metod.ukazanija_i_kz_po_ogt_dlja_ozox

Министерство образования Республики Башкортостан
Государственное бюджетное образовательное учреждение среднего
профессионального образования «Баймакский
сельскохозяйственный техникум»
Методические указания и контрольные задания для
студентов–заочников среднего профессионального
образования по специальности 110809 «Механизация
сельского хозяйства» по учебной дисциплине «Основы
гидравлики и теплотехники»
Ургаза, 2014 г.
Одобрено
Цикловой комиссией
технических дисциплин
Протокол № ___________
От «___» ____________ 20___г.
Председатель: _______________
Алибеков С.А.
Зам.
Составлен в соответствии с
программой учебной дисциплины,
разработанной на основе
Федерального государственного
образовательного стандарта по
специальности среднего
профессионального образования
110809 Механизация сельского
хозяйства, утвержденного приказом
Министерства образования и науки
России № 370 от 05.10.2009г.
Зам. директора по учебной работе:
_____________ Кузнецова О.П.
Разрабочик: Кузнецова Ольга Петровна
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Методические указания и контрольные задания для студентов–заочников по
учебной дисциплине «Основы гидравлики и теплотехники» по специальности 110301
«Механизация сельского хозяйства» составлены в соответствии с программой учебной
дисциплины, разработаннной на основе Федерального государственного образовательного
стандарта по специальности среднего профессионального образования 110809
Механизация сельского хозяйства, утвержденного приказом Министерства образования и
науки России № 370 от 05.10.2009 г.
Дисциплина
«Основы
гидравлики
и
теплотехники»
является
общепрофессиональной,
устанавливающей
базовые
знания
для
освоения
профессиональных модулей.
Программа, в соответствии с которой составлены методические указания и
контрольные задания, предусматривает изучение основных свойств жидкостей, законов
равновесия и движения различных жидкостей, а также способы практического
применения этих законов.
В результате освоения дисциплины обучающийся должен уметь:
 использовать гидравлические устройства и тепловые установки в производстве,
решать примеры и задачи прикладного характера с использованием необходимого
справочного материала.
В результате освоения дисциплины обучающийся должен знать:
 основные законы гидростатики, кинематики и динамики движущихся потоков;
 особенности движения жидкостей и газов по трубам (трубопроводам);
 основные
положения
теории
подобия гидродинамических и
теплообменных процессов;
 основные законы термодинамики;
 характеристики термодинамических процессов и тепломассообмена;
 принципы работы гидравлических машин и систем, их применение;
 виды и характеристики насосов и вентиляторов;
 принципы работы теплообменных аппаратов, их применение.
Основная форма изучения курса – самостоятельная работа студента над учебной
литературой и материалами периодической печати, технической документации.
Изучение дисциплины следует начинать с изучения литературы, указанной в
каждой теме. При этом рекомендуется последовательность в изучении программного
материала. Приступая к изучению темы, необходимо внимательно прочитать ее от начала
до конца, найти в рекомендованной литературе соответствующие параграфы и
проработать их.
Все это дает возможность составить себе ясное представление о содержании темы.
После этого следует приступать к более глубокому изучению темы. При изучении
отдельного параграфа, прежде всего, нужно весь его медленно прочитать, обдумывая
каждое предложение.
При повторном чтении параграфа следует записать основное содержание
рассматриваемых вопросов в конспект.
Для текущего контроля качества усвоения дисциплины студент предоставляет в
техникум одну контрольную работу. Вариант работы определяется по двум последним
цифрам шифра. Например, ваш шифр 123, следовательно, номер варианта 23. По таблице
вариантов (с.30) на пересечении горизонтальной строки 2 и вертикальной графы 3
находим номера задач. Работу выполняйте в отдельной тетради. На страницах оставляйте
поля в 30-40 мм. Графический материал оформляйте карандашом с применением
чертежных принадлежностей и по правилам ГОСТов ЕСКД.
К выполнению контрольной работы можно приступать только после изучения
соответствующей темы и получения навыка решения задач. Все задачи и расчеты должны
быть доведены до окончательного числового результата.
Контрольная работа выполняется в отдельной тетради в клетку. Работа
выполняется аккуратным почерком, шариковой ручкой или чернилами, с интервалом
между строками. После каждой решенной задачи необходимо оставлять чистую страницу
для замечаний преподавателя. При выполнении контрольной работы можно также
использовать любые доступные средства информационных технологий, в том числе
компьютерные.
Решение задач следует делить на пункты. Каждый пункт должен иметь
подзаголовок с указанием, что и как определяется, по каким формулам, на основе каких
теорем, законов и правил.
Выполненную контрольную работу следует своевременно предоставить в
техникум.
После получения зачетной работы, студент должен изучить все замечания, ошибки
и доработать материал.
Работа, выполненная не по своему материалу или не полностью, проверке не
подлежит.
В техникуме, во время лабораторно-экзаменационной сессии для студентов –
заочников будут прочитаны обзорные лекции и подведены практические занятия по
наиболее сложным темам.
Тематический план учебной дисциплины
Введение
Раздел 1. Основы гидравлики
Тема 1.1. Основные понятия и
определения гидравлики
Тема 1.2. Физические свойства
жидкостей и газов
Тема 1.3. Силы, действующие в
жидкостях
Тема 1.4. Общие законы и уравнения
статики и динамики жидкостей и газов.
Тема 1.5. Турбулентность и ее
основные статистические
характеристики.
Тема 1.6. Гидравлические машины.
Тема 1.7. Гидро и пневмотранспорт.
Тема 1.8. Основы
сельскохозяйственного водоснабжения
гидромелиорации.
Раздел 2. Основы теплотехники
Тема 2.1. Основные понятия и
определения технической
термодинамики. Смеси газов и
теплоемкость.
Тема 2.2. Термодинамические
процессы. Законы термодинамики.
Тема 2.3. Идеальные циклы поршневых
двигателей внутреннего сгорания
(ДВС). Компрессоры и компрессорные
установки
Тема 2.4. Водяной пар и влажный
воздух.
Тема 2.5..Основные понятия и
определения процесса теплообмена.
Теплопроводность. Теплопередача и
теплообменные аппараты.
Тема 2.6. Котельные установки и
топочные устройства.
Всего
Макс.у
ч.
нагруз
ка
Наименование разделов и тем
Количество аудиторных часов при очной
форме обучения
В том числе
Сам
Лаб
Практ
работа
зан
зан
2
2
2
34
22
8
24
1
1
1
2,5
2
2,5
3,5
3
3,5
4
4
2
4
4
4
2
-
10
4
4
-
2
8
4
5
4
2
1
51
30
12
25
3
2
3
5
4
5
2
2
4
4
4
4
2
2
4
2
4
2
Тема 2.7. Водогрейные и паровые
котлы. Водонагреватели.
Тема 2.8. Нагреватели воздуха.
Тема 2.9. Холодильные установки.
Тема 2.10. Отопление и горячее
водоснабжение. Вентиляция.
Тема 2.11. Теплоснабжения сооружений
защищенного грунта.
Тема 2.12. Сушка и хранение
сельскохозяйственной продукции.
Всего по дисциплине:
8
3
2
8
3
6
3
2
2
3
6
4
4
2
4
4
6
4
2
4
87
58
20
45
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ.
1. Введение
Краткий очерк истории развития гидравлики, ее задачи. Гидравлика и экология,
основные понятия и определения. Физические величины и единицы измерения.
Раздел I. Основы гидравлики
Тема 1.1. Основные понятия и определения гидравлики
Студент должен:
знать: основные понятия и определения гидравлики.
Общие сведения о гидравлике. Понятие «жидкость». Модели жидкой среды. Идеальная,
ньютоновская и неньютоновская жидкости, их особенности.
Раздел механики, в котором изучают равновесие и движение жидкости, а также
силовое взаимодействие жидкостью и обтекаемыми ею телами или ограничивающими её
поверхностями, называется г и д р о м е х а н и к о й .
Науку о законах равновесия и движения жидкостей и о способах приложения этих
законов к решению практических задач называют г и д р а в л и к о й . В гидравлике
рассматривают, главным образом, потоки жидкости, ограниченные и направленные
твердыми стенками, т. е. течение в закрытых и открытых каналах..
Жидкость – физическое тело, молекулы которого слабо связаны между содой.
Поэтому незначительные силы способны легко изменить форму жидкости, которая
способна сохранить объем, но не форму. В гидравлике жидкость рассматривают как
непрерывную среду, заполняющую пространство без пустот и промежутков, т.е.
отвлекаются от молекулярного строения жидкости и её частицы, даже бесконечно малые,
считают состоящими из большого числа молекул.
Реальной жидкостью называют жидкость, обладающую вязкостью (свойство
жидкости сопротивляться сдвигу ее слоев).
Идеальная или невязкая жидкость является упрощенной моделью реальной
(вязкой) жидкости. По предположению, идеальная жидкость имеет все свойства реальной,
кроме вязкости.
Тема 1.2. Физические свойства жидкостей и газов.
Студент должен:
знать: основные физические свойства жидкостей, принцип действия приборов для
определения плотности и вязкости;
уметь: определять плотность и вязкость нефтепродуктов, пользоваться ареометром и
вискозиметром.
Основные физические свойства жидкости. Плотность, удельный объем, удельный вес,
сжимаемость, температурное расширение, вязкость. Приборы для измерения плотности и
вязкости. Физические свойства газов, их отличительные особенности. Единицы измерения
физических свойств жидкостей и газов.
1. Основные физические свойства жидкости.
Наиболее важными физическими свойствами жидкостей являются: плотность,
сжимаемость и вязкость.
Плотностью ρ (кг/м3) называется масса m вещества, содержащаяся в единице объема
V:
m
.
V
Сжимаемостью называют свойство жидкости изменять свой объем при изменении
давления. Сжимаемость жидкости характеризуется коэффициентом объемного сжатия, м2/н
или 1/Па

P 
V
V1  p
,
где V1 – начальный объем, м3; ∆V ( ∆V=V1-V2 разность объемов до и после увеличения
давления на величину ∆р) – изменение объема, м3; ∆р ( ∆р=р2-р1) - изменение давления, н/м2.
Величина, обратная коэффициенту изотермического объемного сжатия, называется
модулем упругости жидкости Е (н/м2) .
Е 
1
t
.
Для воды Е=2,3 ∙109, н/м2.
При нагревании жидкости увеличение объема оценивается коэффициентом
температурного расширения (1/град):
t 
V
V1  t
.
Вязкостью называется свойство жидкости оказывать сопротивление относительному
движению (сдвигу) частиц жидкости. Это свойство жидкость проявляет, только находясь в
движении.
Вязкость жидкости характеризуется коэффициентами кинематической ν ( м2/сек) или
динамической μ (Па с) вязкости, которые связаны следующим соотношением:
 

.

Наряду с динамической вязкостью μ применяют кинематическую:



µ - динамическая вязкость
ν – кинематическая вязкость, определяется с помощью вискозиметра, измеряется
скорость истечения жидкости через капилляр вискозиметра и рассчитывается
кинематическая вязкость:
ν = сτ, где
с – постоянная вискозиметра,
τ – время истечения жидкости.
Единицей
измерения
кинематической
вязкости
2
1 Ст = 1 см /с. Сотая доля стокса называется сантистоксом (сСт).
Вязкость жидкостей измеряют при помощи, вискозиметров.
является
стокc:
Удельный вес — это вес единицы объёма жидкости (Н/м3)
 G V ,
где G — вес (сила тяжести), Н; V — объём, м3.
Связаны удельный вес и плотность через ускорение свободного падения (g = 9,81 
10 м/с2 ) так :
   g.
2. Физические свойства газов
Газы – агрегатное состояние вещества, в которомего частицы не связаны или весьма
слабо связаны силами взаимодействия и движутся свободно, заполняя весь предоставленный
им объём. Вещество в газообразном состоянии широко распространено в природе. Газы
образуют атмосферу Земли, в значительных количествах содержатся в твердых земных
породах, растворены в воде океанов, морей и рек. Солнце, звёзды, облака состоят из газов –
нейтральных или ионизованных (плазмы). Встречающиеся в природных условиях газы
представляют собой. Как правило, смеси химически индивидуальных газов.
Газы обладают рядом характерных свойств. Они полностью заполняют сосуд, в котором
находятся, и принимают его форму. В отличие от твёрдых тел и жидкостей, объём газов
существенно зависит от давления и температуры/
Давление обусловлено взаимодействием молекул газа с поверхностью и численно равно
силе, действующей на единицу площади.
p = F/ S , Н/м2
За единицу давления в Международной системе единиц (СИ) принят паскаль — давление,
вызываемое силой 1Н, равномерно распределенной по нормальной к ней поверхности
площадью 1 м2. Наряду с этой единицей давления применяют укрупненные единицы:
килопаскаль (кПа) и мегапаскаль (МПа):
Н
1 Па  1  2  10-3  кПа  10- 6 Н  МПа.
м
В технике в настоящее время продолжают применять также систему единиц МКГСС (метр,
килограмм-сила, секунда), в которой за единицу давления принимается 1 кгс/м2. Используют
также внесистемные единицы — техническую атмосферу и бар
1 ат=1 кгс/см2=10000 кгс/м2; 1 бар = 105 Па = 1, 02атм.
Соотношение между единицами давления в системах СИ и МКГСС следующее:
1 Па = 0,102 кгс/м2 или 1 кгс/м2 = 9,81 Па.
Температура – физическая величина, характеризующая степень нагретости тела. Понятие
о температуре вытекает из следующего утверждения: если две системы находятся в
тепловом контакте, то в случае неравенства их температур они будут обмениваться теплотой
друг с другом, если же их температуры равны, то теплообмена не будет. С точки зрения
молекулярно-кинетических представлений температура есть мера интенсивности теплового
движения молекул.
В системе СИ единицей температуры является кельвин (К); на практике широко
применяется градус Цельсия (0С). Соотношение между абсолютной Т и стоградусной t
температурами имеет вид:
Т = t + 273
В промышленных и лабораторных условиях температуру измеряют с помощью
жидкостных термометров, пирометров, термопар и других приборов.
Удельный объём – это объём единицы массы вещества. Если однородное тело массой М
занимает объём V, то по определению:
υ = V/M.
В системе СИ единица удельного объёма 1 м3/кг. Между удельным объёмом вещества и
его плотностью существует соотношение:
υ = 1/ρ
Для сравнения величин, характеризующих системы в одинаковых состояниях, вводится
понятие «нормальные физические условия»:
p = 760т мм.рт.ст. = 101,3 кПа; Т = 273 К.
В разных отраслях техники и разных странах вводят свои, несколько отличные от
приведённых «нормальные условия», например, «технические» (р = 735 мм.рт.ст. = 98 кПа, t
= 150С) или нормальные условия для оценки производительности компрессора (р = 101,3
мм.рт.ст. = 98 кПа, t = 200С) и т.д.
Вопросы для самоконтроля
1. В чем состоит значение гидравлики для специалистов в области нефтяной, газовой и
нефтегазодобывающей промышленности?
2. Перечислите основные физико-механические свойства жидкостей?
3. Какая существует связь между плотностью, удельным весом жидкости и ускорением
силы тяжести?
4. Какая существует связь между коэффициентом динамической и кинематической
вязкости?
Тема 1.3 Силы, действующие в жидкостях
Студент должен:
знать: единицы измерения, свойства, виды гидростатического давления, основное
уравнение гидростатики, приборы для измерения давления; действие давления на различные
стенки;
уметь: определять давление в покоящейся жидкости и газе с помощью приборов и
формул.
Давление, виды и единицы измерения. Гидростатическое давление, его свойства.
Основное уравнение гидростатики. Гидростатическое давление в покоящемся газе. Приборы
для измерения давления. Расчеты давления применительно к пластовым условиям.
Глубинные манометры.
Давление жидкости на плоские поверхности. Центр давления. Давление жидкости на
криволинейные поверхности. Горизонтальная и вертикальная составляющие силы давления.
1. Силы, действующие на жидкость.
