Основы гидравлики

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Содержание

Введение

1. Контрольные вопросы

2. Вопросы теста

Заключение

Список использованных источников



Введение

Гидравлика представляет собой теоретическую дисциплину, изучающую вопросы, связанные с механическим движением жидкости в различных природных и техногенных условиях. Поскольку жидкость (и газ) рассматриваются как непрерывные и неделимые физические тела, то гидравлику часто рассматривают как один из разделов механики так называемых сплошных сред, к каковым принято относить и особое физическое тело - жидкость. По этой причине гидравлику часто называют механикой жидкости или гидромеханикой; предметом её исследований являются основные законы равновесия и движения жидкостей и газов.

Как в классической механике в гидравлике можно выделить общепринятые составные части: гидростатику, изучающую законы равновесия жидкости; кинематику, описывающую основные элементы движущейся жидкости и гидродинамику, изучающую основные законы движения жидкости и раскрывающую причины её движения. Гидравлику можно назвать базовой теоретической дисциплиной для обширного круга прикладных наук, с помощью которых исследуются процессы, сопровождающие работу гидравлических машин, гидроприводов.

С помощью основных уравнений гидравлики и разработанных ею методов исследования, решаются важные практические задачи, связанные с транспортом жидкостей и газов по трубопроводам, а также с транспортом твёрдых тел по трубам и другим руслам. Гидравлика также решает важнейшие практические задачи, связанные с равновесием твёрдых тел в жидкостях и газах, т.е. изучает вопросы плавания тел.

Цель контрольной работы : изучение и закрепление теоретического материала.



1. Контрольные вопросы

1.Что называется гидравликой?

Слово «Гидравлика» имеет древнегреческое происхождение - «?дсбхлйкьт» - водяной (от «?дщс» - вода и «б?льт» - трубка). Это прикладная наука о законах движения, равновесии жидкостей и способах приложения этих законов к решению задач инженерной практики. Предмет гидравлики. Раздел механики, в котором изучают равновесие и движение жидкости, а также силовое взаимодействие между жидкостью и обтекаемыми ею телами или ограничивающими ее поверхностями, называется гидромеханикой. Прикладную часть гидромеханики, для которой характерен определенный круг технических вопросов, задач и методы их разрешения, называют гидравликой.

2.Понятие о давлении жидкостей. Что такое абсолютное и избыточное давление, вакуум?

Давлением называется равномерно распределенная сила, действующая перпендикулярно на единицу площади. Оно может быть атмосферным (давление околоземной атмосферы), избыточным (превышающим атмосферное) и абсолютным (сумма атмосферного и избыточного). Абсолютное давление ниже атмосферного называется разреженным, а глубокое разряжение - вакуумным.



Рисунок 1 Абсолютное, избыточное и вакуумометрическое давление

Числовое значение давления определяется не только принятой системой единиц, но и выбранным началом отсчета. Исторически сложились три системы отсчета давления: абсолютная, избыточная и вакуумметрическая.

Абсолютное давление  отсчитывается от абсолютного нуля.

В этой системе атмосферное давление  . Следовательно, абсолютное давление равно

Абсолютное давление всегда является величиной положительной.

Избыточное давление  отсчитывается от атмосферного давления, т.е. от условного нуля. Чтобы перейти от абсолютного к избыточному давлению необходимо вычесть из абсолютного давления атмосферное, которое в приближенных расчетах можно принять равным 1ат:



Иногда избыточное давление называют манометрическим.

Вакуумметрическим давлением или вакуумом  называется недостаток давления до атмосферного

 

Избыточное давление показывает либо избыток над атмосферным, либо недостаток до атмосферного. Ясно, что вакуум может быть представлен как отрицательное избыточное давление

 .

3. Какие методы и приборы для измерения давления вы знаете?

Единицей давления в международной системе единиц (СИ) является Паскаль (Па). Один Паскаль есть давление, создаваемое силой один Ньютон на площади один квадратный метр. Поскольку эта единица очень мала, применяют также единицы кратные ей: килопаскаль (кПа) = Па; мегапаскаль (МПа) = Па и др. Ввиду сложности задачи перехода от применявшихся ранее единиц давления к единице Паскаль, временно допущены к применению единицы: килограмм-сила на квадратный сантиметр (кгс/см ) = 980665 Па; килограмм-сила на квадратный метр (кгс/м ) или миллиметр водяного столба (мм вод.ст) = 9,80665 Па; миллиметр ртутного столба (мм рт.ст) = 133,332 Па.

Приборы контроля давления классифицируются в зависимости от метода измерения, используемого в них, а также по характеру измеряемой величины.

По методу измерения, определяющему принцип действия, эти приборы подразделяются на следующие группы:

- жидкостные, в которых измерение давления происходит путем уравновешивания его столбом жидкости, высота которого определяет величину давления;

- пружинные (деформационные), в которых значение давления измеряется путем определения меры деформации упругих элементов;

- грузопоршневые, основанные на уравновешивании сил создаваемых с одной стороны измеряемым давлением, а с другой стороны калиброванными грузами действующих на поршень помещенный в цилиндр.

- электрические, в которых измерение давления осуществляется путем преобразования его значения в электрическую величину, и путем замера электрических свойств материала, зависящих от величины давления.

По виду измеряемого давления приборы подразделяют на следуюшие:

- манометры, предназначенные для измерения избыточного давления;

- вакуумметры, служащие для измерения разрежения (вакуума);

- мановакууметры, измеряющие избыточное давление и вакуум;

- напоромеры, используемые для измерения малых избыточных давлений;

- тягомеры, применяемые для измерения малых разрежений;

- тягонапоромеры, предназначенные для измерения малых давлений и разрежений;

- дифференциальные манометры (дифманометры), с помощью которых измеряют разность давлений;

- барометры, используемые для измерения барометрического давления.

4. Перечислите свойства гидростатического давления.

Как известно, в покоящейся жидкости возможен лишь один вид напряжений - напряжения сжатия, т. е. гидростатическое давление.

Гидростатическое давление в жидкости имеет следующие два свойства:

1. На внешней поверхности гидростатическое давление всегда направлено по нормали, внутрь рассматриваемого объема жидкости.

