Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Документ'
В России молочное скотоводство важнейшая отрасль животноводства. На качество и количество молока влияет длительность хозяйственного использования коро...полностью>>
'Документ'
Для стратегических партнеров, какими являются Беларусь и Венесуэла, немаловажным является налаживание информационных контактов. Поскольку географическ...полностью>>
'Документ'
Цена одного деления шкалы прибора равна отношению разности двух соседних чисел на шкала прибора (из большего вычитается меньшее) на количество делений...полностью>>
'Документ'
Старший участковый уполномоченный полиции отделения участковых уполномоченных полиции отделения полиции «Новошешминское» межмуниципального отдела МВД ...полностью>>

Главная > Методические указания

Сохрани ссылку в одной из сетей:
Информация о документе
Дата добавления:
Размер:
Доступные форматы для скачивания:

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования
“Брестский государственный технический университет”

Кафедра сельскохозяйственных гидротехнических мелиораций

Методические указания и
контрольные задания

по курсу “Механика жидкости и газа”

для студентов специальности 1 – 70 04 02
“Теплогазоснабжение, вентиляция и охрана воздушного бассейна”

Брест 2012

В методических указаниях дается перечень тем и вопросов предмета механика жидкости и газа. Изложение материала представлено в последовательности свойственной традиционно излагаемой в различных учебниках. В начале изучаются темы равновесия как “капельной жидкости”, так и “сжимаемой жидкости”- газа. В последующем рассматриваются законы движения жидкости и их приложение к ряду практических случаев (движение в трубопроводах, истечение из отверстий и насадков, обтекание твердых тел и др.)

Контрольные задания на выполнение расчетно-графических работ охватывают весь курс “Механика жидкости и газа” и позволяют на конкретных практических задачах закрепить полученные теоретические знания.

Составители: Громик Н.В. доцент кафедры СХГТМ;

Мешик О.П. доцент, к.т.н., доцент кафедры СХГТМ;

Шешко Н.Н. ст. преподаватель кафедры СХГТМ.

Рецензент: Новосельцев В.Г., доцент, к.т.н., зав. каф. ТГСВ

 Учреждение образования «Брестский государственный технический университет», 2012

Содержание

1

стр.

. Общие методические указания 4

1.1Основные свойства жидкостей и газа 5

1.2Гидростатика 7

1.3Гидродинамика 9

1.3.1.Потери напора при установившемся движении жидкости 12

1.3.2.Установившееся движение в напорных трубопроводах 15

1.3.3.Истечение жидкости из отверстий и насадок 17

1.3.4.Гидравлический удар 18

1.4Относительное движение тела 18

1.5Основы гидромеханического моделирования 19

1.6Равномерное движение жидкости в открытых руслах 19

2. Задания расчётно-графической работы по курсу «Механика жидкости и газа» 21

3. Методические указания для решения задач 57

ЛИТЕРАТУРА 69

1. Общие методические указания

Механика жидкости и газа – наука, рассматривающая основные законы движения и равновесия жидкостей (как капельных, так и газообразных), а также их силовое взаимодействие с твердыми телами. Это одна из наук, составляющих фундамент инженерных знаний. Она необходима для решения многих технических вопросов в области санитарной техники, теплогазоснабжения и вентиляции. Расчет всевозможных трубопроводов (воздухопроводы, водопроводы, газопроводы, паропроводы и т.д.), конструирование гидравлических и воздуходувных машин (насосы, компрессоры, вентиляторы и пр.), проектирование котельных агрегатов, печных и сушильных установок, воздухо- и газоочистных аппаратов, теплообменных аппаратов, расчет многих отопительных и вентиляционных устройств требуют четкого понимания законов механики жидкости и газа.

Программа курса предусматривает изучение теоретического материала и решения практических задач.

При изучении материала по учебнику студент должен особое внимание обратить на проработку основных положении темы (раздела), используя для этой цели методические указания, основные предназначения которых – облегчить работу с книгой.

Курс целесообразно изучать последовательно по темам (разделам), руководствуясь программой и методическими указаниями. Сначала следует изучить теоретическую часть раздела, затем решить и проанализировать приведенные в учебнике и задачниках примеры и задачи с решениями. Учебный материал можно считать проработанным и усвоенным только при условии, если студент умеет правильно применять теорию для решения практических задач.