Массовые силы в соответствии со вторым законом Ньютона пропорциональны массе
жидкости или, для однородной жидкости, — ее объему. К ним относятся сила тяжести и сила
инерции переносного движения, действующая на жидкость при относительном ее покое в
ускоренно движущихся сосудах или при относительном движении жидкости в руслах,
перемещающихся с ускорением.
Поверхностные силы непрерывно распределены по поверхности жидкости и при
равномерном их распределении пропорциональны площади этой поверхности. Эти силы
обусловлены непосредственным воздействием соседних объемов жидкости на данный объем
или же воздействием других тел (твердых или газообразных), соприкасающихся с данной
жидкостью. Как следует из третьего закона Ньютона, с такими же силами, но в противоположном
направлении, жидкость действует на соседние с нею тела.
2. Внутренние силы и напряжения, действующие в жидкостях
Рассмотрим жидкость, находящуюся в открытом сосуде под действием силы тяжести G и
атмосферного давления ратм.
Выделим объём, представляющий собой
призму с основанием ω и высотой h.
P0
Верхнее основание призмы совпадает
со свободной поверхностью, давление на
которой р0.
На выделенную призму жидкости в сосуде
действуют следующие силы:
h
ω
1)
Сила давления (на
верхнее основание призмы), направленная по
нормали к свободной поверхности:
P0 = p0ω
P
2) Сила тяжести, равная весу жидкости в объёме призмы и направленная вертикально
вниз:
G = ρghω
( G = mg; m = ρV; G = ρV g; V = hω; G = ρghω)
3) Сила гидростатического давления ( на нижнее основание призмы):
P = pω,
где р – гидростатическое давление в жидкости на глубине h от свободной поверхности
4) Силы гидростатического давления, действующие на боковые поверхности призмы.
Они взаимно уравновешиваются, т.к. равны по величине и противоположны по
направлению.
Составим уравнение равновесия выделенного объёма призмы жидкости относительно
вертикальной оси:
P0 + G – P = 0
p0ω + ρghω – pω = 0 (:ω)
p = p0 + ρgh - осн. ур-ие гидростатики,
по которому определяется гидростатическое давление в точки жидкости; оно
складывается из давления на свободной поверхности p0 и веса столба жидкости
ρgh, площадь основания которого равна единице, а высота – глубине погружения
точки.
3. Давление жидкости
1) Если давление р отсчитывают от абсолютного нуля, то его называют абсолютным, а если
отсчитывают от атмосферного давления ра, т. е. от условного нуля, то его называют
избыточным (ризб) или манометрическим. Следовательно, абсолютное давление
p абс  p а  p изб
ризб= рм= рабс− ра
2) Давление вакуума – это разность между атмосферным и абсолютным давлением, если
рабс<ра.
рв= ра− рабс
1 ат = 1 кгс/см2 = 98,1 кПа
Давление может быть выражено высотой столба жидкости над рассматриваемой
точкой:
р
ℎ=
𝜌𝑔
3) Гидростатическое давление и его свойства
I
Р
S
Δω
А
S
II
Рассмотрим некоторый объем покоящейся жидкости. Выберем внутри него какую-либо
точку А и проведем через нее секущую плоскость S-S, которая рассечет объем жидкости на
два отсека I и II. Через плоскость S-S на отсек II со стороны отсека I будет действовать сила
Р, называемая силой гидростатического давления.
Сила Р будет нормальной силой. Выделим у точки А на поверхности S-S элементарную
площадку Δω, на которую будет приходится часть силы Р, которую обозначим ΔР.
Если сила давления P равномерно распределена по площадке  , то среднее
гидромеханическое давление определяют по формуле
p =  P/  .
В
общем
случае
гидромеханическое
давление
в
данной
точке
равно пределу, к которому стремится отношение силы давления к
площади  ,
на
которую
она
действует,
т.е. при стягивании ее к точке
при
уменьшении
ω
до
нуля,
p  lim P / .
Свойства гидростатического давления:
1. Гидростатическое давление действует нормально к площадке действия и является
сжимающим, т.е. оно направлено внутрь того объема жидкости, который мы
рассматриваем.
2. Гидростатическое давление р в любой точке одинаково по всем направлениям (т.е.
не зависит от угла наклона площадки действия).
В единицах СИ давление выражается в паскалях (Па), килопаскалях (кПа). Связь этих
единиц с технической атмосферой следующая:
1
кгс/см2 = 98100 Н/м2 = 98100 Па = 98,1 кПа = 0,0981 МПа
4.
Методы и приборы для измерения давления.
Рис. 1.5 Пьезометр
Пьезометрическая высота, равная p / g , представляет собой высоту столба данной
жидкости, соответствующую данному давлению p (абсолютному или избыточному).
Пьезометрическую высоту, соответствующую избыточному давлению, можно определить
по пьезометру простейшему устройству для измерения давления. Пьезометр представляет
собой вертикальную стеклянную трубку, верхний конец которой открыт в атмосферу, а
нижний присоединен к емкости, в которой измеряется давление (рис. 1.5).
Применяя формулу к жидкости, заключенной в пьезометре,
получим
pабс  ра  gh .
где pабс — абсолютное давление в жидкости на уровне присоединения пьезометра; р —
атмосферное давление.
Отсюда высота подъема жидкости в пьезометре
hp  ( рабс р0 ) /( g )  pизб /( g ) ),
где ризб — избыточное давление на уровне присоединения пьезометра. Очевидно, что если
на свободную поверхность покоящейся жидкости действует атмосферное давление, то
пьезометрическая высота для любой точки рассматриваемого объема жидкости равна
глубине расположения этой точки.
Простейшим устройством для измерения вакуума может служить стеклянная трубка,
показанная на рис. 1.6 в двух вариантах. Вакуум в жидкости А можно измерять при
помощи U-образной трубки (см. рисунок справа) или перевернутой U-образной трубки,
один конец которой опущен в сосуд с жидкостью (см. рисунок слева).
Для измерения давления жидкостей и газов в лабораторных условиях помимо
.
пьезометра пользуются жидкостными и механическими
манометрами.
Для измерения давлений более 0,2 — 0,3 МПа применяют
механические манометры — пружинные или мембранные.
Принцип их действия основан на деформации полой пружины
или мембраны под действием измеряемого давления.
Через механизм эта деформация передается стрелке, которая показывает величину
измеряемого давления на циферблате.
Задача 1. Определить абсолютное давление газа в баллоне, если присоединенный к
баллону вакуумметр показывает давление 65кПа, барометрическое давление 99кПа.
Дано:
Ра = 99кПа = 99 х 103Па
Рв = 65кПа = 65 х 103Па
Решение
Рабс = Ра – Рв = 99 х 103 – 65 х 103 =
= 34 х 103 Па = 34кПа
Рабс
5. Сила давления жидкости на плоскую стенку
P  ( p0  ghц )
где hц— глубина расположения центра тяжести площади ω
т. е. полная сила давления жидкости на плоскую стенку равна произведению площади
стенки на гидростатическое давление в центре тяжести этой площади.
Сила давления жидкости на криволинейные стенки.
Рис1.9,а
Рис1.9,б
(Рис. 1.9) Схема для определения силы давления жидкости на цилиндрическую
поверхность
1) жидкость расположена сверху (рис. 1.9, а);
2) жидкость расположена снизу
(рис. 1.9, б).
Сила гидростатического давления на криволинейную поверхность определяется по
теореме Пифагора:
P  PB2  PГ2
Рв и Рг – вертикальная и горизонтальная составляющая силы
Горизонтальная составляющая равна силе давления на вертикальную проекцию
криволинейной поверхности:
Pг  ( p м  ghц ) y
рм – манометрическое давление на поверхности жидкости
hц – глубина погружения центра тяжести вертикальной проекции криволинейной
поверхности
ωy – площадь вертикальной проекции
Вертикальная составляющая равна весу жидкости в объеме тела:
Рв = ρgV
6. Определение толщины стенки трубы или резервуара.
А
Px
Px
В
d
δ
l
Рассмотрим поперечное сечение цилиндрической трубы длиной l диаметром d. Стенки
трубы подвержены внутреннему давлению р жидкости или газа, которое примем
постоянным во всех точках.
Под действием давления р труба стремится разорваться, например, по плоскости АВ.
Разрывающая сила Px определяется как горизонтальная составляющая на криволинейную
поверхность без учета собственного веса жидкости:
Px = pωy
ωy = ld – площадь вертикальной проекции внутренней поверхности трубы
Разрывающей силе сопротивляется материал трубы.
Сила сопротивления:
P = 2δlσ
δl – площадь сечения
σ – допускаемое напряжение на разрыв материала стенки трубы.
Условие не разрыва стенки трубы: Px = P, т.е.
pωy = 2δlσ, отсюда
𝑝𝑑
𝛿=
2𝜎
Это значение увеличиваем на производственный припуск 3…7 мм.
Задача 2. Горизонтальная металлическая цистерна круглого сечения с диаметром 2м
и длиной 10 м заполнена минеральным маслом плотностью 917,4 кг/м3. Давление на
поверхности масла равно атмосферному. Определить силу давления на внутреннюю
криволинейную поверхность.
Дано:
d=2м
l = 10 м
р = 917,4 кг/м3
p а = 98,1 кПа
Р-?
Решение:
Р = √ Р 2х + Р2у
Рх = ρghцωу = 917,4 х 9,8 х 1x 20 = 180 кН
𝑑
hц =2 =
2
2
= 1м
ωу = dl = 2x10 = 20 м
Ру = рgV = 917,4 х 9,8 х 15,7 = 141,3 кН
V=
𝜋𝑑2
4
×
𝑙
= 3.14
2
22
4
×
10
2
=15.7 м3
Р = √ 1802 + 141,32 = 230 кН
Задача 3. Стальная труба диаметром 400 мм находится под давлением 16 х 10 5 Па.
Определить толщину стенок трубы, если допускаемое напряжение на разрыв для стали 16
х 107 Па.
Дано:
d = 400 мм
p = 16 х 105 Па
σ = 16 х 107 Па
Решение
𝑝𝑑
16 × 105 × 400
𝛿=
=
= 2 мм
2𝜎
2 × 16 × 107
δ-?
Вопросы для самоконтроля
1. Что такое гидростатическое давление в данной точке?
2. Что называется абсолютным давлением, избыточным давлением и вакуумом?
3. Какими приборами можно измерить гидростатическое давление?
4. Что такое пьезометрическая высота и гидростатический напор?
5. Как определить величину силы гидростатического давления на плоскую стенку? Дать
схему изображения.
6. Что такое центр давления и как его определить?
7. Как определить величину, направление и точку приложения силы гидростатического
давления на криволинейную стенку?
Тема 1.4. Общие законы и уравнения статики и динамики жидкостей и газов.
Студент должен:
знать: законы Архимеда и Паскаля; основные понятия и определения,
уравнения гидродинамики; геометрический и энергетический смысл уравнения Бернулли, его
практическое применение; принцип действия приборов для измерения скорости и расхода
жидкости; законы истечения, назначение и типы насадков; , основы расчета гидравлического
удара
уметь: применять уравнения: расхода, неразрывности потока Бернулли при
решении практических задач, применять законы гидростатики для решения практических
задач, определять скорость, расход, время истечения жидкости из отверстий и насадков,
давление струи жидкости на преграду.
Закон Архимеда и закон Паскаля.Задачи, основные законы и уравнения статики и
динамики. Гидравлические элементы потока. Уравнение Бернулли для идеальной
жидкости. Энергетический и геометрический смысл уравнения Бернулли. Примеры
практического применения уравнений гидродинамики. Измерение расхода и скорости.
Истечение жидкости через малое отверстие в тонкой стенке. Истечение жидкости при
переменном напоре. Истечение жидкости под уровень истечение жидкости из насадков.
Влияние числа Рейнольдса на истечение жидкости. Давление струи жидкости на преграду.
Практическое применение насадков.
Вопросы для самоконтроля
1. В чем состоит закон Архимеда?
2. В чем состоит закон Паскаля?
3. Какими признаками характеризуется истечение жидкости из отверстия в тонкой стенке
сосуда?
4. При каких условиях короткую трубу можно рассматривать как внешнюю
цилиндрическую насадку?
5. Формулы скорости и расхода для истечения жидкости из отверстия и через насадки.
6. Как связаны между собой коэффициенты скорости -  , сжатия -  , расхода -  .
7. Какая форма насадки обеспечивает наибольший расход при заданной величине
отверстия в стенке сосуда?
8. При каких условиях в трубопроводе возникает гидравлический удар?
9. Как определяется повышение давления при гидравлическом ударе?
10. В чем состоит геометрический и энергетический смысл уравнения Бернулли?
Практическое занятие №1.
Расчет силы гидростатического давления, расхода жидкости и скорости истечения.
Методические указания
К простым гидростатическим машинам относятся гидравлический пресс,
гидравлический домкрат, гидравлический аккумулятор, гидравлический мультипликатор и т.
д. они используются для создания больших сил давления при помощи жидкости. Их работа
основана на применении закона Паскаля.
При изучении каждого типа пропускных отверстий (отверстий в тонкой стенке,
насадки) необходимо вначале рассмотреть классификацию их, а затем уже расчетные
формулы для определения скорости истечения и расхода. При выводе указанных расчетных
формул используются основные уравнения гидравлики: уравнение Бернулли и уравнение
неразрывности потока, причем учитываются потери напора (главным образом местные).
Для насадков надо усвоить расчет гидродинамического давления в сжатом сечении,
обратить внимание на предельное значение напора, выше которого насадка перестает
работать.
Для истечения через отверстие с острой кромкой и с насадкой характерно отсутствие
значительных потерь по длине и относительное постоянство для каждого наасдка
коэффициентов местного сопротивления, а отсюда и коэффициентов скорости  и расхода 
1. Закон Паскаля. Закон Архимеда.
Закон Архимеда
Пусть тело цилиндрической формы погружено в жидкость плотностью ρ
так, что его нижнее основание находится на уровне h2, а верхнее – на уровне h1 (рис. 2.8).
Тогда на верхнее основание цилиндра действует со стороны
жидкости сила гидростатического давления P1, направленная вертикально вниз, а на
нижнее основание цилиндра сила гидростатического давления P2,
направленная вертикально вверх. Результирующая сил давления P будет
направлена вверх и равна:
P = P2 – P1 ;
P1= p1F ; P2 = p2F ,
где p1, p2 – гидростатические давления на уровнях h1 и h2 соответственно;
F – площадь основания цилиндра.
Силы давления можно представить в виде
P1 = ρgh1F ; P2 = ρgh2F
Таким образом, результирующая сила
P = ρgF(h2 – h1)= ρgV ,
где V – объем тела, погруженного в жидкость.
Сила P будет представлять собой выталкивающую силу, которую
называют силой Архимеда.
Закон Архимеда гласит: на тело, погруженное в жидкость, действует
выталкивающая сила P, направленная вертикально вверх и численно равная весу
вытесненной жидкости.
Закон Паскаля
Закон Паскаля звучит так: внешнее давление, приложенное к жидкости,
находящейся в замкнутом резервуаре, передаётся внутри жидкости во все её точки без
изменения. На этом законе основано действие многих гидравлических устройств:
гидродомкратов, гидропрессов, гидропривода машин, тормозных систем автомобилей.
ббб
pатм
ббб
УГВ
G
hpB
ббб
HB
zB
B
hpA
ббб
HA
A
zA
ббб
Fп
0
ббб
0
Рис. 6. Схема к понятию гидростатического
напора
ббб
Рис. 5. Схема к закону Архимеда
ббб
Основывается на основном уравнении гидростатики: р = р0 + ρgh
- внешнее давление р0, приложенное к жидкости в замкнутом сосуде, передается внутри
жидкости во все точки без изменения .
На его использовании основано действие простейших гидравлических машин: гидропресс,
домкрат, гидроподъемники и др.
Рассмотрим на примере гидропресса (используется для обработки материалов давлением).