Это свойство непосредственно вытекает из определения давления как напряжения от нормальной сжимающей силы. Под внешней поверхностью жидкости понимают не только поверхности раздела жидкости с газообразной средой или твердыми стенками, но и поверхности элементарных объемов, мысленно выделяемых из общего объема жидкости.

2. В любой точке внутри жидкости гидростатическое давление по всем направлениям одинаково, т. е. давление не зависит от угла наклона площадки, на которую оно действует в данной точке.

5. Запишите уравнение равновесия жидкостей. Закон Паскаля. Закон Архимеда.

В состоянии равновесия на жидкость действуют внешние силы двух видов: поверхностные и массовые.

Суммарную внешнюю силу, являющуюся результатом действия поверхностных и массовых сил на единицу площади поверхности, называют гидростатическим давлением р:

р = F/S,

где S -- площадь поверхности, м2, на которую действует сила F,Н.

Единица измерения давления -- Н/м2, или Па (паскаль).

Гидростатическое давление обладает следующими свойствами. Во-первых, оно всегда действует перпендикулярно поверхности раздела и направлено внутрь объема жидкости. Это означает, что давление является сжимающим. Каждую частицу жидкости сжимают со всех сторон окружающие ее частицы. Во-вторых, гидростатическое давление в каждой данной точке жидкости одинаково по всем направлениям (независимо от ориентации площадки, на которую оно действует).

Основное уравнение гидростатики.

Это уравнение, позволяющее определить давление р в любой точке покоящейся жидкости.

Его записывают в следующем виде:

где -- давление на поверхности жидкости (это может быть давление газа или поршня); g -- ускорение свободного падения; h -- расстояние от рассматриваемой точки до поверхности. Согласно закону Паскаля давление  , создаваемое внешними силами на поверхности жидкости в замкнутом сосуде, передается одинаково во все точки жидкости. В соответствии с этим законом давление, действующее на поверхности жидкости, будет добавляться к давлению в каждой точке объема независимо от ее положения по глубине.

Действие закона Паскаля можно проследить на примере работы гидравлического пресса, предназначенного для получения больших усилий при прессовании материалов. Этот пресс включает в себя два цилиндра разного диаметра, соединенные трубой. В цилиндры помещены поршни. При воздействии силы  на поршень меньшего диаметра с площадью сечения  на жидкость будет оказано давление



По закону Паскаля это давление передается во все точки жидкости в замкнутом пространстве, в том числе на поверхность поршня сечением  .Тогда сила воздействия на этот пор

Шень

Закон Архимеда устанавливает связь выталкивающей силы с весом вытесненной телом жидкости.

В формуле

FA = сж g Vт произведение сж Vт = m

- это масса вытесненной жидкости, объем ее равен объему тела, вытесняющему эту жидкость. Значит,

FA = Pт,

т.е. тела выталкиваются из жидкости с силой, такой же, как и вес вытесненной жидкости.

6. Запишите уравнение газового состояния идеального газа.

Идеальный газ - это модель реального газа, обладающего следующими свойствами:

- собственный объем молекул газа пренебрежимо мал по сравнению с объемом сосуда;

- между молекулами отсутствуют силы взаимодействия;

- столкновения молекул газа между собой и со стенками сосуда являются абсолютно упругими.

Количество вещества, обозначаемое н, в системе СИ измеряется в молях: 1 моль - такое количество вещества, в котором содержится столько же атомов или молекул, сколько в 12 г чистого изотопа углерода  . Моль - основная единица системы СИ. Один моль разных веществ содержит одно и то же число молекул NA = 6,02 х 1023, называемое числом Авогадро. Масса одного моля вещества М, называемая молярной массой, равна

 ,

где m0 - масса молекулы.

Число молекул в произвольной массе вещества определяется выражением:

 

где m - масса газа, н - количества вещества.

Состояние некоторой массы газа m определяется параметрами состояния, к которым относятся давление p, объем V, температура T. На основании обобщения эксперимен- тальных данных было получено соотношение, связывающее основные макроскопические параметры состояния газа:

 

где  - универсальная газовая постоянная.

Это уравнение называется уравнением состояния идеального газа или уравнением Менделеева - Клапейрона.

Введя новую фундаментальную постоянную



 ,

называемую постоянной Больцмана, получим еще одну форму записи уравнения состояния

 

где  

концентрация молекул.

Это уравнение показывает, что при одинаковых значе- ниях температуры и давлении все газы содержат в единице объема одинаковое число молекул, а моли любых газов занимают одинаковые объемы (закон Авогадро).

Давление смеси идеальных газов подчиняется закону Дальтона, в соответствии с которым это давление равно сумме парциальных давлений, входящих в нее газов

 

Парциальное давление это давление, которое производил бы газ, входящий в состав газовой смеси, если бы он один занимал этот объем при той же температуре.

7. Дайте основные понятия и определения водяного пара и влажного воздуха.

В атмосферном воздухе всегда содержится то или иное количество влаги в виде водяного пара. Такую смесь сухого воздуха с водяным паром называют влажным воздухом.

Если при данном давлении и температуре воздух больше не поглощает влагу, то его называют насыщенным; если поглощение воздухом влаги продолжается - ненасыщенным.

В насыщенном воздухе пар находится в сухом, а в ненасыщенном - в перегретом состоянии. В обоих случаях параметры пара могут быть найдены по таблицам водяного пара. Так как влажный воздух представляет собой механическую смесь сухого воздуха и водяного пара, то, согласно закону Дальтона, давление влажного воздуха или барометрическое давление pбар равно

 , Па,

где  - парциальное давление сухого воздуха, Па;

 - парциальное давление водяных паров, Па;

 - давление влажного воздуха, Па.

Парциальное давление водяных паров незначительно, поэтому для обоих компонентов влажного воздуха с достаточной точностью можно применять уравнения состояния для идеальных газов:

для сухого воздуха  ; (2)

для водяного пара  , (3)

где p - парциальное давление компонентов воздуха, Па;

Y - объем влажного воздуха, м3 (газ занимает весь объем);

M - масса компонентов, кг;

R - газовая постоянная компонентов, Дж/(кгЧК);

T - абсолютная температура, К.

8. Перечислите основные термодинамические параметры.

