Б) Находим дополнительный объем воды, который необходимо подать в тру-
бопровод, используя закон Гука (1.3), для чего предварительно находится по
приложению 2 модуль упругости воды Е
в
= 2 060 МПа.
.л2,170172,0
0602
5
1,7 ×=
в
тр
==
тр
=
p
VV
E
о жестким
и заполнен бензином на высоту Н = 1 м, при температуре t
1
= 20 °C. Опреде-
лить на -
туры t
2
= 50 °C.
Порядок расчета.
2. Сосуд размерами d = 1 м, H
о
= 120 см считается абсолютн
какую высоту h поднимется поршень, если сосуд нагреть до темпера
Весом поршня пренебречь.
6
1.
Определяем объем жидкости при температуре t
1
= 20 °С .
3
22
114,3
×πd
0
м785,01
44
=×== HV
2. Определяем изменение объема жидкости после нагревания, предва-
рительно приняв β
t
= 0,0008 К
-1
, риложение 3.
п
43
0
в 0,785 8 10 30 0,01884м .
t
VV t
∆= = ×× × =
3. Высота поднятия по выражения:
ршня определяется из
мм.24024,0
114,3
401884,0
2
р
==
×
×
==
S
V
h
1.2 Практическое занятие
«Измерение гидравлических параметров и их обработка»
Основные сведения
При выполнении лабораторных работ необходимо измерять гидравли-
чески параметры физических величин скорости, давления, напора, расхода е
жидкости и т. д. Изме чин необходимо при рение параметров физических вели
определении коэффициента гидравлического трения, местных сопротивле-
ний, фильтрации, к.п.д. насоса, а также на производстве для контроля за тех-
ническими процессами, наладке систем водоснабжения и канализации.
Основные единицы физических величин представлены в приложение 6.
Прямые и косвенные измерения
Измерением называется совокупность действий, выполняемых при по-
мощи средств измерения с целью нахождения числового значения измеряе-
мой величины в принятых единицах физических величин.
Например, масса в месте измерения составляет 1 000 кг. Это означает,
что измеренная масса в 1 000 раз больше по сравнению с единицей физиче-
7
ской величины, равной 1 кг. В соответствии с ГОСТ 8.417–81 единицы физи-
ческих величин следует писать после числовых значений физических вели-
чин и помещать в строку с ними (без переноса на следующую строку).
Для безразмерных величин результаты расчетов характеризуются од-
ними числовыми величинами. Безразмерные относительные величины часто
выражаются в процентах (%) и промиллях (‰). Промиллетысячная доля
относительной безразмерной физической величины.
По способу получения числового значения измеряемой физической ве-
личины различают прямые и косвенные измерения.
Прямые измерения называются такие, при которых измеряемая вели-
чина отсчитывается в соответствующих единицах непосредственно по шкале.
Таким обрезом выполняются измерения температуры термометром, давления
механическим манометром, временисекундомером и т. д.
Косвенными называются такие измерения, при которых искомое чи-
слово значение определяется на основании известной функциональной за-е
висимости между измеря ами, числовые значения емой величиной и величин
которых могут быть получены с помощью прямых измерений. Косвенные
измеренияэто, например, измерения площади прямоугольника по его сто-
ронам, плотности тела по его массе и геометрическим размерам, расхода
жидкости по перепаду давления и геометрическим размерам сужающего уст-
ройства и т. д.
Погрешности измерений
Измерение любой физической величины, как бы тщательно оно не
производилось, не позволяет получить ее истинное значение. Отклонения ре-
зул мерения от истинного значения объясняются несовершенством ьтатов из
применяемых методов и средств, изменениями измеряемой величины и усло-
ви ыми особенностями экспериментатора. й измерения, индивидуальн
В зависимости от источников возникновения отклонений различают:
8
а) инструментальные погрешности, обусловленные применяемыми средства-
ми измерения;
б) методические погрешности, характеризующие используемый метод из-
мерения;
в) субъективные погрешности, вносимые экспериментатором (например, при
отсчете по шале прибора).
При измерении определяется не истинное (точное) значение, а лишь
приближенное. При любом уровне развития техники измерений всегда при-
сутствуют неустранимые, неизбежные отклонения от истинного значения
измеряемой величины.
Истинным А называется такое значение физической величины, которое
идеально отражает в количественном и качественном отношениях соответст-
вующее свойство физического объекта.
Истинное значение физической величины найти невозможно, поэтому
вмест щее к истинному действительное зна-о него используется приближаю
чение, которое находится м путем. экспериментальны
За действительное значение измеряемой величины принимаются: при
однократном измерениирезультат этого измерения X, а при многократных
измеренияхсреднеарифметическое Х из результатовn отдельных изме-
ренийХ
i
(наблюдений).
Таким образом, соответственно
А = Х или А = Х =
Х
n
Х...Х
n
+
+
+
2
. (1.7)
1
Погрешностью называется отклонение измеренного значения величины
от е чественной оценки используются абсо-е истинного значения. Для коли
лютные и относительные погрешности.
Абсолютной погрешностью называется разность между измеренным и
истинным значениями намеряемой величины:
х
i
= Х
i
А, (1.8)
где х
i
абсолютная погрешность данного измерения;
9
X
i
результат этого измерения.
Абсолютная погрешность имеет такую же единицу физической вели-
чины, как и измеряемая величина.
тносительной погрешностью называется отношение абсолютной по-
грешности к истинному значению измеряемой величины:
О
А
х
Д
д
=
. (1.9)
х
Относительная погрешность является безразмерной величиной, часто
ее выр
при измерении физических величин
которых занесены вер-
ные ц
ся цифры, если абсолютная погрешность
числа не
превы
торых данное условие не выполняется, то есть соизме-
римые остью, называются сомнительными.
лю
ра
ьзоваться
ажают в процентах.
Правила округления чисел
Числовые значения величин, полученные в результате измерений и ис-
пользуемые в дальнейших расчетах, всегда являются приближенными.
В общем случае в начале приближенного числа записываются нули,
показывающие его порядок, далее следуют разряды, в
ифры, и в младших разрядах содержатся сомнительные (запасные)
цифры.
Верными называют
шает половины единицы разряда, в котором записана рассматриваемая
цифра. Цифры, для ко
с погрешн
В некоторых источниках верными считают цифры, для которых абсо-
тная погрешность числа не превышает единицы разряда, где записывается
ссматриваемая цифра.
В данной работе для
выделения верных цифр будет испол
первое определение.
Примеры:
10