Если к поршню площадью ω, двигающемуся в малом цилиндре А, приложить силу Р 1, то
жидкость получит добавочное давление:
Р𝟏
p1 =
𝝎
По закону Паскаля это давление
распространяется по всей жидкости без
изменения и передается на поршень
большей площади W, двигающегося внутри
цилиндра В. Величина усилия, с которой
поршень в цилиндре В будет двигаться
вверх, составит:
𝑊
P2 = p1W = P1 𝜔
Таким образом, сила Р2 во столько раз больше силы Р1, во сколько раз площадь
поршня в цилиндре В больше площади поршня в цилиндре А. В действительности
вследствие трения в цилиндрах, сила Р2 будет несколько меньше рассчитанной по
формуле (η=0,8).
Давление рабочей жидкости (обычно масло) в гидропрессах создается насосом и
составляет 20…30 МПа.
2. Истечение жидкостей из отверстий и насадок.
Классификация отверстий и их практическое применение
Отверстия классифицируют следующим образом:
1.По р а з м е р у .
1
1
а) малые отверстия, когда d   H  z  или a  H z  (рис. 38), где d – диаметр
10
10
круглого отверстия; H – напор; z – разность напоров при затопленном отверстии;
Рис. 38.
1
1
 H  z  или a  H  z  .
10
10
2. П о т о л щ и н е с т е н к и , в которой сделано отверстие:
а) отверстия в тонкой стенке, когда t  3d или t  3a , где t – толщина стенки;
б) отверстия в толстой стенке, когда t  3d или t  3a .
3 . П о ф о р м е различают круглые, квадратные, прямоугольные, треугольные и
другие отверстия.
б) большие отверстия, когда d 
Истечение жидкости через отверстия в тонкой стенке при
постоянном уровне
Высоту уровня жидкости в резервуаре Н над центром отверстия
Рис. 39.
называют геометрическим напором. В общем случае давление p1 в резервуаре отличается
от давления p2 в пространстве, куда истекает жидкость.
v
2 gH 0
.
 2   отв
Обозначим величину
1
 .
 2   отв
Величину  называют коэффициентом скорости.
С учетом введенного обозначения
v2   2gH 0 .
Для идеальной жидкости  отв  0 и   1 . Тогда
v2  2gH 0 .
Это уравнение называется формулой Торичелли. Оно показывает, что скорость в начале
вытекающей струи равна скорости свободного падения тела, упавшего с высоты H 0 .
В случае, когда давления снаружи и в резервуаре одинаковы p1  p2 , то весь напор
истечения сводится к геометрическому напору, т. е. H 0  H . Это бывает обычно при
расчете истечения из открытых резервуаров в атмосферу.
Расход жидкости определится как произведение скорости истечения на площадь
сжатого сечения струи
Q  v2 сж   2gH 0 ,
где    сж  – коэффициент сжатия струи, равный отношению площади сжатого сечения
 сж к площади отверстия  .
Величину  обозначают через  и называют коэффициентом расхода.
Таким образом, расход жидкости, вытекающей через отверстие, определяют по формуле
Q   2gH 0 .
Числовые значения коэффициентов  ,  и  остаются при этом практически теми же.
Виды насадков
Насадкой называется отрезок трубы, длина которого в несколько раз больше
внутреннего диаметра. Рассмотрим случай, когда к отверстию в стенке резервуара
присоединен насадок диаметром d, равным диаметру отверстия.
На рис. 44 показаны наиболее распространенные виды насадок, применяемые на
практике:
а - цилиндрический внешний; б - цилиндрический внутренний; в -конический
расходящийся; г - конический сходящийся; д - коноидально-расходящийся; е коноидальный.
Рис. 44.
Цилиндрические насадки встречаются в виде деталей гидравлических систем
машин и сооружений. Конические сходящиеся и коноидальные насадки применяют для
увеличения скорости и дальности полета струи воды (пожарные брандспойты, стволы
гидромониторов, форсунки, сопла и др.).
Конические расходящиеся насадки применяют для уменьшения скорости и увеличения
расхода жидкости и давления на выходе во всасывающих трубах турбин и др. В эжекторах
и инжекторах также имеются конические насадки, как основной рабочий орган.
Водопропускные трубы под насыпями дорог (с точки зрения гидравлики) также
представляют собой насадки.
3. Гидравлический удар в трубах.
Гидравлическим ударом называется резкое повышение давления, возникающее в
напорном трубопроводе при внезапном торможении потока рабочей жидкости.
H
C
υo
L
T=
2𝐿
𝐶
T – фаза гидравлического удара
C – скорость распространения ударной волны
∆p = ρCυ0
∆p – заброс давления при гидроударе
υ0 – скорость течения жидкости
С=
Е
√ ж
𝜌
Еж 𝑑
√1+ ∗
Е 𝜎
Еж – модуль упругости жидкости
Е – модуль упругости материала трубы
Если Тз <
2𝐿
𝐶
, то прямой гидроудар
∆p = ρCυ0
Если Тз >
2𝐿
𝐶
, то непрямой гидроудар
∆p! = ρCυ0
Т
Тз
T=
2𝐿
𝐶
, то
∆p! = 2ρυ0
𝐿
Тз
4. Уравнение Бернулли.
Уравнение Бернулли для идеальной жидкости
Уравнение Бернулли для реальной жидкости
z – геометрический напор;
p/ρg – пьезометрический напор;
υ2/2g – скоростной напор.
Сумма трех высот называется полным напором Н.
Тема 1.5. Турбулентность и ее основные статические характеристики
Студент должен:
знать: методику определения линейных, местных и суммарных потерь напора
(давления) при различных режимах движения; классификацию и методику расчета различных
типов трубопроводов;
уметь: производить расчеты простых и сложных трубопроводов с построением
их характеристик; определять потери напора (давления), используя соответствующие
формулы, монограммы, справочники.
Режимы движения жидкости. Число Рейнольдса. Общие уравнения для определения
потери напора при равномерном движении. Распределение скоростей при ламинарном и
турбулентном режимах по живому сечению потока. Влияние различных факторов на
коэффициент  . Формула для определения коэффициента  . Потеря напора в трубах
некруглого сечения. Местное сопротивление. Коэффициенты местных сопротивлений
сложение потерь напора. Возможные способы снижения потерь напора в трубах.
Сопротивление при обтекании тел. Движение твердых тел в восходящем потоке жидкости.
Назначение и классификация трубопроводов. Основные формулы для расчета
трубопроводов. Основные задачи при проектировании и расчете трубопроводов. Расчет
простого и сложного трубопровода. Графоаналитические методы расчета.
Практическая работа №2
Гидравлический расчет трубопроводов.
Вопросы для самоконтроля
1. Перечислите виды гидравлических сопротивлений, возникающих при движении
жидкости.
2. В чем состоит отличие турбулентного режима от ламинарного?
3. Что такое число Рейнольдса. Написать аналитическое выражение для определения числа
Re для потока в трубе круглого сечения.
4. Что такое относительная и абсолютная шероховатость?
5. Как определить потерю напора при ламинарном режиме в трубах?
6. От каких факторов зависит коэффициент гидравлического трения при турбулентном
режиме в трубах и по каким формулам можно его найти?
7. Написать формулу Шези и объяснить все входящие в нее величины.
8. Какие сопротивления называются местными? По каким формулам можно найти их
величину?
Методические указания
В этой теме необходимо разобрать уравнение равномерного движения жидкости и
формулу Шези. Затем перейти к изучению гидравлических сопротивлений, встречающихся
при движении жидкости.
Так как гидравлические сопротивления в значительной мере зависят от режима
движения жидкости, то изучение их целесообразно начинать с ознакомления с ламинарного и
турбулентного режима движения.
Нужно представлять физический смысл числа Рейнольдса, знать его критерии,
который дает возможность практически установить переход ламинарного режима в
турбулентный.
При изучении потерь напора на преодоление местных сопротивлений следует знать
причины, вызывающие местные потери напора и усвоить общую зависимость для этих
потерь
Важно уяснить, что из всего разнообразия трубопроводов, их гидравлический расход
может быть сведен к трем принципиальным схемам:
1.Расчет простого короткого трубопровода при постоянном расходе, когда детально
учитываются сопротивления по длине, местные сопротивления и величина скоростного
потока.
2.Расчет простого длинного трубопровода при постоянном расходе, когда точно
учитываются сопротивления по длине, а величина местных сопротивлений определяется
приближенно ( в процентах от потерь напора по длине 5-15%).
3.Расчет простого длинного трубопровода с транзитным и равномерно распределенным
путевым расходом.
Для первых двух систем трубопровода необходимо усвоить:
1.Вывод расчетной зависимости для общего случая турбулентного движения жидкости
(независимо от зон сопротивлений).
2.Преобразование этой зависимости введением расходной характеристики для квадратичной
зоны сопротивлений.
Таким преобразованием формула приводится к виду, удобному для технических
расчетов.
Для третьей схемы трубопроводов нужно рассмотреть вопрос определения расчетного
расхода.
Необходимо научиться пользоваться специальными таблицами и монограммами, в
которых даны значения гидравлических уклонов в зависимости от величины расхода для
стандартных размеров сечения трубопроводов. Они упрощают и ускоряют расчеты.
Рассмотреть явление гидравлического удара в трубопроводе постоянного сечения большой
длины.
В зависимости от рода жидкости, скорости ее
движения и характера стенок, ограничивающих поток,
различают два основных режима движения: ламинарный
и турбулентный. Ламинарным называют упорядоченное
движение, когда отдельные слои скользят друг по другу, не
перемешиваясь (рис. 26, а).
Ламинарный режим движения можно наблюдать чаще у
вязких жидкостей, таких как нефть, масла и т. п.
Рис. 26.
Турбулентным называют режим, при котором
наблюдается беспорядочное движение, когда частицы жидкости движутся по сложным
траекториям и слои жидкости постоянно
перемешиваются друг с другом (рис. 26, б).
Достаточно
полные
лабораторные
исследования режимов движения и вопрос их
влияния на характер зависимости потерь
напора от скорости впервые исследовал
английский физик Рейнольдс.
Установка Рейнольдса для исследования
Рис. 27.
режимов движения жидкости пред ста влена на рис. 27. Сосуд А заполняется испытуемой
жидкостью. К сосуду А в нижней его части присоединена стеклянная трубка 1 с краном 2,
которым регулируется скорость течения в трубке. Над сосудом А расположен сосуд Б с
раствором краски. От сосуда Б отходит трубка 3 с краном 4. Конец трубки 3 заведен в
стеклянную трубку 1. Для пополнения сосуда А служив трубка 5 с запорным устройством 6.
При ламинарном режиме движения жидкости по трубке 1 струйка раствора краски,
истекающей из трубки 3, имеет вид четко вытянутой нити вдоль трубки 1.
По мере открытия крана 2 увеличивается скорость движения и режим движения
переходит в турбулентный, при этом струйка приобретает волнообразный характер, а при
еще большей скорости совсем размывается и смешивается с жидкостью в трубке. При
постепенном закрытии крана эти явления протекают в обратном порядке, т. е.
турбулентный режим сменяется ламинарным.
Опыты показали, что переход от турбулентного режима к ламинарному происходит
при определенной скорости (эта скорость называется критической), которая различна для
разных жидкостей и диаметров труб; при этом критическая скорость растет с увеличением
вязкости жидкости и с уменьшением диаметра труб.
Рейнольдсом и рядом других ученых опытным путем было установлено, что признаком режима
движения является некоторое безразмерное число, учитывающее основные характеристики потока
Re  R v ,
где  – скорость, м/с;
R - гидравлический радиус, м;
v - кинематический коэффициент вязкости, м2/сек.
Это отношение называется числом Рейнолъдса. Значение числа Re, при котором
турбулентный режим переходит в ламинарный, называют критическим числом Рейнолъдса
ReKp.
Если фактическое значение числа Re, вычисленного по формуле (82), будет больше
критического Re > ReKp – режим движения турбулентный, когда Re < ReKp – режим
ламинарный.
Для напорного движения в цилиндрических трубах удобнее число Рейнольдса определять
по отношению к диаметру d, т. е.
Re    d v ,
где d – диаметр трубы.
В этом случае ReKp получается равным ~2300. Если в формуле для трубопроводов круглого
сечения d выразить через гидравлический радиус R  d 4 , то получим ReKp=575. Для
других трубопроводов и каналов некруглых сечений можно принимать значение
критического числа Рейнольдса ReKp=300 (при вычислении Re через гидравлический радиус).
Потери напора при ламинарном течении жидкости
l 2
hдл    
d 2g
где l – длина участка трубы, м;
d – внутренний диаметр трубопровода, м;
υ – средняя скорость потока, м/сек;
g – ускорение свободного падения, м/сек2;
 – безразмерный коэффициент гидравлического трения.
Потери напора при турбулентном течении жидкости
формулой Вейсбаха-Дарси
λ=
𝟎,𝟑𝟏𝟔𝟒
𝑹𝒆𝟎,𝟐𝟓
Местные гидравлические сопротивления
hм  
2
2g
ζм – коэффициент местных потерь напора, на который влияют вид местного
сопротивления, величина проходного сечения, шереховатость стенок и число Рейнольдса,
определяется экспериментальным путем (значения приводятся в справочниках).
Например: - резкий поворот трубы на 900
- ζ = 1,1
- задвижка на круглой трубе полностью открыта - ζз = 0,12
- внезапное расширение
- выход из трубы
- вход через фильтрующую сетку
ζв.р =
-
𝜔2
𝜔1
ζвых = 5
- ζс = 0,5
Задача 4. Ручная шланговая мойка автомобиля и прицепов производится
брандспойтом. Какое давление должен создавать насос, чтобы получить расход воды 40
л/мин через сопло диаметром отверстия 3,5 мм. Диаметр шланга 25 мм. Потери напора
не учитывать.
Дано:
Решение
Q = 40 л/мин = 0,67 x 10 м /с
d = 3,5 мм = 3,5 x 10-3 м
D = 25 мм = 25 x 10-3 м
ρ = 103 кг/м3
z1 = z2
-3
1)Скорость движения воды по шлангу
определяем из уравнения расхода:
3
Q = ωυ
ω=
Pман - ?
υ1 =
𝜋𝑑 2
4
4𝑄
4∗0,67∗10−3
𝜋𝐷
3,14∗(25∗10−3 )
=
2
= 1,36 м/с
2) Скорость истечения воды из сопла:
υ2 =
4𝑄
4∗0,67∗10−3
𝜋𝑑
3,14∗(3,5∗10−3 )
=
2
= 70 м/с
3) Из уравнения Бернулли определяем давление насоса:
z1 = z2; p2 = pa = 98,1 кПа = 98,1 * 103
Р1 = ρ
Р2 υ22
υ1 2
ρ + 2 - 2
=103
98,1 * 103
103
+
702
1,362
2 - 2
=
= 2,55 * 106 Па
рман = р1 – р2 = 2550 * 103 – 98,1 * 103 ≈ 2,45 * 106 Па = 2,45 МПа
Задача 5. Из колодца насос по всасывающей трубе выкачивает 16 л/с воды. Для
обеспечения этого расхода необходимо, чтобы уровень воды в колодце был ниже уровня в
озере на некоторую величину Н. Найдите значение Н, если длина самотечной трубы 50 м,
а диаметр 150 мм.
Дано:
Q = 16 л/с = 16 * 10-3 м3/с
l = 50 м
d = 150 мм = 0,15 м
νН2О = 1,2 * 10-6 м2/с
Н-?