Поскольку одно и тоже тело, одно и тоже вещество при разных условиях может находится в разных состояниях, (пример: лед - вода - пар , одно вещество при разной температуре) вводятся, для удобства, характеристики состояния вещества - так называемые термодинамические параметры состояния, т.е величины, которые характеризуют физическое состояние вещества.

Такими параметрами являются удельный объем, абсолютное давление, абсолютная температура, внутренняя энергия, энтальпия, энтропия, концентрация, теплоемкость и т.д. При отсутствии внешних силовых полей (гравитационного, электромагнитного и др.) термодинамическое состояние однофазного тела можно однозначно определить 3-мя параметрами - уд. объемом (х), температурой (Т), давлением (Р).

Удельный объем - величина, определяемая отношением объема вещества к его массе.

х = V / m , [м3/кг] ,

Плотность вещества - величина, определяемая отношением массы к объему вещества.

с = m / V , [кг/м3] ,

х = 1 / с ; с = 1 / х ; х * с = 1 .

Температура - характеризует степень нагретости тел, представляет собой меру средней кинетической энергии поступательного движения его молекул. Чем больше средняя скорость движения, тем вышетемпература тела.

За т/д параметр состояния системы принимают термодинамическую температуру (Т), т.е. абсолютную температуру. Она всегда положительна, При температуре абсолютного нуля (Т=0) тепловые движения прекращаются и эта температура является началом отсчета абсолютной температуры.

Давление - с точки зрения молекулярно-кинетической теории есть средний результат

ударов молекул газа, находящихся в непрерывном хаотическом движении, о стенку

сосуда, в котором заключен газ.

Р = F / S ; [Па] = [Н/м2]

Внесистемные единицы давления:

1 кгс/м2 = 9,81 Па = 1 мм.водн.ст.

1 ат. (техн.атмосфера) = 1 кгс/см2= 98,1 кПа.

1 атм. (физическая атмосфера) = 101,325 кПа = 760 мм.рт.ст.

1 ат. = 0,968 атм.

1 мм.рт.ст. = 133,32 Па.

1 бар = 0,1 МПа = 100 кПа = 105 Па.

9.Что такое абсолютная и относительная влажность, энтальпия, влажный воздуха?

Масса водяного пара (кг), содержащегося в 1 м3 влажного воздуха, называется абсолютной влажностью воздуха. Абсолютная влажность воздуха, выраженная в килограммах на 1 м3, есть плотность перегретого водяного пара и обозначается  Согласно данному определению,

 , кг/м3.



Абсолютная влажность воздуха, полностью насыщенного водяными парами, обозначается  (при давлении насыщения, т.е.  ).

Относительная влажность воздуха - это отношение абсолютной влажности воздуха к максимально возможной в тех же условиях давления и температуры, т.е.

 

Для идеальных газов отношение плотностей компонентов смеси можно заменить отношением парциальных давлений:

 

Относительная влажность воздуха, выраженная в долях единицы или в процентах, характеризует степень насыщения его водяными парами.

Влагосодержание влажного воздуха - это количество водяных паров (в граммах), приходящихся на 1 кг сухой части влажного воздуха.

 , г/кг сухого воздуха (6)

Из уравнения (6) следует, что

 , Па.



Уравнение показывает, что парциальное давление водяного пара при данном давлении является функцией влагосодержания и наоборот.

10. Дайте классификацию поршневых ДВС.

Двигатели внутреннего сгорания можно классифицировать по следующим основным признакам:

по способу осуществления рабочего цикла:

- четырехтактные, у которых цикл совершается за четыре последовательных хода поршня (за два оборота коленчатого вала), и

- двухтактные, у которых цикл осуществляется за два последовательных хода поршня (за один оборот коленчатого вала);

по способу действия:

- простого действия (рабочий цикл совершается только в одной полости цилиндра),

- двойного действия (рабочий цикл совершается в двух полостях цилиндра над и под поршнем) и

- с противоположно движущимися поршнями (в каждом цилиндре двигателя имеется два механически связанных поршня, движущихся в противоположных направлениях, с помещенным между ними рабочим телом);

по роду применяемого топлива:

- на жидком топливе (дизельное топливо, тяжёлое топливо);

- газовые (сжиженный газ, природный газ). В газовом двигателе небольшое количество жидкого топлива может подаваться в качестве запального, т. е. для воспламенения;

по способу наполнения цилиндра:

- без наддува, когда цилиндр наполняется воздухом (или горючей смесью) всасывающим ходом поршня,

- с наддувом, когда наполнение цилиндра осуществляется специальным компрессором;

по способу смесеобразования:

- с внутренним смесеобразованием, когда топливовоздушная смесь образуется внутри цилиндра (дизели),

- с внешним смесеобразованием, когда эта смесь приготовляется до ее подачи в рабочий цилиндр (карбюраторные и газовые двигатели с искровым зажиганием);

по способу воспламенения топлива:

- с воспламенением от сжатия (дизели),

- с искровым зажиганием (карбюраторные и газовые);

по расположению цилиндров:

- однорядные;

- V-образные;

- звездообразные и т. п.

по конструктивному исполнению кривошипно-шатунного механизма (КШМ):

- тронковые, у которых направляющей является тронковая часть поршня, передающая его боковое (нормальное) давление на стенки цилиндра;

- крейцкопфные, у которых направляющей поршня служит ползун крейцкопфа, перемещающийся по параллелям;

по изменению направления вращения коленчатого вала:

- нереверсивные, имеющие одно постоянное направление вращения вала;

- реверсивные, у которых направление вращения изменяется реверсивным устройством, изменяющим фазы газораспределения (главные судовые дизели, с прямой передачей на ВФШ);

по частоте вращения коленчатого вала:

- малооборотные (МОД) (n до 350 мин-1),

- среднеоборотные (СОД) (n от 350 до 1000 мин-1),

- высокооборотные (ВОД) (n более 1000 мин-1);

по назначению:

- главные, предназначенные для приведения в действие движителей и/или оборудования, обеспечивающего основное назначения судна,

- вспомогательные, это первичные двигатели судовых генераторов тока, двигатели привода грузовых, пожарных насосов и т. д.;

Существуют и другие признаки, по которым классифицируют ДВС.