Решение
Н = hтр
hтр = hдл + hм
hм = hс + hвых
hс – потери на входе воды через
фильтрующую сетку
(ξс = 0,5)
hвых – потери при выходе воды из трубы
в колодец (ξвых = 5)
50
0,912
hдл = 0,017*0,15 *2∗9,8 = 0,24м
0,3164
0,3164
0,25
λ = Re
= (1,1 * 105)0,25 = 0,017
υd
Re = ν =
0,91 * 0,15
1,2 * 10-6 = 113750 = 1,1 * 105
Q = ωυ
ω=
υ=
hс = ξс
𝜗2
2𝑔
= 0,5∗
hвых = ξвых
𝜗2
2𝑔
0,912
2∗9,8
= 5∗
𝜋𝑑 2
4
4𝑄
4∗16∗10−3
𝜋𝑑
3,14∗(150∗10−3 )
=
2
= 0,91 м/с
= 0,021 м
0,912
2∗9,8
= 0,211 м
Н = hтр = 0,24 + 0,021 + 0,211 = 0,472 м
Тема 1.6. Гидравлические машины
Студент должен
знать: назначение, принцип работы и методы рациональной эксплуатации
гидравлических машин;
уметь: рассчитывать и подбирать центробежные насосы по каталогу.
Общие сведение о гидравлических машинах, классификация и назначение. Значение
гидравлических машин в сельскохозяйственном производстве.
Насосы. Их классификация и область применения. Параметры, характеризующие работу
насосов. Подача, напор, мощность к.п.д.
Динамические и центробежные насосы, их назначение, устройство, принцип действия,
область применения.
Рабочие характеристики центробежного насоса. Построение
рабочих характеристик по экспериментальным данным. Типизация лопастных насосов по
удельной частоте. Работа насоса на сеть. Регулирование подачи лопастных насосов.
Каталоги центробежных насосов, их использование.
Осевые насосы, их устройство и принцип действия. Роторные насосы, особенности, их
конструкции и принцип действия. Характеристики и способы регулирования подачи.
Обратимость роторных насосов.
Гидравлические двигатели, их назначение и общая классификация. Объемные
гидродвигатели.
Гидродвигатели
прямолинейного
и
поворотного
движения.
Гидроцилиндры, их конструктивные схемы и принцип работы. Гидропресс,
гидроаккумулятор, их назначение и принцип работы. Поворотные двигатели, их
конструктивные схемы и принцип работы. Роторные гидродвигатели (гидромоторы),
область их применения.
Лопастные гидродвигатели (турбины), их классификации. Активные и реактивные
турбины, их назначение и принцип действия. Вентиляторы, их устройство и назначение.
Практическая работа № 3
Расчет и подбор насосной установки.
Вопросы для самоконтроля
Классификация насосов.
Основные технические показатели насосов.
Подача насоса.
Потери мощности в насосе.
1. Общие сведения
Гидравлическими машинами называются машины, которые сообщают протекающей
через них жидкости механическую энергию (насос), либо получают от жидкости часть
энергии и передают ее рабочему органу для полезного использования (гидродвигатель).
1.
2.
3.
4.
Насосами называются машины, служащие для перекачки и создания напора жидкостей
всех видов, механической смеси жидкостей с твердыми и коллоидными веществами и газов.
Следует заметить, что машины для перекачки и создания напора газов (газообразных
жидкостей) выделены в отдельные группы и получили название вентиляторов и
компрессоров и служат предметом специального изучения, поэтому в данном разделе не
рассматриваются.
Насосы в настоящее время являются самым распространенным видом машин.
По принципу действия насосы подразделяются на:
а) центробежные, у которых перекачка и создание напора происходят вследствие
центробежных сил, возникающих при вращении рабочего колеса;
б) осевые (пропеллерные) насосы, рабочим органом у которых служит лопастное колесо
пропеллерного типа. Жидкость в этих насосах перемещается вдоль оси вращения колеса;
в) поршневые и скальчатые насосы, в которых жидкость перемещается при возвратнопоступательном движении поршня или скалки. К этой группе можно отнести простейший
вид поршневых насосов - диафрагмовые насосы, у которых рабочим органом служит
резиновая или кожаная диафрагма, совершающая возвратно-поступательные движения;
г) тараны, работающие за счет энергии гидравлического удара;
д) струйные насосы, в которых перемещение жидкости осуществляется за счет энергии
потока вспомогательной жидкости, пара или газа;
е) эрлифты (воздушные водоподъемники), в которых рабочим телом является сжатый
воздух.
2. Устройство и классификация центробежных насосов
Рис. 46.
Центробежный насос состоит из следующих основных элементов (рис. 46): спирального
корпуса 1, рабочего колеса 2, расположенного внутри корпуса и
сидящего на валу 3. Рабочее колесо на вал насаживается с помощью шпонки.
Вал вращается в подшипниках 4, в месте прохода вала через корпус для уплотнения
устроены сальники 5. Вода в корпус насоса поступает через всасывающий патрубок 6 и
попадает в центральную часть вращающегося рабочего колеса. Под действием лопаток 7
рабочего колеса 2 жидкость начинает вращаться и центробежной силой отбрасывается от
центра к периферии колеса в спиральную часть корпуса (в турбинных насосах в
направляющий аппарат) и далее через нагнетательный патрубок 8 в напорный трубопровод.
В результате действия лопаток рабочего колеса на частицы воды кинетическая энергия
двигателя преобразуется в давление и скоростной напор струи.
Напор насоса измеряется в метрах столба перекачиваемой
жидкости. Всасывание жидкости происходит вследствие
разрежения перед лопатками рабочего колеса.
Для создания большего напора и лучшего отекания
жидкости лопатками придают специальную выпуклую
форму, причем рабочее колесо должно вращаться выпуклой
стороной лопаток в направлении нагнетания.
Центробежный насос должен быть оборудован
Рис. 47.
следующей арматурой и приборами (рис. 47): приемным
обратным клапаном с сеткой 1. предназначенным для удержания в корпусе и всасывающем
патрубке насоса воды при его заливе перед пуском; сетка служит для задержания крупных
взвесей, плавающих в воде; задвижкой 2 на всасывающем патрубке, которая устанавливается
около насоса; вакуумметром 3 для измерения разрежения на всасывающей стороне.
Вакуумметр устанавливается на трубопроводе между задвижкой и корпусом насоса; краном
4 для выпуска воздуха при заливе (устанавливается в верхней части корпуса); обратным
клапаном 5 на напорном трубопроводе, предотвращающем движение воды через насос в
обратном направлении при параллельной работе другого насоса; задвижкой 6 на напорном
трубопроводе, предназначенной для пуска в работу, остановки и регулирования
производительности и напора насоса; манометром 7 на напорном патрубке для измерения
напора, развиваемого насосом; предохранительным клапаном (на рисунке не указан) на
напорном патрубке за задвижкой для защиты насоса, напорного патрубка и трубопровода
от гидравлических ударов; устройством 8 для залива насоса.
3. Основные технические показатели насосов
1. Подача насоса – количество подаваемой насосом жидкости в единицу времени:
а) объёмная подача - Q ,м3/с; л/с
б) массовая подача – М = ρQ ,кг/с
в) весовая подача - G = gM = ρgQ, Н/с
2. Напор насоса Н, м – прирост полной удельной энергии потока в насосе,
определяемый как разность полных удельных энергий на выходе Е ІІ и входе ЕІ в насос.
Согласно уравнению Бернулли, полная удельная энергия потока равна сумме удельных
энергий положения, давления и кинетической:
P
v2
E z

  g 2 g
Тогда напор насоса:
H  z 2  z1 
P 2  P1 v 2  v1 2

g
2 g
z2 и z1 – высоты положения центров тяжести сечений выхода и входа в насос, м
P2 и P1 – абсолютное давление на выходе и входе насоса, Па
v2 и v1 – средние скорости в сечениях выхода и входа в насос, м/с
Напор действующего насоса при его испытании определяется по показаниям
вакуумметра и манометра, установленных соответственно на входе и выходе насоса:
Pвак  Рман v 2  v1 2
H

 h
g
2 g
где Рвак и Рман – показания вакуумметра и манометра, Па
∆h – разность уровней установки манометра и вакуумметра. М
При незначительной высоте всасывания и диаметрах нагнетательного и всасывающего
Pва v 2  v1 2
,
иh - малые величины, поэтому приближённое
патрубков d2=d1, величины
  g 2 g
значение напора:
H
Рман
g
3. Давление насоса:
P = ρgH
4. Полезная мощность насоса, кВт – мощность, сообщаемая насосом подаваемой
жидкости
Nп = pQ = ρgHQ
5. Мощность насоса – мощность, потребляемая насосом
N = Nп/η
η – коэффициент полезного действия насоса
Потери мощности в насосе делятся на механические, объёмные и гидравлические.
а) Механические потери связаны с потерями мощности на трение в подшипниках,
сальниковых уплотнениях, с трением наружной поверхности рабочих колёс насоса
о жидкость. Они учитываются механическим КПД – ηм.
б) Объёмные потери связаны с утечкой жидкости через зазоры и неплотности и с
внутренней циркуляцией. Эти потери оцениваются объёмным КПД – ηо.
в) Гидравлические потери являются результатом потерь энергии на преодоление
сил трения при движении жидкости в клапанах поршневого насоса, в рабочем
колесе лопастного насоса. Они учитываются гидравлическим КПД ηг.
6. КПД насоса равен произведению механического, объёмного и гидравлического
коэффициентов полезного действия:
η = ηмηоηг – приводится в справочниках
Мощность двигателя для привода насоса:
𝑁п
N=
η
k – коэффициент запаса мощности (k = 1,1…1,25)
ηп – коэффициент полезного действия передачи (редуктора) ηп =
0,96…0,98
Электродвигатель к насосу выбирают по расчётной мощности, имеющейся в
стандарте.
Задача 6. Насос 1,5 К – 8/19 имеет техническую характеристику: подача 6 м3/ч;
напор 20 м; КПД 53 %. Определить мощность, потребляемую насосом
Дано:
Решение:
𝑁п
𝑝𝑄
𝜌𝑔𝐻𝑄
1000∗9,8∗20∗6
Q = 6 м3/ч
N= =
=
=
= 617 Вт = 0,62 кВт
η
η
η
0,53∗3600
Н = 20 м
η = 53 %
N-?
Задача 7. Всасывающая труба насоса диаметром 250 мм и длиной 20 м изготовлена
из чугуна. Труба имеет одно колено (ζк = 0,4), на ней установлена задвижка, открытая на
½ (ζзад = 2,06), а на конце установлена приемная сетка ζс = 6). Насос подает 60 л/с (ζвс =
0,1). На какую высоту от свободной поверхности водоема поднимется вода при работе
насоса, если давление перед входом в насос равно 40 кПа ? Атмосферное давление
принять равным 100 кПа.
Дано:
d = 250 мм = 0,25 м
l = 220 м
ζк = 0,4
ζзад = 2,06
ζс = 6
ζвс = 0,1
Q = 60 л/с = 0,06 м3/с
PI = 40 кПа
Pа = 100 кПа
Нвс - ?
Решение:
Нвс=
𝑃а −𝑃1
𝜌∗𝑔
∗
𝑣2
2𝑔
−ℎ
v – скорость подачи
Q=vω=
v=
4𝑄
𝜋𝑑 2
=
𝑣𝜋𝑑 2
4
4∗0,006
3,14∗0,252
= 1,22 м/с
h – потери напора
h = hдл + hм
hдл - потери напора по длине
𝑙 𝑣2
hдл = λ* *
𝑑 2𝑔
0,3164
λ=
𝑅𝑒 0,25
=
0,3164
3050000,25
= 0,013
коэффициент
-
гидравлического трения
𝑣𝑑
Re=
𝜈
=
1,22∗0,25
10−6
=305000 – критерий Рейнольдса
hм – местные потери напора
hм = Σ (ζ)
𝑣2
2𝑔
𝑙 𝑣2
𝑣2
𝑣2
𝑑 2𝑔
2𝑔
2𝑔
hдл = λ* * + Σ (ζ) =
[ λ*
𝑙
𝑑
+ Σ (ζ)
1,222
220
2∗9,8
0,25
] = [0,013*
+0,4+2,06 + 6 +
]
0,1 = 0,73 м
(100 – 40) * 103
Нвс = 103 * 9,8
_
1,222
2 * 9,8 - 0,73 = 5,3 м
Задача 8. Насосная установка за 4 часа работы поднимает из скважины 18 м3 воды.
Полный напор, развиваемый насосом 3000 м. Определить полезную мощность насоса и
его КПД, если мощность приводящего электродвигателя 55 кВт.
Дано:
τ =4ч
V = 18 м3
H = 3000 м
Nдв = 55 кВт
Nп - ?
η-?
Решение:
Nп = pQ;
Q=
𝑉
𝜏
p = þ g H = 1000 * 9,8 * 3000 = 29,4 * 106 Па
𝑉
Nп = p 𝜏 = 29,4 * 106 *
18
4∗3600
= 36,7 кВт
N=
𝑁п
η=
η
𝑁п
𝑁
=
36,7
55
= 0,67 = 67%
Тема 1.7. Гидро- и пневмотранспорт.
Студент должен
знать: методы рациональной эксплуатации гидро- и пневмотранспортных
установок.
Задачи гидро- и пневмотранспорта. Общие сведения о гидро- и пневмотранспорте.
Применение гидро- и пневмотранспорта для транспортирования навоза, кормов и других
сельскохозяйственных продуктов. Классификация гидро- и пневмотранспортных
установок. Основные физико-химические свойства гидросмесей.
Тема 1.8. Основы сельскохозяйственного водоснабжения и гиромелиорации.
Студент должен
знать: основные принципы построения и методы эксплуатации систем
сельскохозяйственного водоснабжения и мелиорации;
уметь: подготавливать к эксплуатации водоподъемные установки,
применяемые в сельском хозяйстве.
Особенности
сельскохозяйственного
водоснабжения
современных
животноводческих, птицеводческих ферм и комплексов и в отгонном животноводстве.
Системы водоснабжения из поверхностных и подземных источников.
Средства механизации подъема воды. Насосы общего назначения и
водоподъемники.
Задачи гидромелиорации.
Механизированное орошение. Технологический процесс орошения, оросительные
системы. Потребность в воде для орошения. Режимы орошения сельскохозяйственных
культур в севообороте и хозяйстве. Способы полива сельскохозяйственных культур.
Практическая работа № 4
Расчет каналов при гидромелморации.
Раздел 2. Основы теплотехники.
Тема 2.1. Основные понятия и определения технической термодинамики. Смеси
газов и теплоемкость.
Студент должен
знать: основные понятия и определения технической термодинамики, смеси
газов и их теплоемкость;
уметь: определять параметры рабочего тела, рассчитывать состав газовой
смеси.
Понятие о технической термодинамике, ее задачи и основные определения.
Рабочее тело. Величина (параметры), определяющие состояние рабочего тела. Уравнение
состояния идеального газа. Понятие о реальных газах и парах кА рабочих телах.
Понятие о газовой смеси. Закон Дальтона. Состав смеси в массовых и объемных
долях, соотношение между ними. Состав смеси, заданный числом молей. Газовая
постоянная смеси.
Теплоемкость газа и смеси газов.
Вопросы для самоконтроля
1. Перечислите параметры рабочего тела.
2. Назовите основные газовые законы.
3. Что такое теплоёмкость? Виды теплоёмкости.
1. Основные понятия и определения.
Теплотехника – общетехническая (фундаментальная) дисциплина, изучающая
методы получения, преобразования, передачи и использования теплоты, принцип
действия и конструктивные особенности, производство и эксплуатацию теплового
оборудования.
Термодинамика изучает законы теплового равновесия и превращения теплоты в
другие виды энергии и обратно.
Техническая термодинамика изучает превращение теплоты в работу и наоборот, а
также свойства тел, участвующих в данном превращении.
Рабочее тело – газ, воздух, продукты сгорания.
1.
2. Параметры рабочего тела.
Давление – сила, действующая на единицу площади.
𝐹 Н
р = 𝑆 ,м
2.
3.
4.
Температура - физическая величина, характеризующая степень нагретости тела.
T = t + 273, K – термодинамическая температура
Удельный объём – это объём единицы массы вещества, м3/кг
v = V/M
3
Плотность – ρ = 1/v, кг/м
3. Газовые законы.
1.
Уравнение состояния идеального газа PV =RT
R = R0/µ = 8310/µ, Дж/кг.к, газовая постоянная
2.
Закон Менделеева-Клапейрона PV = MRT
3.
Закон Бойля-Мариотта P1/P2 = V1/V2 (T = const)
4.
Закон Гей-Люссака V1/V2 = T1/T2 (P = const)
5.
Закон Шарля
P1/P2 = T1/T2 (V= const)
4. Теплоёмкость.
Для того, чтобы 2 различных вещества с одинаковой массой нагреть до одинаковой
температуры, нужно затратить различное количество теплоты. Следовательно каждое тело
обладает своёй теплоёмкостью.
Теплоёмкостью системы называют количество теплоты, необходимое для нагревания
системы на 10.
C = Q/T, Дж/К
Удельной теплоёмкостью называется количество теплоты, необходимое для изменения
какой-либо количественной единицы газа на 10С.
Виды теплоёмкости:
1.
Массовая теплоёмкость – это отношение теплоёмкости системы к массе тела:
с = С/М = Q/МT, Дж/кг.К
2.
Объёмная теплоёмкость – это отношение теплоёмкости системы к объёму тела:
Соб = С/V = Q/VT, Дж/нм3.К
3.
Молярная теплоёмкость – это отношение теплоёмкости системы к количеству
вещества:
µс = С/ν = Q/νT, Дж/кмоль.К
Формулы пересчёта теплоёмкостей
с = µс/µ; соб = 22,4/ µс
Атомность
газов
Двухатомный
Значение теплоёмкостей
µср
µсv
29,3
20,9
37,7
29,3
Трёхатомный
и более
5. Газовые смеси
Под смесью идеальных газов понимают смесь не вступающих в химическое
взаимодействие газов (воздух, природный газ, продукты сгорания).
Все газовые законы применимы к газовой смеси.
Давление, которое оказывает газовая смесь, определяется по закону Дальтона:
р = ∑рi
Важнейшей характеристикой газовой смеси является её состав, который может быть
выражен массовыми и объёмными долями.
𝑀
1.
Массовая доля
mi = 𝑀
2.
Объёмная доля
ri =
Vсм = ∑Vi
1.
𝑉
𝑉
∑ri = 1
∑mi = 1
Молекулярная масса газовой смеси
Через объёмные доли
µсм = ∑µiri
2.
Через массовые доли
𝑚
µсм = 1/∑
Газовая постоянная смеси
𝜇
Rсм =
𝑅
𝜇
Удельный объём смеси
υ=
η=
𝑄1 −𝑄2
𝑄1
=
22,4
𝑄0
𝑄1
𝜇
=
𝐿0
𝑄1
Задача 9. Определить массу кислорода в баллоне 75 дм3 при давлении 9,8 МПа и
температуре 200 С.
Дано:
V = 75 дм3 = 0,075 м3
P = 9,8 Мпа = 9,8 * 106 Па
t = 200 С; Т = 20 + 273 = 293 К
М-?
Решение:
PV = МRT
RO
8310
Дж
R = μ = 32 = 259,7 кг К
PV
9,8 * 106 * 0,075
μ = RT = 259,7 * 293
= 9,6 кг
Задача 10. Дымовые газы, образовавшиеся в топке парового котла, охлаждаются с
температуры 12000 С до температуры 2500 С. Во сколько раз уменьшится их объем, если
давление газов в начале и конце газохода одинаково ?
Дано:
Решение:
0
t1 = 1200 C, T1 = 1200 + 273 = 1473 K
V1
T1 1473
0
t2 = 250 C, T2 = 250 + 273 = 523 K
V2 = T2 = 523 = 2,85 раз
V1
V2
Задача 11. Определить массовую изобарную теплоемкость газа СО2
μ Ср
37,7
кДж
Ср = μ
= 44 = 0,85 кг К
к ДЖ
μ Ср = 37,7 моль К;
μ (СО2) = 12 + 16 * 2 = 44
Задача 12. Баллон емкостью 0,6 м3 заполнен газом С2Н4 при температуре 170 С.
Присоединенный к баллону, вакуумметр показывает давление 65 кПа. Определить массу
газа в баллоне. Атмосферное давление принят равным 99 кПа.
Дано:
Решение:
PV = MRT
PV
M = RT
Pабс = Ра – Рв аб = (99 – 65) 103 = 34 * 103 Па
V = 0,6 м
T = 170 С, Т = 17 + 273 = 290 К
Pвак = 65 кПа = 65 * 103 Па
Pа = 99 кПа = 99 * 103 Па
3
R0 8310
Дж
R = μ = 28 = кг К
μ (С2Н4) = 12 * 2 + 1 * 4 = 28
34 * 103 * 0,6
М = 296,8 * 290 = 0,23 кг
M-?
Тема 2.2. Термодинамические процессы. Законы термодинамики.
Студент должен
знать: основные термодинамические процессы и законы термодинамики;
уметь: рассчитывать термодинамические процессы.
Термодинамические процессы. Работа расширения газа и внутрянняя энергия.
Теплота. Первый закон термодинамики, его сущность и формулировка. Энтропия газов. pv, T-s и h-s диаграммы и графическое изображение в них термодинамических процессов.
Энтальпия газа. Изотермический, изобарный, изохорный, адиабатный и политропный
процессы, их анализ.
Второй закон термодинамики, его сущность и формулировка. Круговые процессы и
циклы. Прямой и обратный циклы. Термический КПД цикла и холодильный коэффициент.
Прямой и обратный циклы Карно.
Вопросы для самоконтроля
1.
2.
3.
4.
Что такое энтальпия и энтропия газов?
Какие бывают термодинамические процессы.
Формулировка и математическое выражение первого закона термодинамики.
Формулировка второго закона термодинамики.
Термодинамический процесс представляет собой непрерывное изменение состояния
системы, происходящее в результате взаимодействия её с окружающей средой.
Одним из примеров термодинамического процесса является работа газа.
Работа газа
S
F
P
P1
1 кг
1 p=const
2
V1
V2
V
F = pS, Н – сила, действующая на поршень при подводе тепла;
L = pSΔh, Дж – работа, совершаемая газом;
SΔh = ∆V – изменение объёма; L = p∆V, Дж
Законы термодинамики
Первый закон термодинамики (закон сохранение энергии): Энергия не исчезает и не
возникает из ничего, а лишь переходит из одного состояния в другое в эквивалентных
количествах.
Q = ∆U + p∆V ,Дж
∆U – изменение внутренней энергии, Дж
∆U = Mcv(T2 – T1)
Второй закон термодинамики (определяет условия, при которых возможно
преобразование одного вида энергии в другой) – формулировка по Клаузису: «Теплота не
может переходить сама собой от более холодного тела к более тёплому».
Удельная энтальпия – количество теплоты, необходимой для нагревания в изобарном
процессе 1 кг газа от 0 до t0С:
h =cpmt, Дж/кг
Энтальпия: H = Mcp(t2 – t1), Дж
Энтропия – величина, изменение которой dS в элементарном процессе равно
отношению бесконечно малого количества теплоты Q, сообщённой 1 кг газа, к
термодинамической температуре Т:
dS =
𝑑𝑄
𝑇
, Дж/кг.К
Круговые циклы
Последовательный ряд процессов, во время которых тело, претерпев ряд изменений,
возвращается в первоначальное состояние, называют круговым процессом или циклом.
Например, цикл преобразования теплоты в механическую работу в ДВС. Здесь подвод
тепла осуществляется в процессе сгорания топлива, а процесс отвода тепла
осуществляется выпуском отработавшего газа или пара
L0 = L1 – L2 –полезная работа
P
L+
1
2
L1 – работа расширения
L2 – работа сжатия
Q0=L0=(Q1-Q2) – полезно использованная теплота
ηt =
𝑄−𝑄
𝑄
𝑄
𝐿
=𝑄=𝑄
Проанализируем цикл: т.к. в круговом процессе
рабочее тело возвращается в первоначальное
L
состояние, то его внутренняя энергич не
изменяется. Если в процессе расширения тело
получает тепло Q1, а при сжатии отдаст Q2, то в
A
виде тепла в цикле исчезает (Q1-Q2). При
неизменной внутренней энергии согласно первого закона термодинамики теплота может
быть преобразована только в работу.
Экономичность теплового двигателя оценивают с помощью термического КПД.
КПД зависит от количества подведённой и отведённой теплоты, которые в свою очередь
определяются процессами, образующими цикл. Из этого следует, сто подбором процессов
можно влиять на экономичность двигателя.
Самым экономичным является цикл Карно, состоящий из двух изотерм и двух адиабат.
Количество подведенного тепла
Теплота цикла
К.п.д. цикла Карно
к 
Lц
Q1

Qц
Q1

(T1  T2 )S
T
 1 2
T1 S
T1
Изотермический процесс, т.к. максимально возможное количество теплоты преобразуется
в работу.
Адиабатный процесс, т.к. работа совершается за счёт внутренней энергии и отсюда
максимальный КПД.
1-2 - расширение по изотерме за счёт подвода тепла
2-3 - расширение по адиабате за счёт изменения внутренней энергии
3-4 - сжатие по изотерме (минимальное количество затраченной работы)
4-1 - сжатие по адиабате
Работа, совершаемая газом – площадь 1-2-3-3|-1|-1
Полезная работа: Lпол = Lрасш – Lсж, площадь 1-2-3-4-1
Тема 2.3. Идеальные циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания.
Компрессоры и компрессорные установки.
Студент должен
знать: идеальные циклы двигателей внутреннего сгорания (ДВС), компрессоры
и компрессорные установки.
Классификация поршневых ДВС. Понятие об идеальных циклах ДВС. Идеальный
цикл с подводом теплоты при постоянном объёме. Цикл со смешанным подводом
теплоты. Действительные циклы ДВС.
Компрессоры и компрессорные установки, их назначение и классификация.
Термодинамические основы работы поршневых компрессоров.
Тема 2.4. Водяной пар и влажный воздух.
Студент должен
знать: основные понятия, определения, процессы образования и параметры
водяного пара и влажного воздуха;
уметь: определять параметры водяного пара и влажного воздуха, пользуясь h-s
диаграммой водяного пара и h-d диаграммой влажного воздуха.
Основные понятия и определения водяного пара и влажного воздуха. Водяной пар
как рабочее тело. Процесс образования пара, p-v, T-s и h-s – диаграммы водяного пара.
Основные термодинамические параметры воды и водяного пара. Таблицы водяного пара.
Влажный воздух как смесь сухого воздуха и водяного пара. Насыщенный,
ненасыщенный и перенасыщенный влажный воздух. Основные параметры влажного
воздуха. Абсолютная и относительная влажность, влагосодержание, удельный объем,
энтальпия, H,d-влажного воздуха.
Вопросы для самоконтроля.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Что такое водяной пар?
Способы образования пара.
Параметры водяного пара.
Параметры влажного воздуха.
h-s диаграмма водяного пара.
h-d диаграмма влажного воздуха.
1. Понятия о водяном паре.
Одним из распространенным рабочим телом в паровых турбинах, паровых машинах, в
атомных установках, теплоносителем в различных теплообменниках является водяной
пар.
Пар - газообразное тело в состоянии, близкое к кипящей жидкости. Парообразование –
процесс превращения вещества из жидкого состояния в парообразное.
Испарение – парообразование, происходящее всегда при любой температуре с
поверхности жидкости. При некоторой определенной температуре, зависящей от природы
жидкости и давления, под которым она находится, начинается парообразование во всей
массе жидкости. Этот процесс называется кипением.
Обратный процесс парообразования называется конденсацией. Она также протекает
при постоянной температуре. Процесс перехода твердого вещества непосредственно в пар
называется сублимацией.
Обратный процесс перехода пара в твердое состояние называется десублимацией.
При испарении жидкости в ограниченном пространстве (в паровых котлах)
одновременно происходит обратное явление – конденсация пара. Если скорость
конденсации станет равной скорости испарения , то наступает динамическое равновесие.
Пар в этом случае имеет максимальную плотность и называется насыщенным паром.
Если температура пара выше температуры насыщенного пара того же давления, то
такой пар называется перегретым.
Разность между температурой перегретого пара и температурой насыщенного пара
того же давления называется степенью перегрева.
Так как удельный объем перегретого пара больше удельного объема насыщенного
пара, то плотность перегретого пара меньше плотности насыщенного пара. Поэтому
перегретый пар является ненасыщенным паром. В момент испарения последней капли
жидкости в ограниченном пространстве без изменения температуры и давления
образуется сухой насыщенный пар. Состояние такого пара определяется одним
параметром - давлением.
Механическая смесь сухого и мельчайших капелек жидкости называется влажным
паром.
Массовая доля сухого пара во влажном паре называется степенью сухости – х.
х = mсп / mвп ,
mсп - масса сухого пара во влажном; mвп - масса влажного пара.
Массовая доля жидкости во влажном паре нызвается степенью влажности – у.
у=1–ν
Для кипящей жидкости при температуре насыщения x = 0, для сухого пара – x = 1.
2. Диаграммы водяного пара
Фазовая p-v-T-диаграмма воды и водяного пара
Dода и водяной пар могут находиться в пяти состояниях:
1. Недогретая до температуры кипения вода (область I, рис. 5.2).
p
Параметры обозначаются следующим образом: p, T, v, h, u, s.
K
2. Кипящая вода (нижняя пограничная кривая 2). Параметры
3
2
обозначаются так: p, Ts, v, h, u, s или так: T, ps, v, h, u, s.
I II
III
3. Мокрый пар (область II). Параметры обозначаются таким
образом: p, Ts, v, h, u, s или ps T, v, h, u, s.
4. Сухой насыщенный пар (верхняя пограничная кривая 3).
v Параметры обозначаются следующим образом: p, T , v, h, u, s
s
Рис. 5.2
или T, ps, v, h, u, s.
5. Перегретый пар (область III). Параметры обозначаются так:
p, T, v, h, u, s.
Выше критической точки (К) находится область однофазных состояний, в которой нельзя
провести четкой границы между жидкостью и паром.
Диаграммы p-v, T-s, h-s воды и водяного пара
На рис. 5.3 - 5.5 изображены диаграммы, которые построены путем переноса численных
значений параметров воды и водяного пара, приведенных в таблицах [8], соответственно в
p-v-, T-s- и h- s- координаты.
p
T
T3 S1 S2
T2
T1 K
h
p 4 p v1
v
3
p2 2
K
p4 p
3
K
p1
T3
T2 p2
T1
p1
x=1
x2
x=0
x1 x2 x=1
Рис. 5.3
x=0
v
x1 x2 x=1
Рис. 5.4
s
x=0 v1 v2
Рис. 5.5
x1
s
Изобары и изотермы в области мокрого пара имеют одно направление.
В T–s- и h–s- диаграммах изохоры располагаются круче изобар.
В T–s- и h–s- диаграммах в области недогретой жидкости изобары имеют направление
нижней пограничной кривой, и расположены в непосредственной близости к ней.
Адиабаты в p- v- диаграмме располагаются круче изотерм.
Диаграмму h-s называют рабочей, т.к. она исключительно широко используется для
определения параметров. При термодинамическом анализе процессов и циклов T-s- и p-vдиаграммы чаще всего применяются как иллюстрационные.
ВЛАЖНЫЙ ВОЗДУХ
Влажный воздух – это смесь сухого воздуха и водяного пара.
Давление влажного воздуха равно сумме парциальных давлений сухого воздуха (pс.в.) и
водяного пара (pп)
p  p св  p п .
Поскольку pп << pсв, то сухой воздух, водяной пар, а также их смесь (влажный воздух)
можно считать идеальными газами.
Пар, содержащийся во влажном воздухе с температурой T, может быть перегретым
(точка B, рис. 7.1). В этом случае pп < ps при данной T.
Влажный воздух, содержащий перегретый пар, называется
ps
ненасыщенным (pп < ps).
T
K
pп
Если pп = ps при данной температуре воздуха (точка A, рис.
A
T
B
7.1), то пар является сухим насыщенным. Влажный воздух,
содержащий
сухой
насыщенный
пар,
называется
Tp
насыщенным (pп = ps).