11. Что такое теплопроводность?

Явление теплопроводности состоит в переносе теплоты структурными частицами вещества - молекулами, атомами, электронами - в процессе их теплового движения. В жидкостях и твердых телах- диэлектриках - перенос теплоты осуществляется путем непосредственной передачи теплового движения молекул и атомов соседним частицам вещества. В газообразных телах распространение теплоты теплопроводностью происходит вследствие обмена энергией при соударении молекул, имеющих различную скорость теплового движения. В металлах теплопроводность осуществляется главным образом вследствие движения свободных электронов.

В основной зеком теплопроводности входит ряд математических понятий, определения которых, целесообразно напомнить и пояснить.

Температурное поле -- это совокупности значений температуры во всех точках тела в данный момент времени. Математически оно описывается ввиде

t = f(x, y, z, ф).

Различают стационарное температурное поле, когда температура во всех точках тела не зависит от времени (не изменяется с течением времени), и нестационарное температурное поле. Кроме того, если температура изменяется только по одной или двум пространственным координатам, то температурное поле называют соответственно одно- или двух - мерным.

Изотермическая поверхность - это геометрическое место точек, температура в которых одинакова.

Градиент температуры -- есть вектор, направленный по нормали к изотермической поверхности и численно равный производной от температуры по этому направлению.

Согласно основному закону теплопроводности -- закону Фурье (1822 г.), вектор плотности теплового потока, передаваемого теплопроводностью, пропорционален градиенту температуры:

q = - л grad t,

где л -- коэффициент теплопроводности вещества; его единица измерения Вт/(м·К).

Знак минус в уравнении (3) указывает на то, что вектор q направлен противоположно вектору grad t, т.е. в сторону наибольшего уменьшения температуры.

Тепловой поток дQ через произвольно ориентированную элементарную площадку dF равен скалярному произведению вектора q на вектор элементарной площадки dF, а полный тепловой поток Q через всю поверхность F определяется интегрированием этого произведения по поверхности F:

 

12.Что называется конвективным теплообменом и где применяется?

Процесс теплоотдачи может быть осуществлен сочетанием следующих элементарных процессов теплообмена:

- конвективная теплоотдача (конвекция + теплопроводность = конвективный теплообмен) - имеет место при омывании твердых поверхностей различной формы текучей средой ( лученепрозрачной капельной жидкостью);

- лучистая или радиационная теплоотдача (тепловое излучение) - имеет место при радиационном теплообмене в вакууме или между стенкой и излучающим и поглощающим неподвижным газом;

- радиационно-конвективная теплоотдача (тепловое излучение + конвективный теплообмен) - наиболее часто встречающийся в практике расчетов случай сложного теплообмена;

- конвективная теплоотдача при фазовых превращениях теплоносителя (конвекция + теплопроводность + возможно излучение) - теплоотдача при конденсации и кипении, протекающая с выделением или поглощением теплоты фазового перехода.

Расчет теплоотдачи заключается в определении теплового потока, которым обмениваются стенка и текучая среда. В инженерных расчетах теплоотдачи используется, так называемый закон теплоотдачи - закон Ньютона (1701 г.):

,

где Q - тепловой поток, Вт;  - коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2·К); Tf и Tw - температура текучей среды и стенки; F - площадь поверхности теплообмена.

13.Теплообменные аппараты, их классификация?

Классификация теплообменных аппаратов.Теплообменные аппараты имеют разнообразное конструктивное оформление, которое зависит от характера и условий протекающих в них процессов. В связи с разнообразием требований в промышленности используются теплообменные аппараты различных типов, которые классифицируются:

- по назначению: для проведения теплопередачи без изменения агрегатного состояния рабочей среды (нагреватели, охладители), проведения теплопередачи с изменением агрегатного состояния рабочих сред (испарители, кипятильники, конденсаторы), одновременного проведения технологического процесса и теплопередачи (реакторы, абсорберы, теплообменники, встроенные в установки);

- роду рабочих сред: паро-жидкостные; жидкостно-жидкостные; газо-жидкостные; газо-газовые;

- взаимному направлению движения рабочих сред: прямоточные, в которых обе среды движутся в одном направлении; противоточные - обе среды движутся в противоположных направлениях; перекрестного тока - обе рабочие среды движутся во взаимно перпендикулярных направлениях; смешанного тока, в которых направления потоков рабочих сред возможны в различных сочетаниях (прямоток и противоток);

- характеру температурного режима в теплообменных аппаратах: аппараты с установившимся тепловым режимом, в которых температура рабочей среды на данном участке поверхности теплообмена с течением времени не изменяется (теплообменники непрерывного действия); аппараты с неустановившимся тепловым режимом, в которых температура рабочей среды на данном участке поверхности теплообмена изменяется с течением времени (теплообменники периодического действия);

- конструктивному признаку: типа «труба в трубе», кожухотрубные, ламельные, пластинчатые, змеевиковые, спиральные, пластинчато-ребристые, оросительные, специальные (аппараты с рубашками, ребристые аппараты), комбинированные и др.

- принципу действия: рекуперативные (в них теплоносители разделены стенкой и теплота передается от одного теплоносителя к другому через эту стенку), регенеративные (в них рабочая поверхность попеременно омывается различными теплоносителями: при омывании одним из теплоносителей она нагревается за счет его теплоты; при омывании ее другим теплоносителем она охлаждается, передавая теплоту последнему) и смесительные, в которых передача теплоты происходит при непосредственном соприкосновении и смешении теплоносителей.

14.Что такое котельные установки, их типы и назначение?

Котельной установкой называется устройство, состоящее из одного или нескольких котлов и вспомогательного оборудования.

Вспомогательное оборудование предназначено для обеспечения нормальной работы котлов и включает в себя:

· устройства для приема, хранения топлива и подготовки его к сжиганию и подачи к котлам, называемые обычно топливным хозяйством;

· тягодутьевые установки для подачи воздуха в котлы, обеспечения движения газов в котлах и котельных и удаления газов в атмосферу;

· устройства для удаления золы и шлака;

· устройства для очистки газов от золы и других вредных примесей с целью охраны ОПС от загрязнений;

· водоподготовительные установки для очистки воды от веществ, вызывающих образование накипи, загрязнение пара и коррозию металла;

· установки для образования горячей сетевой воды;

· установки для сбора, перекачки конденсата и питания паровых котлов водой;

· трубопроводы различного назначения;

· устройства автоматики безопасности, автоматического регулирования, контроля, сигнализации и управления технологическими процессами;

· электрооборудование, водопровод, канализацию, вентиляцию и др. системы.