Г
Ненасыщенный влажный воздух можно перевести в
s
состояние насыщения двумя способами:
Рис. 7.1
1. Увеличивая давление pп до ps при данной температуре
влажного воздуха T (процесс B - A, рис. 7.1), например, увеличивая количество пара в
воздухе за счет испарения воды.
2. Снижая температуру влажного воздуха при pп = const (процесс В - Г ).
Температура, при которой давление пара (pп) становится равным давлению насыщения
(ps), называется температурой точки росы (Tp), и она измеряется гигрометром.
Если охлаждать насыщенный влажный воздух (процесс А - Г), то из него будет
выпадать влага, т.к. уменьшается давление насыщения (psГ < psA).
Характеристики влажного воздуха
Атмосферный воздух, в основном состоящий из кислорода, азота, углекислого газа,
содержит всегда некоторое количество водяного пара. Смесь сухого воздуха и водяного
пара называется влажным воздухом. Влажный воздух при данном давлении и температуре
может содержать разное количество водяного пара. Если смесь состоит из сухого воздуха
и насыщенного водяного пара, то его называют насыщенным влажным воздухом. В этом
случае во влажном воздухе находится максимально возможное для данной температуры
количество водяного пара. При охлаждении этого воздуха, будет происходить
конденсация водяного пара. Парциальное давление водяного пара в этой смеси равно
давлению насыщения при данной температуре. Если влажный воздух содержит при
данной температуре водяной пар в перегретом состоянии, то он будет называться
ненасыщенным. Так как в нем находится не максимально возможное для данной
температуры количество водяного пара, то он способен к дальнейшему увлажнению.
Поэтому такой воздух используют в качестве сушильного агента в различных сушильных
установках.
Абсолютная влажность – это масса пара, содержащегося в 1 м3 влажного воздуха (п,
кг/м3). Для ненасыщенного влажного воздуха
п = 1/vп,
3
где vп, м /кг – удельный объем перегретого пара.
Для насыщенного влажного воздуха
vп  v,  п     1 / v ,
где v  , м3/кг – удельный объем сухого насыщенного пара.
Относительной влажностью называется отношение абсолютной влажности воздуха
(п) к максимально возможной при данной температуре абсолютной влажности воздуха (
  ):
   п /   ,    п /    100% .
Для насыщенного влажного воздуха: п =   ,  =1 ( = 100%).
Для сухого воздуха п = 0,  = 0.
Для ненасыщенного влажного воздуха 0 <  < 100%.
tc
tм
Рис. 7.2
  pп / ps .
Относительная влажность измеряется психрометром (прибором, состоящим из двух
термометров - “сухого” и “мокрого”, рис.7.2).Она является функцией следующих
параметров:  = f(tc, (tc- tм)) и определяется по психрометрическим таблицам или
графикам.
Влагосодержание – это отношение массы пара, содержащегося во влажном воздухе, к
массе сухого воздуха:
Mп
 кг пара
.
d
 п,
M св  св кг с.в.
h-d- диаграмма влажного воздуха
Для определенного атмосферного давления строится
h
h-d- диаграмма. В учебной и технической литературе
135 0
обычно приводятся или прилагаются диаграммы,
h



построенные для среднего значения атмосферного
tм

давления
p = 745 мм рт. ст. В h-d- диаграмме (рис. 7.3):
pп
f(d)
=
p
п
1) линии постоянных энтальпий h, кДж/(кг.с.в.)
tс
проведены под углом 1350 к вертикали;
d
2) tc, 0С – изотермы «сухого» термометра;
Рис. 7.3
3) tм, 0С – изотермы «мокрого» термометра;
4) , % - линии относительных влажностей;
5) pп = f(d)– линия парциальных давлений пара.
Тема 2.5. Основные понятия и определения процесса теплообмена.
Теплопроводность. Теплопередача и теплообменные аппараты.
Студент должен
знать: основные понятия и определения процесса теплообмена,
теплопроводность, теплопередачу и виды теплообменных аппаратов;
уметь: выполнять теплотехнические расчеты рекуперативных теплообменных
аппаратов и подбирать их по каталогам.
Процесс теплообмена. Теплопроводность. Температурное поле. Температурный
градиент. Закон Фурье. Коэффициент теплопроводности и его величина для различных
технических материалов. Стационарная теплопроводность в плоской и цилиндрической
стенках.
Конвективный теплообмен. Особенности теплоотдачи при кипении и конденсации
жидкости.
Теплопередача через плоскую однослойную и многослойную стенки. Коэффициент
и термическое сопротивление теплопередачи. Методы интенсификации теплообмена.
Теплопередача через цилиндрическую стенку. Тепловая изоляция.
Теплообменные аппараты, их классификация. Основные положения теплового
расчета. Уравнения теплопередачи и тепловых балансов теплоносителей. Средний
температурный напор. Сравнения прямоточных и противоточных схем движения
теплоносителей.
Практическая работа № 5
Теплотехнический расчет теплообменных аппаратов.
1.
2.
3.
4.
5.
Вопросы для самоконтроля.
Что изучает теория теплообмена?
Способы теплопередачи.
Что такое теплопроводность? Коэффициент теплопроводности.
Что такое теплообмен?
Классификация теплообменных аппаратов.
Теория теплообмена – учение о процессах распространения тепла.
Теплопроводность однослойной плоской стенки:
t1 – t2
Q=λS δ ;
Вт – уравнение Фурье, где
Q – тепловой поток, Вт
Вт
λ - коэффициент теплопроводности, м С0
S - площадь поверхности стенки, м2
t1, t2 - температура внутренней и наружной поверхностей стенки.
Теплопроводность многослойной плоской стенки:
t1 – t2
Q = S Σ δi ; Вт
λi
Удельный тепловой поток:
t1 – t2
q = Σ δi ;
λi
Вт
м2
Конвективный теплообмен – это теплообмен между твердым телом и жидкостью
(или газом), сопровождающийся одновременно теплопроводностью и конвенцией.
Переход теплоты от стенки к жидкости (или обратно) называют теплоотдачей.
Q = αS (tcт - tж) , Вт – уравнение Ньютона, где
Вт
α – коэффициент теплоотдачи,
м 2 0С
0
tст – температура стенки,
С
tж – температура жидкости, 0С
S- площадь стенки
Теплопередача – это теплообмен между двумя средами через разделяющую их
твердую стенку.
Q = RS (tC1 – tC2),
Bm
q = R (tC1 – tC2),
Bm/м2,
R – коэффициент теплопередачи,
1_____
R= 1
δ
1
α1 + λ + α2
Для многослойной стенки:
R= 1
δi
1
α1 + Σ λ i + α2
где
Bm
м2 0C
Задача 15. Температура наружной поверхности котла 4730С, толщина стенки 20 мм,
коэффициент теплопроводности 46,6 Вт/м 0С. С внутренней стороны стенка котла
покрыта слоем накипи 1 мм теплопроводность ее 1,168 Вт/м 0С, температура внутренней
поверхности стенки 4130С. Определить удельный тепловой поток.
Дано:
Решение:
0
t1 = 473 С
t1 – t2 __
473 – 413___
0
t2 = 413 С
q = δ1 δ2
= 0,02
0,001 =
δ1 = 20 мм = 0,02 м
λ1 + λ2
46,6 + 1,168
δ2 = 1 мм = 0,001 м
λ1 = 46,6 Вт/м 0С
= 46800 Вт/м2 = 46,8 кВт/м2
λ2 = 1,168 Вт/м 0С
q-?
Задача 16. Определить тепловой поток через кирпичную стенку длиной 5 м,
высотой 3 м, толщиной 250 мм, если на поверхностях стенки поддерживается температура
200С и –300С, а коэффициент теплопроводности 0,696 Вт/м 0С.
Дано:
l=5м
h=3м
δ = 250 мм = 0,25 м
t1 = 200С
t2 = - 300С
λ = 0,696 Вт/м 0С
Решение:
Q=Sλ
𝑡1 −𝑡2
𝛿
S=hl
Q=hlλ
𝑡1 −𝑡2
𝛿
25+30
= 5*3*0,696*
0,25
= 2088 Bт = 2,088 кBт
Q-?
Задача 17. Для принятых теплопотер в системе охлаждения двигателя Д–240 – 65 кВт
определите требуемую площадь теплорассеивающей поверхности радиатора. Примите
среднюю температуру воды в радиаторе 870С, наружного воздуха 370С, коэффициент
теплопередачи радиатора 170 Вт/м2 0С.
Дано:
Q = 65 кВт = 65000 Вт
t1 = 870С
t2 = 370С
R = 170 Вт/м2 0С
Решение:
Q = S R (t1 – t2)
__Q___
__ 65000___
S = R (t1 – t2) = 170 (87 – 37) = 7,6 м2
S -?
Задача 18. Определить удельный тепловой поток через плоскую стенку парового
котла и температуры поверхности стенок, если заданы: температура поточных газов
20000С, температура охлаждающей воды 270С. Коэффициенты теплоотдачи от газов к
стенке 467, от стенки к воде 3500 Вт/м2 0С. Толщина стенки 5 мм, коэффициент
теплопроводности 11,6 Вт/м 0С.
Дано:
t1 = 2000 C
t2 = 270C
L1 = 4467 Вт/м2 0С
L2 = 3500 Вт/м2 0С
δ = 5 мм = 0,005 м
λ = 11,6 Вт/м 0С
0
Решение:
q = R (t1 – t2)
____1_____
________1________
R= 1
δ 1 = _1_
0,005
1_ =
α1 + λ + α2
467 + 11,6 + 3500
= 350 Вт/м
q = 350 (2000 – 27) = 690000 Вт/м2
q-?
tст1, tст2 - ?
q = α1 (t1 – tсm1)
q
690 * 103
tcm1 = t1 - α1 = 2000 - 467
= 521,30C
q = α2 (tcm2 – t2)
q
690 * 103
tcm2 = t2 + α2 = 27 + 3500
= 2240C
Тема 2.6. Котельные установки и топочные устройства.
Студент должен
знать: типы, назначение и состав котельных установок и топочных устройств;
уметь: рассчитывать КПД котельной установки, расход условного топлива,
видимую испарительную способность.
Котельные установки, их типы и назначение. Основное и вспомогательное
оборудование котельной установки. Тепловой баланс котельного агрегата. Полезно
использованная теплота. Потери теплоты. КПД котельного агрегата. Часовой расхож
топлива. Испарительная способность топлива.
Вопросы для самоконтроля.
1.
2.
3.
4.
Что такое котельная установка?
Классификация котельных установок.
Основное и вспомогательное оборудование котельной установки.
Тепловой баланс котельной установки.
Котельная установка – это комплекс сооружений и устройств, предназначенный для
выработки пара и нагревания воды. Котельная установка состоит из котельного агрегата и
вспомогательных устройств, предназначенных для приготовления и подачи топлива, воды
и воздуха, а также для удаления производственных отходов (зола, газы).
Классификация котельных установок.
І. По вырабатываемому теплоносителю:
1. водогрейные;
2. паровые.
ІІ. По величине давления вырабатываемого пара:
1.
2.
3.
4.
низкого давления (0,8-1,6 МПа),
среднего (2,4-4 МПа),
высокого (10-14МПа) и
сверхвысокого давления (25-31Мпа).
ІІІ. По паропроизводительности:
1. малой – до 20 т/ч;
2. средней – 20 – 100 т/ч;
3. большой – более 100 т/ч.
ІV. По целевому назначению пара:
1. энергетические;
2. отопительно-производственные.
Схема котельной установки.
Принципиальная схема котельной установки показана на рис 14.3.
Питательная вода подается в конвективный экономайзер 6, где она подогревается за счет
тепла газов, и поступает в экранные трубы 2, выполненные в виде параллельно
включенных змеевиков, расположенных на стенах топочной камеры. В нижней части
змеевиков вода нагревается до температуры насыщения. Парообразование до степени
сухости 70-75% происходит в змеевиках среднего уровня расположения. Пароводяная
смесь затем поступает в переходную конвективную зону 4, где происходит окончательное
испарение воды и частичный перегрев пара. Из переходной зоны пар направляется в
радиационный перегреватель 2, затем доводится до заданной температуры в
конвективном перегревателе 3 и поступает на турбину. В опускной шахте котлоагрегата
расположены первая (по ходу газов) и вторая ступени 5 и 7 воздухоподогревателя.
Тепловой баланс котельного агрегата.
Тепловой баланс котельного агрегата устанавливает равенство между поступающим в
агрегат количеством теплоты и его расходом. На основании теплового баланса
определяют расход топлива и вычисляют коэффициент полезного действия,
эффективность работы котельного агрегата. В котельном агрегате химически связанная
энергия топлива в процессе горения преобразуется в физическую теплоту горючих
продуктов сгорания. Эта теплота расходуется на выработку и перегрев пара или
нагревания воды. Вследствие неизбежных потерь при передаче теплоты и преобразования
энергии вырабатываемый продукт (пар, + Qвода и т.д.) воспринимает только часть
теплоты. Другую часть составляют потери, которые зависят от эффективности
организации процессов преобразования энергии (сжигания потлива) и передачи теплоты
вырабатываемому продукту. Уравнение теплового баланса для установившегося
теплового состояния агрегата записывают в следующем виде:
р
Q р=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6
p
где Q
p
– теплота, которой располагают; Q1 – использованная теплота;
Q2 – потери
теплоты с уходящими газами; Q3 – потери теплоты от химического недожога; Q4 – потери
теплоты от механической неполноты сгорания; Q5 – потери теплоты в окружающую среду;
Q6 – потери теплоты с физической теплотой шлаков.
q1 + q2 + q3 + q4 + q5 = 100%
q1 =
𝑄1
𝑄
∗ 100
q1 = ŋка
ŋка =
𝐷(ℎпп −ℎпв )
𝐵∗𝑄н
, где
D - паропроизводительность котла, т/ч;
B - расход топлива, т/ч;
Qн - низшая теплота сгорания топлива, МДж/кг;
Низшая теплота сгорания представляет собой высшую теплоту сгорания за вычетом
теплоты парообразования влаги, образующейся в результате сгорания топлива.
hпп - энтальпия перегретого пара, кДж/(кг.К), (определяется по - диаграмме водяного
пара;
hпв - энтальпия питательной воды: hпв = с. tпв = 4,2 . tпв
ŋка = 65-95%
Потери: q2 = 8-12% (для снижения устанавливают дополнительные поверхности нагрева);
q3 = 0,5-3% (зависят от вида топлива, процесса горения, устройства топки);
q4 = 0 (для газообразного и жидкого топлива), 2-12% (для твёрдого топлива;
q5 = 0,5-2% (с увеличением паропроизводительности эти потери уменьшаются).
Топливо также характеризуется следующими показателями:
Часовой расход условного топлива: Вусл =
В∗𝑄н
29,3
, т.у.т/ч
𝐷
Видимая испарительная способность топлива: И = В
усл
, кг пара/кг у.т.
Топочные устройства.
Топка – один из основных элементов котельного агрегата. В ней происходит процесс
горения, при котором химическая энергия топлива преобразуется в тепловую энергию
продуктов сгорания, передаваемую далее жидкости и пару, находящимся в котле.
Существующие топочные устройства можно разделить на слоевые и камерные.
Слоевые топки предназначены для сжигания твердого топлива в слое на
колосниковой решетке.
В камерных топках сжигается твердое топливо во взвешенном состоянии в виде пыли
и дробленых частиц, а также жидкое, распыляемое с помощью форсунок, и газообразное.
Камерные топки подразделяются на факельные и вихревые. На рис.15.1 показаны схемы
слоевого, факельного и вихревого способов сжигания топлива. При слоевом способе
сжигания необходимый для горения воздух попадается к слою топлива через
колосниковую решетку.
Задача 19.
Сколько бурого угля необходимо отпустить хозяйству, чтобы
удовлетворить его заявку на 100 тонн условного топлива. Низшая теплота сгорания 14
МДж/кг
Дано :
Вусл = 100 т.