На рис. 2 дана технологическая схема котельной с двумя паровыми котлами, работающими на мазуте. Мазут забирается из резервуара 1 и подается насосом 2 в горелочные устройства котлов 6. Подача воздуха на горение мазута производится дутьевыми вентиляторами 7.



Рисунок 2 Схема устройства и работы котельной установки: - топливохранилище; 2 - топливный насос; 3 - дымовая труба; 4 - дымососы; 5 - водяные экономайзеры; 6 - паровые котлы; 7 - дутьевые вентиляторы; 8 - питательные насосы; 9 - деаэратор; 10 - водоподогреватель; 11 - паропровод; 12 - водоподготовительная установка

Продукты сгорания отсасываются из котлов дымососами 4, нагнетаются ими в дымовую трубу 3, через нее поступают в атмосферу и рассеиваются в ней.

Пар с котлов по паропроводу 11 подается внешним потребителям и на водоподогреватель 10. В подогревателе пар греет сетевую воду для систем отопления и горячего водоснабжения.

Конденсат с водоподогревателя и от потребителей пара поступает в деаэратор 9. Здесь конденсат подвергается кипячению для удаления коррозионно-агрессивных газов (кислорода и углекислого газа).

Потери пара, конденсата и воды в котельной и в тепловых сетях восполняются сырой водой. Так как вода содержит различные примеси, которые загрязняют поверхности нагрева накипью и шламом, то первоначально вода очищается от твердых примесей (осветляется, умягчается) в водоподготовительной установке 12. Коррозионно-агрессивные газы (кислород и углекислый газ) удаляются из воды в деаэраторе 10.

15.Что такое водонагреватели, их виды и назначение?

В системах отопления и горячего водоснабжения используются водоподогреватели (бойлеры).

Котел - бойлер - паровой котел, в барабане которого размещено устройство для нагревания воды, используемой вне самого котла, а также паровой котел, в естественную циркуляцию которого включен отдельно стоящий бойлер.

По конструктивному выполнению они делятся на емкостные и скоростные (кожухотрубные и пластинчатые).

Пароводяной четырехходовой скоростной водоподогреватель.

Пароводяной четырехходовой скоростной водоподогреватель (см.рис) состоит из корпуса, к которому на болтах присоединены передняя и задняя камеры (в последний размещен колпак).

Латунные трубки Ж16х0,75 мм с обеих сторон вальцованы в трубные решетки: передняя жестко закреплена фланцами между корпусом и передней камерой, а задняя соединена с внутренним колпаком, свободно размещенным в задней камере, которая дает возможность перемещаться и таким образом компенсировать удлинение трубок при их нагреве. Такие водоподогреватели не требуют компенсаторов.

Холодная вода через входной патрубок поступает в подогреватель, циркулирует по трубам, нагревается и подается в теплосеть через исходный патрубок. газ трубопровод теплопроводность водонагреватель

Пар через верхний патрубок поступает в межтрубное пространство водоподогревателя, нагревает трубки и, конденсируясь, отводится через нижний патрубок.

В скоростных водоподогревателях такого типа устанавливаются трубки длиной 2 или 4 м. Чтобы предотвратить прогиб трубок, их ставят на специальные опоры.

Пароводяные водоподогреватели используются для нагрева воды в системах водного отопления на котельных с паровыми котлами.



Рисунок 3 Пароводяной четырехходовой скоростной водоподогреватель 1- колпак; 2- задняя крышка корпуса; 3- патрубок для выпуска воздуха; 4- патрубок ввода пара; 5- корпус бойлера; 6- трубная система; 7- передняя крышка корпуса; 8- термометр; 9- патрубок отвода конденсата

16.Нагреватели воздуха, их назначение, классификация и устройство.

Вентиляторами называют воздуходувные машины, предназначенные для перемещения и подачи воздуха по вентиляционным трубопроводам к потребителям. Их применяют в системах вентиляции, кондиционирования воздуха, воздушного отопления, для подачи воздуха в топки котлов, создания воздушной подушки судов и т. д.

Вентиляторы бывают осевые и центробежные (радиальные). В судовых системах наибольшее распространение получили центробежные вентиляторы.

В металлическом корпусе 1 (кожухе) центробежного электровентилятора (рис. 4) размещается рабочее колесо 2, приводимое во вращение электродвигателем 5.

При вращении колеса воздух засасывается через приемный патрубок 3, проходит между лопатками от оси к периферии и затем по спиральному каналу направляется в нагнетательный патрубок 4. Корпус вентилятора крепится к торцовой части электродвигателя, имеющего лапы для крепления к судовому фундаменту. В месте сопряжения спиральной камеры с напорным патрубком находится язык.

Радиальные вентиляторы могут иметь лопасти, загнутые вперед, назад и радиальные. Число лопастей z обычно составляет 20ч60.

Рисунок 4 Вентилятор центробежный

Осевой электровентилятор состоит из цилиндрического корпуса 2 и рабочего колеса (пропеллера) 1, приводимого во вращение электродвигателем 3, который закреплен в корпусе на установочных винтах 4. Удобство такой конструкции заключается в том, что вентилятор не изменяет направления движения нагнетаемого им воздуха и поэтому может быть установлен на любом прямолинейном участке воздухопровода, а при необходимости укреплен и на фундаменте с помощью лап 5. В осевом вентиляторе, как и в осевом насосе, при обтекании воздухом лопастей рабочего колеса частицы его находятся на одинаковом расстоянии от оси колеса, поэтому такие вентиляторы и называются осевыми.



Рисунок 5 Вентилятор осевой

Центробежные вентиляторы благодаря использованию работы центробежных сил обеспечивают большие давления по сравнению с осевыми вентиляторами. Иногда перед рабочим колесом устанавливают направляющий аппарат, который служит для устранения возможного закручивания потока перед входом в рабочее колесо.

Часто осевые вентиляторы снабжаются спрямляющим аппаратом (рис. 6) и состоят из цилиндрического корпуса 3, рабочего колеса 4 и спрямляющего аппарата 5 с лопатками 7, которые закреплены на втулках 6. Воздух входит в вентилятор через подвод 2, в котором установлен обтекатель 1. Стрелка у вала указывает направление вращения рабочего колеса.

Рисунок 6 Принципиальная схема осевого вентилятора

Спрямляющий аппарат применяют в том случае, когда относительное значение скорости закручивания велико. Это позволяет значительно повысить давление, создаваемое вентилятором.

17.Какие особенности сельскохозяйственного водоснабжения современных животноводческих, ферм и комплексов?

Упорядочение сельского водоснабжения является одной из важных задач.

Ввиду некоторых особенностей в сельском водоснабжении применяют наиболее простые решения по выбору и оборудованию источника водоснабжения, по механизации водоподъема.

Имеется довольно распространенное мнение, что сельское водоснабжение должно базироваться только на подземных водах. В действительности же иногда необходимо использовать и поверхностные воды (например, при отсутствии в данном районе подземных вод или при повышенной их минерализации).

В последние годы возникла необходимость в строительстве централизованных водопроводов для животноводческих ферм совхозов и колхозов, РТС и жилой застройки.

Водоснабжение населенных мест осуществляется из открытых или закрытых источников водозабора.

город

Схема хозяйственно-питьевого водоснабжения с водозабором из реки показана на рис. 7.



Рисунок 7 Схема хозяйственно-питьевого водоснабжения с водозабором из реки: 1- водоприемник, 2 -- трубы, 3 -- колодец, 4 -- насосная станция первого подъема, 5 --очистные сооружения, 6 -- резервуар чистой воды, 7-- насосная станция второго подъема, 8 -- водоводы, в -- водонапорная башня, 10 -- городская сеть водопровода, 11 -- внутренняя водопроводная сеть здания

Водозабор из реки обычно осуществляют по течению реки выше населенных пунктов и промышленных предприятий, расположенных на берегах, где река не загрязнена сточными водами. Вода через водоприемник 1 забирается из реки и самотеком по трубам 2 поступает в береговой колодец 3. Из колодца 3 насосной станцией 4 первого подъема вода подается в очистные сооружения 5, в которых она отстаивается, фильтруется и дезинфицируется.

Из очистных сооружений вода поступает в запасные регулирующие резервуары 6 чистой воды. Из резервуаров вода насосной станцией 7 второго подъема по водоводам 8 подается в резервуар водонапорной башни 9, расположенной выше самого высокого здания района, и далее в городскую сеть 10. Из городской сети вода через; распределительную сеть поступает во внутренние водо-; проводные сети 11 здания.

Водонапорная башня служит для создания запаса воды и поддержания требуемого напора в сети. В часы наименьшего потребления воды, обычно в ночное время, резервуар заполняется водой. В часы наибольшего потребления вода, накопившаяся в резервуаре башни, поступает в сеть вместе с водой, подаваемой насосами.

Схема хозяйственно-питьевого водоснабжения с водозабором из артезианских скважин показана на рис. 8.

Рисунок 8 Схема хозяйственно-питьевого водоснабжения с водозабором из артезианских скважин: 1 -- артезианские скважины, 2 --резервуар, 3 -- насосные станции, 4 -- трубопроводы, 5 --водонапорная башня, 6 -- городская сеть водопровода

Вода из артезианских скважин 1 подается в резервуар 2, откуда насосами станции 3 по трубопроводам 4 подается в водонапорную башню 5 и по городской разводящей сети 6 трубопроводов поступает в здания. Для забора подземных вод применяют и другие типы водозаборных сооружений: шахтные колодцы, горизонтальные водосборы, трубчатые колодцы и др.

2. Вопросы теста

Вариант 1

А: Выполните задание

1. Продолжите фразу:

Переход жидкой фазы в газообразную называется парообразованием

Процесс парообразования с поверхности раздела жидкой и газообразной фаз, происходящий при любой температуре называется испарение

Ответьте на вопрос теста и выберите один правильный ответ

2. Каким способом не передается теплота

а) теплопроводностью б) конвекцией

в) охлаждением г) излучением

3.В качестве топлива не используют вещества, которые

а) при сгорании выделяют большое количество теплоты

б) не загрязняют атмосферу

в) являются экономически выгодными

г) быстро сгорают

4. Что не является основной характеристикой котельной установки

а) мощность котла б)масса котла

в) кпд г) давление

5.Как называются машины, предназначенные для перемещения воздуха под действием вращающегося рабочего колеса, заключенного в кожух

а) котельный агрегат б) вентилятор

в) компрессор г) насос

6. Термодинамическая система будет в равновесном состоянии, если во всех ее точках будут:

а) одинаковые масса и температура

б) одинаковые масса и давление

в) одинаковые давление и температура

г) одинаковые плотность и объем

7. С ростом температуры вязкость капельных жидкостей:

а) уменьшается б) увеличивается

г) остается неизменной г) равна нулю

8. Избыточное давление измеряется:

а) термометром б) вакуумметрами

в) барометрами г) манометрами

9. Кавитация возникает, когда:

а) давление в каких-либо местах потока падает и становится ниже давления насыщения

б) давление в каких-либо местах потока возрастает и становится выше давления насыщения

в) давление в каких-либо местах потока становится равным давлению насыщения

10. Какие силы действуют на жидкость находящуюся в покое:

а) силы внутреннего трения, поверхностные и массовые

б) массовые и силы внутреннего трения

в) массовые и поверхностные

г) силы тяжести

В: Решите задачи

1.Плотность газа 1,25 кг/ м3 . Определить его удельный объем.

Решение:

Ответ:

2.Давление на вакуумметре котла 65 кПа. Определить абсолютное давление в котле, если атмосферное давление равно 1 бар.

Решение:

Абсолютное давление определяется, как сумма внешнего (барометрического) и избыточного (манометрического) давлений:

рабс = рб + ризб = 100-65= 35 кПа

Ответ: 35 кПа

С: Дайте более полный ответ на вопрос

1. Как нужно изменить диаметр трубопровода, чтобы при прежнем напоре увеличить расход воды в нем вдвое?