Qн = 14 М Дж/кг
В-?
Решение :
Вусл = В x Qн
29,3
В = Вусл.x29,3__ = _100 x29,3 = 209,3 т.
Qн
14
Задача № 20.
Определить часовой расход условного топлива, его видимую
испарительную способность, если низкая теплота сгорания 19,9 М Дж/кг,
паропроизводительность котла 35 т/ч, расход топлива 5,5 т/ч.
Дано :
Qн = 19,5 М Дж/кг
D = 35 т/ч
В = 5,5 т/ ч
Вусл. - ?, И - ?
Решение :
Вусл. = В x Qн = 5,5 x 19,5 = 3,66 т.у.т./ч
29,3
29,3
И = _D_ = _35_ = 9,56 кг пара
Вусл. 3,66
кг у.т.
Задача № 21. Определить паропроизводительность котла, если его КПД 83%, давление
пара 5 МПа, температура пара 500 0С, низшая теплота сгорания топлива 23 МДж/кг,
часовой расход его 8,5 т/ч. Температура питательной воды 165 0С. Кроме того, для
котельного агрегата определить часовой расход условного топлива
и
его видимую испарительную способность.
Дано :
η = 83% = 0,83
p = 5 МПа = 5 x 103 кПа
tп.п = 500 0С
Qн = 23 МДж/кг = 23 x 103 кДж/кг
В = 8,5 т/ч
tп.в. = 165 0С
D - ? , Вусл. - ?, И - ?
Решение :
ηк.а. = D (hп.п. - hп.в.)
В x Qн
B * Qн * ηка
D = (hn.n. – hn.b.)
hn.в. = C tn.в. = 4,2 * 165 = 693 кДж/кг
Энтальпию перегретого пара определяем по h, S диаграмма водяного пара (прил.1)
по известному давлению и температуре. Находим точку пересечения соответствующей
изобара (5 x 103 кПа) и изотермы (500 0С). Из точки пересечения проводим перпендикуляр
на ось h : hп.п. = 3410 кДж/кг.
8,5 * 23 * 103 * 0,83
D=
(3410 – 693)
= 60 т/ч
В * Qн
8,5 * 23
Вусл. = 29,3
=
29,3 = 6,6 т.у.т/ч
D
60
И = Вусл = 6,6 = 9,1 кг пара/кг у.т.
Тема 2.7. Водогрейные и паровые котлы, водонагреватели.
Студент должен
знать: виды и принципиальное устройство водогрейных и паровых котлов и
водонагревателей;
уметь: проводить анализ устройства и работы котла.
Водогрейные и паровые котлы, их классификация и отличительные особенности.
Котлы утилизаторы. Методы гидравлических испытаний котлов. Водонагреватели, их
виды, назначение.
Практическая работа № 6.
Анализ устройства и работы котла.
Вопросы для самоконтроля.
1. Класификация котлов.
2. С какой целью проводят гидравлическое испытание паровых котлов?
3. Порядок гидравлического испытания.
Тема 2.8. Нагреватели воздуха.
Студент должен
знать: назначение, классификацию и устройство нагревателей воздуха;
уметь: проводить анализ устройства и работы теплогенератора.
Нагреватели воздуха, их назначение, классификация и устройство. Типы нагревателей
воздуха, их характеристики. Тепловой баланс и КПД нагревателей воздуха.
Практическая работа №7
Анализ устройства и работы теплогенератора.
Вопросы для самоконтроля.
1. Назначение теплогенератора.
2. Устройство и принцип работы теплогенератора.
3. Системы управления теплогенератором.
Тема 2.9. Холодильные установки.
Студент должен
знать: способы охлаждения, назначение и устройство холодильных машин;
уметь: рассчитывать и подбирать холодильную установку.
Применение холода в сельском хозяйстве. Способы охлаждения до температур более
низких, чем температура окружающей среды, машинное охлаждение. Холодильные
агенты. Парокомпрессионные, газокомпрессионные и абсорбционные холодильные
машины.
Методика теплотехнического расчета парокомпрессионной холодильной машины.
Практическая работа № 8
Теплотехнический расчет и подбор холодильной установки.
Вопросы для самоконтроля.
1.
2.
3.
4.
Способы охлаждения.
Недостатки ледяного и льдосоленого охлаждения.
Какие холодильные агенты используются в холодильных машинах?
Типы холодильных машин.
Тема 2.10. Отопление и горячее водоснабжение. Вентиляция.
Студент должен
знать: системы отопления, горячего водоснабжения и вентиляции;
уметь: выполнять основные теплотехнические расчеты и подбирать
отопительно-вентиляционное оборудование.
Системы отопления, их назначение и классификация. Методика расчета тепловых
потерь помещением. Водяное отопление. Нагревательные приборы систем отопления, их
типы и характеристики. Методика расчета площади поверхности нагрева и подбора
нагревательных приборов. Эксплуатация систем отопления.
Системы горячего водоснабжения, их назначение, классификация, принципиальные
схемы и расход тепла.
Системы вентиляции, их назначение и классификация. Вредные выделения, их
предельно допустимые концентрации в воздухе различных помещений. Методика расчета
воздухообмена. Оборудование и эксплуатация систем вентиляции.
Практическая работа № 9
Расчет воздухообмена животноводческих помещений. Подбор калориферной установки.
Вопросы для самоконтроля.
1. Классификация систем отопления.
2. Требования к нагревательным приборам, их виды.
3. Классификация систем вентиляции и воздушного отопления.
Тепловое отопление.
Системы отопления предназначены для поддержания оптимального температурного
режима в помещениях.
Отопление начинается при устойчивом понижении средней температуры от +8°С и
ниже в течении 5 суток. Имеется в виду: ночь – около 0°С, днем - +10°С, следовательно,
t ср  5 °С. И наоборот, если t ср  8 °С, в течение 5 суток – отопление отключают.
В РБ – отопительный период длится от 6 до 8 месяцев. Продолжительность отопления
приводится в СНиПе для различных городов.
Система отопления состоит из трёх основных элементов: генератора теплоты,
теплопроводов и нагревательных приборов.
Классификация.
І. В зависимости от размещения генератора теплоты относительно отапливаемых
помещений:
1. Централизованные;
2. Децентрализованные.
В местных системах отопления все элементы располагаются в самом отапливаемом
помещении. В централизованных системах отопления тепловой генератор находится вне
отапливаемых помещений и передаёт тепло в них при помощи теплоносителя и
нагревательных приборов.
ІІ. В зависимости от вида теплоносителя:
1. Паровые;
2. Водяные;
3. Воздушные.
Водяные системы теплоснабжения:
1. Однотрубные.
2. Двухтрубные.
3. Многотрубные.
Однотрубная система применяется, когда теплоноситель полностью используется у
потребителя и нет его возврата к источнику.
Система водяного отопления с естественной циркуляцией.
Циркуляция осуществляется за счёт разности плотностей холодной и горячей воды.
Применяется для зданий с индивидуальным котлом.
1.котёл;
2. подающий стояк;
3. расширительный сосуд;
4. и 6. подающий и обратный трубопроводы;
5.нагревательный прибор
Двухтрубная система отопления.
Такие системы надёжны в работе, но более металлоёмкие и сложнее в монтаже.
Применяются в зданиях до двух этажей.
1.котёл;
2.главный стояк;
3.сигнальная труба;
4.переливная труба; 5.расширительный сосуд;
6 и 10.подающий и обратный и трубопроводы;
7.нагревательный прибор;
8 и 9.подающий и обратный стояки.
Система водяного отопления с искусственной
циркуляцией.
Такие системы выполняются по различным схемам,
в зависимости от источника. Рабочая температура
горячей воды в системах отопления следующая:
1. жилые и общественные здания: +95 ºС.
2. детсады и больницы: +85 ºС.
3. производственные цеха: до +125 ºС.
Температура обратной воды во всех случаях: +70 ºС.
Водяное отопление от индивидуальной котельной:
1 – водогрейный котел.
2 – горячий трубопровод.
3 – расширительный бак.
4 – нагревательные приборы.
5 – трубопровод обратной воды.
6 – циркуляционный насос.
7 – подпиточная линия.
Воздушное отопление.
В таких системах воздух нагревается от первичного теплоносителя и подается в
отапливаемое помещение. Первичным теплоносителем м.б.: горячая вода, водяной пар,
нагретый газ.
Преимущества:
1 – снижение затрат.
2 – высокая равномерность температур по помещению.
3 – возможность совмещения отопления и вентиляции.
Недостатки:
1 – в виду малой теплоемкости и плотности воздуха – большие размеры воздуховодов.
2 – малый радиус действия.
Такие системы бывают местные и центральные.
Классификация воздушных систем отопления.
1. С естественной циркуляцией.
2. С механическим побуждением.
По приготовлению горячего воздуха бывают:
1. Местные.
2. Центральные.
В местной системе нагрев и подача воздуха производится с помощью вентиляционноотопительных агрегатов.
1 – регулирующие направляющие лопатки.
2 – калориферы (нагрев водой или паром).
3 – вентилятор.
В центральной системе воздух нагревается в отопительной установке, затем по каналам
отправляется в отапливаемое помещение.
Классификация по качеству подаваемого воздуха:
1. Прямоточные.
2. С полной рециркуляцией.
3. С частичной рециркуляцией.
Прямоточная применяется, если в помещениях выделяются вредности I, II, III классов
опасности.
Нагревательные приборы.
В водяных и паровых системах отопления для передачи тепла отапливаемому
помещению используют нагревательные приборы.
Требования:
1.Теплотехнические (оцениваются коэффициентом теплопередачи).
2. Санитарно-гигиенические (ограничение температуры поверхности нагревательных
приборов: для жилых помещений не более 950С).
3. Технико-экономические (компактность, удобство для уборки, осмотра).
Виды нагревательных приборов.
В жилых и производственных зданиях устанавливают чугунные радиаторы, стальные
штампованные радиаторы и конвекторы (трубы, оребрённые пластинами).
В производственных зданиях, где нет интенсивного выделения пыли (гаражи,
ремонтные мастерские) – чугунные ребристые трубы.
В помещениях для содержания животных и птиц, в производственных зданиях при
наличии интенсивного выделения пыли устанавливают регистры из гладких стальных
труб.
Определение теплопотерь по укрупненным измерениям.
1. Расчёт тепловых потерь помещением по укрупнённым нормативам:
Q = q0 V (tв-tн), Вт
3.
q0 (Вт/м К) – удельная отопительная характеристика здания - это теплопотери с единицы
объема здания в единицу времени при разности температур 1°С. Удельная отопительная
характеристика здания зависит от конструкции здания, типа производства, объема здания.
Изменяется в широких пределах (0.1 – 0.6). Отопительная характеристика приводится в
справочниках.
V –объём здания по наружному обмеру, м3;
tв, tн - температура внутреннего и наружного воздуха,0С
2. Расчёт площади поверхности нагрева:
S = Q/ k(t- tв), м2
k- коэффициент теплопередачи, Вт/м2.К
t=(95+70)/2 – средняя температура воды в нагревательном приборе
3. Расчёт числа секций радиатора:
n= S/f
f- площадь одной секции
Горячее водоснабжение.
Горячее водоснабжение для крупных жилых помещений (районов) достигает 40%.
Кроме жилых зданий горячая вода идет в детсады, бани, заводы и др.
Существует 2 системы горячего водоснабжения:
1. открытая система, когда используют горячую воду из теплосети, вода либо со станции,
либо с котельной.
2. закрытая система, в этом случае берет холодную водопроводную воду и нагревают в
ТО от сетевой воды в поверхностных водоподогревателях. Сетевая вода возвращается на
станцию, а горячая вода идет на отбор. На горячую воду есть ГОСТ – ГОСТ 2874-54
“Вода питьевая”. Поэтому при системе открытого водоснабжения разрешается
временное отступление от ГОСТа. Среднесуточный расход тепла на горячее
водоснабжение:
Qов  amc(t 2  t1 ) , где
с – теплоемкость,
m – кол-во,
а – норма расхода, в м3 за сутки или на 1 единицу,
t2 = 65 ºС,
t1 = +5 ºС – зимой, t1 = +15 ºС – летом.
а сут
ср - среднесуточный расход воды.
Жилые здания:
1. Душ, мойка, умывальник – 85 кг/сут.
2. Сидячая ванна (9-12 этажный дом) – 115 кг/сут.
Общежитие:
1. Общий душ – 50 кг/сут.
2. Блочное общежитие – 80 кг/сут.
Горячее водоснабжение по способу присоединения систем бывает:
1. Открытое.
2. Закрытое.
В закрытых системах сетевая вода, используется как греющая среда и к потребителю не
отбирается.
В открытых системах горячая вода частично либо полностью используется
потребителем.
Как правило, и чаще всего делаются закрытые системы теплоснабжения. В таких системах
утечки не значительны и по нормативам составляют 0.5% от объема тепловой сети. Такие
системы делаются 2,3 и 4 трубными.
Горячее водоснабжение с приготовлением горячей воды в водогрейном котле
1.Паровой котёл; 2.водогрейный котёл;
3.Водоразборные краны; 4.воздухоотводчик;
5.циркуляционная линия;
6.водопровод
Горячее водоснабжение с приготовлением горячей воды в тепловом узле
потребителя.
1.скоростной водоподогреватель;
2 водоразборные краны;
3.водопровод;
4.циркуляционная линия;
5.насос
Открытая система водоснабжения.
Основной тип – это 2-х трубные системы, причем отопление присоединяется аналогично,
отличия есть только в присоединении систем горячего водоснабжения. Горячая вода
берется непосредственно из тепловой сети.
5 – обратный клапан.
12 – регулятор расхода.
3 – регулятор температуры.
15 – элеватор.
Схема ж – отопительная установка и горячее водоснабжение
подключены по схеме не связанного регулирования, т.е.
расход сетевой воды в отопительной установке не зависит от
нагрузки горячего водоснабжения и поддерживается
регулятором расхода 12. На горячее водоснабжение вода
подается из подающей и обратной линии.
Соотношение расходов регулируется с помощью регулятора температуры 3. В такой
линии суммарный расход равен сумме расходов воды на отопление и горячее
водоснабжение.
Если подключить жилые здания по такой схеме (не связанное регулирование), то в
падающей линии получается повышенный расчетный расход. Это приводит к увеличению
диаметра труб и удорожанию транспорта тепла.
Системы вентиляции.
Системы вентиляции предназначены для поддержания оптимального микроклимата в
помещениях (температура, влажность, содержание вредных веществ).
Классификация систем вентиляции:
по способу побуждения воздуха к
движению
естественнея
организованная
механическая
неорганизованная
По направлению потока воздуха
вытяжные
приточные
Приточно-вытяжные
По месту действия
общеобменная
местная
смешанная
Тема 2.11. Теплоснабжение сооружений защищенного грунта..
Студент должен
Знать: типы, конструкции и характеристики сооружений защищенного грунта.
Типы сооружений защищенного грунта, их конструкции и характеристики. Виды
обогрева. Виды технического обогрева. Методика расчета отопления теплиц.
Регулирование температуры и влажности воздуха, температуры почвы в теплицах.
Эксплуатация систем отопления и вентиляции теплиц.
Вопросы для самоконтроля.
1. Типы сооружений защищенного грунта.
2. Виды обогрева теплиц.
3. Системы отопления и вентиляции теплиц.
Тема 2.12. Сушка и хранение сельскохозяйственной продукции.
Студент должен
знать: способы сушки и хранения сельскохозяйственной продукции,
конструкции и характеристики сушилок и хранилищ;
уметь: выполнять основные теплотехнические расчеты процессов сушки и
хранения сельскохозяйственной продукции, подбирать оборудование.
Значение сушки. Естественная и искусственная сушка материалов. Способы сушки.
Характеристика влажного материала и агентов сушки. Механизм и кинетика процесса
сушки. Тепловые режимы сушки. Классификация сушильных установок. Материальный и
тепловой баланс конвективной сушилки. Расход сушильного агента и теплоты на сушку.