Основная задача расчёта объёма потребления воды в трубе по её сечению (диаметру) - это подобрать трубы так, чтобы водорасход не был слишком большой, а напор оставался хороший. При этом необходимо учесть:

2. диаметры (ДУ внутреннего сечения),

3. потери напора на рассчитываемом участке,

4. скорость гидропотока,

5. максимальное давление,

6. влияние поворотов и затворов в системе,

7. материал (характеристики стенок трубопровода) и длину и т.д..

Формула для вычисления по давлению и диаметру трубы: q = рЧdІ/4 ЧV

В формуле: q показывает расход воды. Он исчисляется литрами. d - размер сечению трубы, он показывается в сантиметрах. А V в формуле - это обозначение скорости передвижения потока, она показывается в метрах на секунду.

Если сеть водоснабжения питается от водонапорной башни, без дополнительного влияния нагнетающего насоса, то скорость передвижения потока составляет приблизительно 0,7 - 1,9 м/с. Если подключают любое нагнетающее устройство, то в паспорте к нему имеется информация о коэффициенте создаваемого напора и скорости перемещения потока воды.

2.Как изменится температура поверхностей стенки котла при появлении в ней накипи?

Накипь -- твёрдые отложения, образующиеся на внутренних стенках труб паровых и водогрейных котлов, водяных экономайзеров, пароперегревателей, испарителей и других теплообменных аппаратов, в которых происходит испарение или нагревание воды, содержащей те или иные соли.

Вредное влияние накипи проявляется в трех направлениях: слой накипи, покрывающий поверхность нагрева, уменьшает коэффициент теплопередачи между водой и газами, что в итоге вызывает перерасход топлива. На рисунке 1 показано влияние толщины слоя накипи на перерасход топлива. Известно, что 5 мм накипи приводят к перерасходу до 30% тепловой энергии, а 10 мм - повышают её расход в два раза.

Рисунок 9 Зависимость перерасхода топлива от толщины слоя накипи

Вариант 2

А:1 Продолжите фразу:

Переход газообразной фазы в жидкую называется испарение

Пар , не содержащий в своем составе частиц воды, но имеющий температуру и давления насыщения называют сухим насыщенным паром

Ответьте на вопрос теста и выбирите один правильный ответ

2.Как называется наука, изучающая закономерность процессов теплообмена между телами и распространения теплоты внутри одного тела.

а) электротехника б) теплопередача

в) электроника г) гидравлика

3.По агрегатному состоянию топливо разделяют

а) твердое б) жидкое

в) газообразное г) все перечисленные

4.Что обеспечивает использование электрической энергии в сельскохозяйственном производстве.

а) увеличение производства продукции б) снижение затрат

в) повышение производительности труда г) все перечисленные

5.Какие установки предназначены для получения искусственного холода

А) котельные б) холодильные установки

В) вентиляционные г) нагревательные

6. Процесс распространения тепловой энергии при непосредственном соприкосновении отдельных частей тела, имеющих различные температуры, называется:

а) теплопроводность б) излучение

в) конвекция г) нагревание

7. Сила, действующая по нормали к поверхности тела и отнесенная к единице площади этой поверхности, называется:

а) энергия б) давление

в) температура г) плотность

8. С ростом температуры силы поверхностного натяжения, действующие на поверхность жидкости:

а) увеличиваются б) остаются неизменными

в) равны нулю г) уменьшаются

9. Разряжение газа относительно атмосферного давления, измеряют:

а) манометрами б) барометрами

в) термометром г) вакуумметрами

10. Трубопроводы, в которых жидкость из основной магистрали подается в боковые ответвления и обратно в магистраль не поступает, называются:

а) параллельные б) разветвленные

в) кольцевые г) последовательные

В : Решите задачи

1.Установить, какой режим движения воды в трубе диаметром 200 мм при средней скорости воды 0,36 м/с. Кинематическая вязкость воды 1,2 *10-6 м2/ с.

Число Рейнольдса Re характеризует смену режимов течения от ламинарного к турбулентному.

Re < 1000 - ламинарный режим

1000<Re<2000 - переходный режим

Re>2000 - турбулентный режим

Формула расчете Re:

Re = с·v·d / з .

где:

с - плотность воды;

v - скорость потока;

d - диаметр трубы;

з - коэффициент динамической вязкости. При температуре 10°С з = 1,307·10?і Па·с

Имеем:

Re = с·v·d / з = 1000·0,36·0,2 / 1,307·10?і ? 55

55 000 > 2000

Ответ: Режим - турбулентный.

2.Определить давление азота в баллоне емкостью 100 дм3 при температуре 200 С. Масса газа 5 кг.



Pv=m/мЧRЧT

p=mRT/Vм

p=5Ч100Ч20/0,014Ч0,03=23,80 Па

Ответ: 23.80 Па

С: Дайте более полный ответ на вопрос

1. В чем заключается преимущества сопла Лаваля, перед суживающимся сопловым аппаратом?

Максимальная скорость истечения газа из обычного (суживающегося) сопла может достигать только критического значения, но не выше, независимо от давления перед соплом. Критические параметры истечения из простого сопла:

критическая скорость истечения, м/с

=  .

Критическое давление, Па

=Р  (  )  .

Критическая масса газа, кг/с

G  =f  (  )   .

Коэффициент ч=1,4 для двухатомных газов и ч=1,3 для сжатого пара.

Сверхзвуковая скорость щ> щ  может быть получена в сопле, состоящем из суживающейся и расширяющейся частей. Такое сопло называется соплом Лаваля по имени его создателя. Сопло Лаваля рассчитывают таким образом, чтобы скорость в самом узком критическом сечении его была критической, а в расширяющейся части превосходила звуковую, постепенно возрастая по мере приближения к выходному отверстию сопла. Если скорость в критическом сечении сопла будет меньше критической, то в расширяющейся части она будет уменьшаться, а не увеличиваться, т.е. будет изменяться так же, как и в обычном сопле.

В сопле Лаваля выравнивание (уменьшение) давления в критическом сечении до Р  происходит не за соплом, а в расширяющейся части сопла, и сопровождается увеличением скорости истечения. Соответственно возрастает кинетическая энергия струи, которая используется для совершения полезной работы. В этом преимущество сопла Лаваля перед обычным соплом.