Классификация предприятий по хранению сельскохозяйственной продукции.
Оптимальные параметры микроклимата в хранилищах. Способы создания оптимальных
условий хранения.
.
Практическая работа № 10
Определение режимов сушки сена активным вентилированием.
Вопросы для самоконтроля.
1. Способы сушки.
2. Параметры влажного материала и агента сушки.
3. Классификация сушильных установок.
Сушка – это процесс удаления излишней влаги из материала.
При обезвоживании в материале могут происходить структурно-механические,
реалогические, биологические, биохимические процессы, способствующие повышению
прочности материала (дерево, кирпич), увеличению теплоты сгорания (уголь, торф),
уменьшению массы и объёма материала, удлинению сроков хранения.
В сельском хозяйстве процессы сушки используются для сушки зерна (с 25-30% до 1412%); овощей и фруктов – для снабжения экспедиций, населения Крайнего Севера (с 7595% до 12% для лучшего хранения и удобства транспортировки); зелёных кормов –
досушивание сена активным вентилированием до 18%, производство витаминно-травяной
муки.
Способы сушки.
Среди существующих методов выделяют физико-химический, механический и
тепловой.
Физико-химический – удаление влаги путём соприкосновения материала с
гигроскопическими веществами (хлористый кальций, селикогель). Этот метод
используется в малогабаритных производствах или в лабораторных условиях.
Механический – процесс разделения системы жидкость - твёрдое тело происходит под
действием механических сил (давление, гравитационные, центробежные).
Тепловой – удаление влаги с подводом теплоты.
Сушка – совокупность тепловых и массообменных процессов, происходящих внутри
влажного материала (внутренняя задача сушки) и за пределами поверхности (внешняя
задача сушки). Знание свойств сушки материала позволяет выбрать рациональный метод и
режим сушки.
Существует 2 вида сушки:
1. Естественная – за счёт тепла естественного окружающего воздуха,
требующая больших площадей, длительности времен и зависит от
атмосферного воздействия и времени года.
2. Искусственная – происходит в специальных камерах с подачей в них
сушильного агента, который забирает влагу из материала. В качестве
сушильного агента используют воздух, смесь дымовых газов с воздухом, пар
(в т.ч. перегретый) и минеральные масла.
Тепловая
По виду используемой теплоты
естесственная
искусственная
По способу передачи теплоты
радиационная
конвективная
В зависимости от способа подвода теплоты различают следующие сушильные установки:
1. Конвективные (теплота передаётся при помощи движущегося агента сушки –
горячий воздух, который уносит поглащённую влагу;
2. Кондуктивные;
3. Радиационные (тепло подводится излучением – инфракрасные лучи);
4. Электромагнитные (сушка токами высокой и сверхвысокой частоты – 300
МГц…3000 ГГц - в электромагнитном поле);
5. Комбинированные.
Кроме тепловой используют сублимационную и вакуумную сушку.
Сублимационная сушка – это сушка материала, находящегося в замороженном
состоянии. Её применяют для сохранения высокого качества материалов, не допускающих
перегрева из-за резкого ухудшения их технологических свойств. Поскольку сублимация
льда при атмосферном давлении протекает медленно, то для интенсификации процесса
сушку проводят в вакууме.
В сельскохозяйственном производстве сублимационную сушку применяют для
высушивания ягод. Фруктов и мяса в тех случаях. Когда к их качеству предъявляют
повышенные требования.
Вакуумная сушка – сушка материала при давлении в аппарате ниже атмосферного.
Теплота к высушиваемому материалу при вакуумной сушке подводится контактным или
радиационным способом от нагретых поверхностей. Вакуумная сушка используется для
материалов, которые необходимо сушить при низкой температуре во избежание
ухудшения их качественных показателей (например, лекарственные травы).
Характеристика влажного материала.
Существует 2 понятия влажности материала:
1. в % ко всей массе материала
w = mвл/(mc+ mвл) * 100
2. в % по отношению к массе абсолютно сухого вещества
wс = mвл/(mc) * 100
Состояние материала характеризуется его влагосодержанием
u = mвл/mc , кг/кг , где
mвл – масса влажного материала;
mc – масса абсолютно сухого вещества
Схема сушильной установки.
Расчёт сушилки.
1.Количество влаги в материале до и после сушильной камеры
W1 = m1w1/100 и W2 =m2w2/100
2.Тогда количество влаги, испаренной в сушильной камере
W = W1 - W2 = (m1w1- m2w2)/100
3.Масса абсолютно сухого вещества остается неизменной:
mc = m1 (100-w1)/100 = m2(100-w2)/100
Из этого уравнения найдём m1 и m2.
4.
m1 = m2(100-w2)/ (100-w1)
5.
m2 = m1(100-w1)/ (100-w2)
уравнения 4 и 5 подставим в уравнение 2
6. Основное уравнение материального баланса:
W = m1(w1-w2)/(100-w2) = m2(w1-w2)/(100-w1)
Расход сушильного агента
Общее количество влаги в материале и сушильном агенте до и после сушки остаётся без
изменений:
m1w1/100 + Ld1/1000 = m2w2/100 +Ld2/1000
L – количество сушильного агента, кг/ч
(m1w1- m2w2)/100 = (Ld2 – Ld1)/1000
W = (Ld2 – Ld1)/1000
L = (W * 1000)/(d2 – d1)
l
1000
– удельный расход воздуха на кг испарённой жидкости.
d 2  d1
III. Таблица
Распределение задач контрольной работы по вариантам.
Предпо
с
ледняя
цифра
шифра
0
1
2
3
Последняя цифра шифра
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1,21,31
51,61
11,22,41
71,52
2,22,32
52,62
12,23,4
2
53,72
3,24,33
54,63
13,25,4
3
55,73
4,26,34
56,64
3,23,33
53,63
13,24,4
3 54,73
5,25,35
55,65
15,26,4
5
56,75
6,27,36
57,66
16,28,4
6
58,76
7,29,37
59,67
6,26,36
56,66
16,27,4
6
57,76
7,28,37
58,67
17,29,4
7
59,77
8,30,38
60,68
7,27,37
57,67
17,28,4
7
58,77
8,29,38
59,68
18,30,4
8
60,78
9,21,39
51,69
10,30,40
60,70
20,21,50
51,80
10,21,40
51,70
20,22,50
52,80
1,22,31
52,71
11,23,41
53,61
1,23,31
53,71
2,24,32
54,72
14,27,4
4
57,74
5,28,35
58,65
15,28,4
5
58,75
6,29,36
59,66
16,29,4
6
59,76
7,30,37
60,67
17,30,4
7
60,77
8,21,38
51,68
18,21,4
8
51,78
9,22,39
52,69
11,24,41
54,61
12,25,42
55,62
2,25,42
55,72
3,26,43
56,73
15,29,4
5
59,75
6,30,36
60,66
16,30,4
6
60,76
7,21,37
51,67
17,21,4
7
51,77
8,22,38
52,68
18,22,4
8
52,78
9,23,39
53,69
11,25,3
2
53,61
2,26,42
54,72
12,26,33
56,62
13,27,34
57,63
3,27,43
57,73
4,28,44
58,74
16,21,4
6
51,76
7,22,37
52,67
17,22,4
7
52,77
8,23,38
53,68
18,23,4
8
53,78
9,24,39
54,69
19,24,4
9
54,79
10,25,4
0
55,70
19,23,4
9
53,79
10,24,4
0
54,70
20,25,3
1
55,80
11,26,4
1
56,71
19,22,4
9
52,79
10,23,4
0
53,70
20,24,3
1
54,80
1,25,41
55,71
8,28,38
58,68
18,29,4
8
59,78
9,30,39
60,69
19,21,4
9
51,79
10,22,4
0
52,70
20,23,5
0
51,80
1,24,41
52,71
9,29,39
59,69
19,30,49
60,79
4,25,34
55,64
14,26,4
4
56,74
5,27,35
57,65
4,24,34
54,64
14,25,4
4
55,74
5,26,35
56,65
15,27,4
5
57,75
6,28,36
58,66
12,27,3
3
55,62
14,28,4
3
58,73
13,28,34
58,63
14,29,35
59,64
15,29,44
59,74
16,30,45
60,75
2,23,32
53,62
12,24,42
54,72
4
3,25,33
55,63
5
13,26,43
56,73
6
4,2734
57,64
7
14,28,44
58.74
8
5,29,35
59,65
9
15,30,45
60,75
10
6,21,36
51,66
11,26,3
2
56,61
12,27,4
2
57,72
IV.
Задачи контрольной работы
Задачи 1…10.
Насос подает воду в количестве Q на высоту h, общая длина
нагнетательной трубы l, а диаметр трубы d. На трубе имеются два поворота на 90 0
угольником; скорость движения воды v. Коэффициент трения по длине λ, коэффициент
местного сопротивления ξ = 1,1. Определить полный набор насоса H и потребляемую
мощность N, если КПД насоса 0,6.
Величины
Q, л/с
h, м
l, м
d, мм
v, м/с
λ
1
2,4
15
850
75
0,54
0,02
2
2,6
17
900
80
0,49
0,023
Данные к задачам 1…10.
№ задач
3
4
5
6
7
6,0
5,0
5,6
3,8
4,0
14
16
15
14
16
750
650
880
500 420
100
80
100
80
75
0,76
0,93
0,71
0,71
0,91
0,024 0,023 0,024 0,023 0,02
8
2,8
17
700
80
0,52
0,023
9
4,4
18
420
75
1,00
0,02
10
3,0
15
650
80
0,56
0,023
Задачи 11…20. Определите полный напор насоса действующей установки, если
производительность насоса Q, диаметр всасывающего патрубка dвс,
диаметр
нагнетательного патрубка dн, показания манометра pм, показания вакуумметра pв,
расстояние между точками измерения z.
Величины
Q,л/с
dвс, мм
dн, мм
pм, МПа
pв, МПа
z, м
11
100
220
180
8,1
0,45
0,3
12
120
230
190
8,0
0,5
0,4
Данные к задачам 11…20.
№ задач
13
14
15
16
17
140
150
160
170
180
250
240
260
270
280
200
205
210
220
240
8,5
8,4
8,6
8,0
7,5
0,4
0,45
0,5
0,4
0,5
0,3
0,4
0,3
0,4
0,35
18
190
220
200
7,9
0,3
0,4
19
200
230
210
7,7
0,4
0,3
20
210
210
180
8,0
0,5
0,35
Задачи 21…30. Азот массой М расширяется по изобаре при абсолютном
давлении
pмак, что температура его повышается от t1 до t2. Найти конечный объем азота,
совершенную им работу, подведенную теплоту и изменения внутренней энергии газа.
Данные к задачам 21…30.
№ задач
Величины
М, кг
р, МПа
t1 , 0 С
t2 , 0 С
21
0,55
0,30
100
400
22
0,85
0,40
100
300
23
1,20
0,35
100
500
24
0,95
0,45
100
400
25
0,75
0,50
100
300
26
0,50
0,55
100
500
27
0,45
0,40
100
400
28
0,55
0,35
100
300
29
0,85
0,55
100
500
30
0,95
0,60
100
600
Задачи 31…40.
Определить удельные теплопотери через кирпичную стену
(λ=0,75 Вт/мК) здания толщиной δ=250 мм, если внутренняя температура tв и
коэффициент теплоотдачи αв. Наружная температура tн, а коэффициент отдачи снаружи
αн. Найти также температуры внутренней и наружной поверхности стенки.
Величины
tв, 0C
αв, Вт/м2 К
tн, 0 C
αн, Вт/м2 К
31
32
10
8,7
-20
11,7
12
8,9
-25
11,8
Данные к задачам 31…40.
№ задач
33
34
35
36
37
15
8,8
-30
12,1
20
8,9
-28
12,3
9,1
9,1
-26
12,5
24
9,2
-24
13,2
22
9,3
-23
13,1
38
39
40
19
9,9
-26
14,8
17
8,8
-22
16,2
14
8,7
-27
17,3
Задачи 41…50. Определить число секций чугунного радиатора М-140 (М-140АО),
необходимых для отопления одноэтажного жилого дома, объем которого по наружному
замеру V. Удельная отопительная характеристика здания q0. Расчетные температуры
воздуха внутри помещения tв=18 0С, наружного tн. Температура воды на входе в радиатор
tг=95 0С, а на выходе из него tо=70 0С. Площадь теплорассеивающей поверхности
радиатора f. Коэффициент теплопередачи радиатора k.
Данные к задачам 41…50.
Величины
№ задачи
41
радиатор
V, м3
q0, Вт/(м3К)
tн, 0 C
f, м2
k, Вт/(м2К)
162
-22
9,5
42
43
44
М - 140
180
210
240
0,58
-23
-24
-25
0,254
9,6
9,7
9,8
45
46
270
162
-26
-26
9,9
9,2
47
48
49
М – 140 АО
180
210
240
0,60
-25
-24
-23
0,299
9,3
9,4
9,5
50
270
-22
9,3
Задачи 51…60. Определить КПД котельного агрегата, паропроизводительность
которого D при давлении p и температуре перегретого пара tпп, если теплота сгорания
топлива Qн, часовой расход его В. Температура питательной воды tпв. Кроме того, для
котельного агрегата определить часовой расход условного топлива и его видимую
испарительную способность.
Данные к задачам 51…60.
Величины
№ задачи
D, т/ч
р, МПА
tпп, 0С
Qн, МДж_кг
В, т/ч
tпв, 0С
51
35
4
440
20
5,5
145
52
60
5
500
23
8,5
165
53
50
4
450
21
7,5
140
54
75
4
440
20
11,5
150
55
100
13
565
25
12,5
175
56
100
10
550
33
9,3
190
57
640
14
575
25
73
220
58
220
10
540
20
31
220
59
75
4
450
25
10
145
60
200
10
570
29
22
230
Задачи 61…70. В сушилку поступает воздух с относительной влажностью φ,
подогретый от t1 до t2. При выходе из сушилки воздух имеет температуру t3. Определить
пользуясь диаграммой h – d, расход воздуха и потребное количество теплоты на 1 кг
испарившейся влаги в идеальной сушильной установке.
Данные к задачам 61…70.
№ задачи
Величины
φ, О
t1 , 0 С
t2 , 0 С
t3 , 0 С
61
40
10
70
30
62
50
12
120
60
63
45
14
160
85
64
55
20
100
45
65
60
18
90
35
66
65
16
80
40
67
70
15
130
60
68
50
16
140
65
69
55
17
50
25
70
60
19
135
65
Задачи 71…80. В сушилку поступает воздух с относительной влажностью φ и
температурой t2. Температура холодного воздуха t1. При выходе из сушилки воздух
имеет температуру t3. Определить расход воздуха и потребное количество теплоты для
досушивания сена массой m1 с влажностью ω1 до влажности ω2=17 %.
Данные к задачам 71 … 80
№ задачи
Величины
m1, Т
ω1 , %
t1 , 0 С
%
t2 , 0 C
t3 , 0 C
71
10
44
18
62
80
40
72
11
43
18
60
70
30
73
12
42
19
58
130
60
74
13
41
20
56
120
50
75
14
40
20
54
160
85
76
15
39
21
52
100
45
77
16
38
22
50
110
40
78
17
37
23
48
90
45
79
18
36
24
46
140
65
80
19
35
25
44
150
80
Литература
Основная
1. Брюханов О.Н. Основы гидравлики и теплотехники. М.: Издательский
центр «Академия», 2006
2. Кузнецов А.В. Основы теплотехники, топливо и смазочные
материалы. – М.: Колос, 2001
Дополнительная
1. Процкий А.Е. Основы гидравлики и теплотехники. – Минск:
«Вышэйшая школа», 1980
2. Черняк О.В. Основы теплотехники и гидравлики. – М.: Высшая
школа, 1979
3. Ерохин В.Е. Сборник задач по основам гидравлики и теплотехники. –
М.: Энергия, 1979.
4. Захаров А.А. Применение теплоты в сельском хозяйстве. – М.:
Агропромиздат, 1986.