Максимум полезно используемой энергии достигается при условии, что длина расширяющейся части сопла Лаваля не больше и не меньше, чем требуется для полного выравнивания (уменьшения) давления. Если это условие не выполняется, то эффективность применения сопла Лаваля уменьшается.

Характеристики истечения из сопла Лаваля :

критическая скорость, м/с

   

критическая масса, кг/с

G  =f   



площадь сечения, м2

f  =  .

Сопло Лаваля широко применяется при создании кислородных и газокислородных фурм для конвертеров, мартеновских и двухванных печей.

2.Укажите основное отличие активного вентилирования от конвективной сушки.

Одним из самых распространенных способов сушки продуктов в настоящее время является конвективный способ сушки. Этот способ сушки продуктов основан на передаче тепла высушиваемому продукту за счет энергии нагретого сушильного агента - воздуха или парогазовой смеси.

Сушка продуктов при этом способе происходит при омывании продукта нагретым газом, воздухом, топочными газами, перегретым паром и другими теплоносителями, которые имеют температуру, отличную от температуры подвергающегося сушке материала. При этом способе сушки за счет сообщаемой продукту тепловой энергии идет испарение находящейся в продукте влаги, а унос паров влаги осуществляется сушильным агентом.

Различают конвективную сушку материалов в слое, при которой применяются сушилки с омыванием материала в слое или изделия агентом сушки (туннельные, камерные, петлевые, валковые, турбинные, ленточные, шахтные сушилки), а также конвективная сушка с сопловым обдувом плоских материалов. Кроме этого различают конвективную сушку материалов или изделий во взвешенном и полувзвешенном состоянии, которая может осуществляться в барабанных установках, в установках с кипящим слоем, в пневматических трубах-сушилках, в вихревом потоке, а также с помощью сушки распылением.

Оборудование для сушки овощей, оборудование для сушки фруктов и любое сушильное оборудование, основанное на этом способе, имеет простое устройство. Установки имеют высокие удельные энергозатраты, которые составляют от 1.6 до 2,5 кВт.ч/кг. Однако этому способу присущи некоторые недостатки, касающиеся нерационального использования энергии установками, поскольку сушка продукта таким способом неизбежно сопровождается потерями тепла на нагрев конструкций и окружающей среды.

При интенсификации процессов такой сушки продуктов необходимо повышать температуру теплоносителя, что влечет перегрев сухопродукта, особенно на стадии досушки. Кроме того этому способу сушки продуктов присущи недостатки, существенно снижающие качество конечного продукта. При этой сушке испарение влаги происходит только с поверхности, что приводит к появлению пленки, затрудняющей сушку и ухудшающей качество сухопродукта: изменяется цвет, вкус и естественный аромат продукта, снижается его восстанавливаемость при замачивании.

Высокая температура и высокая продолжительность сушки способствуют развитию окислительных процессов и приводят к потерям витаминов и биологически активных веществ в сухопродукте, и не способствует подавлению первичной микрофлоры

Это принудительное продувание воздухом неподвижно хранящихся масс сельскохозяйственной продукции. Применяется активное вентилирование при хранении продовольственного и семенного зерна, семян овощных и технических культур, картофеля, сахарной свёклы, семенников овощных культур и других растительных материалов. Эффективность активного вентилирования зависит от физических характеристик культуры (скважистости, сорбции, тепло- и температуропроводности), её состояния (влажности, температуры, степени засорённости), а также от правильно выбранных параметров этого приёма (удельной подачи воздуха, его температуры и влажности). Большое значение имеет конструкция воздухораспределительной системы, которая обеспечивает равномерность омывания воздухом хранящейся продукции.

При активном вентилировании идут два разнонаправленных процесса:

-подаваемый воздух обогащает кислородом межзерновые или межклубневые пространства, что способствует усилению дыхания, тепло- и влаговыделения. В результате активизируются биохимические и физиологические процессы, продукция - деконсервируется;

- подаваемый воздух усиливает процесс испарения влаги из продукции, она охлаждается, биохимические реакции и дыхание замедляются, вентилируемая масса консервируется.

Активное вентилирование применяют для выравнивания влажности и температуры в хранящейся массе, обновления состава воздуха между экземплярами (аэрация), снижения влажности и устранения самосогревания, для быстрого охлаждения и временной консервации продукции, для ускорения процессов послеуборочного дозревания. Активное вентилирование используют при проведении газации и дегазации, для воздушно-теплового обогрева семян и посадочного материала после зимнего хранения.

Преимущества активного вентилирования перед другими приёмами, используемыми в послеуборочный период, в том, что оно практически исключает механическое травмирование продукции, и это наиболее дешёвый и нетрудоёмкий способ консервации.



Заключение

Широкое использование в практической деятельности человека различных гидравлических машин и механизмов ставят гидравлику в число важнейших дисциплин, обеспечивающих научно-технический прогресс. Большой практический интерес к изучению механики жидкости вызван рядом объективных факторов. В - первых, наличие в природе значительных запасов жидкостей, которые легко доступны человеку. Во- вторых, жидкие тела обладают рядом полезных свойств, делающих их удобными рабочими агентами в практической деятельности человека. Немаловажным следует считать и тот фактор, что большинство жизненно важных химических реакций обмена протекают в жидкой фазе (чаще всего в водных растворах). По этим причинам особый интерес человек проявил к жидкостям на самой ранней стадии своего развития. Вода и воздух (иначе жидкость и газ) были отнесены к числу основных стихий природы уже первобытным человеком. История свидетельствует об успешном решении ряда практических задач с использованием жидкостей уже на самих ранних стадиях развития человека. Первым же научным трудом по гидравлике следует считать трактат Архимеда «О плавающих телах» (250 г. до н. э.)- Однако в дальнейшем на протяжении нескольких столетий в развитии человечества наступила эпоха всеобщего застоя, когда развитие знаний и практического опыта находились на весьма низком уровне. В последующую за этим эпоху возрождения началось бурное развитие человеческих знаний, науки, накопление практического опыта. Наравне с развитием других наук начала развиваться и наука об изучении взаимодействия жидких тел.

...