    1. Основные свойства жидкостей и газа

Механика жидкости является инженерной (технической) дисциплиной, так как ее выводы направлены на решение технических задач. Это одна из наук составляющих фундамент инженерных знаний. Она выросла из двух отраслей научного знания: эмпирической гидравлики и классической гидромеханики. Указанные дисциплины в настоящее время могут рассматриваться как разделы единой науки- механики жидкости.

История развития механики жидкости детально описана во многих учебника, поэтому данный вопрос не рассматривается в методических указаниях.

Изучение механики жидкости и газа требует знания основных свойств жидкости. Жидкости с точки зрения механических свойств разделяются на два класса: малосжимаемые (капельные) и сжимаемые (газообразные).

С позиции физики капельная жидкость значительно отличается от газа; с позиции механики жидкости различие между ними не так велико, и часть закона, справедливая для капельных жидкостей, могут быть приложена и к газам в случаях, когда сжимаемость жидкости можно пренебречь (например, при расчете вентиляционных каналов)

Основные свойства жидкостей, существенные при рассмотрении задачи механики жидкости, это плотность и вязкость.

Плотностью жидкости называется ее масса, заключенная в единице объема

. 

В практических приложениях о массе жидкости судят по ее весу. Вес жидкости, приходящийся на единицу объема, называется удельным весом

. 

Сжимаемость капельных жидкостей под действием давления характеризуется коэффициентом объемного сжатия

. 

Температурное расширение капельных жидкостей характеризуется коэффициентом температурного расширения

. 

В отличие от капельных жидкостей газы характеризуются значительной сжимаемостью и высокими значениями коэффициента температурного расширения. Зависимость плотности газов от давления и температуры устанавливается уравнением состояния

. 

Так как объем газа в большой мере зависит от температуры и давления, выводы, полученные при изучении капельных жидкостей можно распространять на газы в случае, если изменения давления и температуры незначительны. Практически газ можно принимать несжимаемым при скоростях движения, не превышающих 100 м/с.

Вязкость жидкостей. Вязкостью называется свойство жидкости оказывать сопротивление сдвигу. Все реальные жидкости обладают определенной вязкостью, которая проявляется в виде внутреннего трения при относительном перемещении смежных частиц жидкости. Наряду с легко подвижными жидкостями (например, водой, воздухом) существуют очень вязкие жидкости, сопротивление которых сдвигу весьма значительно (глицерин, тяжелые масла и др.). Таким образом, вязкость характеризует степень текучести жидкости или подвижности ее частиц.

Сопротивляемость жидкости сдвигу характеризуется так называемой динамической или абсолютной вязкостью. Динамическая вязкость обозначается символом измеряется в Н∙с/м2 или Па∙с.

Наряду с понятием абсолютной или динамической вязкости в гидравлике находит применение понятие кинематической вязкости, представляющей собой отношение абсолютной вязкости к плотности

. 

Она измеряется в м/с2.

Необходимо, при изучении свойств жидкости, знать капиллярные явления, а также особые состояния: кавитация, аэрация и захват потоком твердых частиц.

Однородная жидкость, строго говоря, имеет прерывную (дискретную) структуру. Однако при решении различных гидравлических задач пренебрегают отмеченным обстоятельством и рассматривают жидкость как сплошную (непрерывную) среду – континуум.

Что касается сил, действующих на жидкость, то их можно разделить на две различные группы: внутренние силы и внешние силы.

Внутренние силы это силы взаимодействия между материальными частицами жидкости.

Внешние силы – силы, приложенные к частицам рассматриваемого объема жидкости со стороны других вещественных тел. Они в свою очередь разделяются на две группы: силы массовые (если , то их называют объемными, это собственный вес, силы инерции); силы поверхностные – атмосферное давление, силы трения, реактивная сила.

    1. Гидростатика

В гидростатике изучается жидкость, находящаяся в покое. Основным понятием гидростатики является понятие гидростатического давления в данной точке покоящейся жидкости и обозначается буквой , для краткости именуют просто гидростатические давлением.

В случае покоящейся жидкости гидростатическим давлением в данной точке называют скалярную величину, равную модулю (значению) напряжения в рассматриваемой точке

. 

При изучении этого раздела необходимо знать два основных свойства.

Если на некоторую массу жидкости не действовали и не действуют внешние силы, то каждая частица этой массы или остается неподвижной относительно данной системы координат, или движется прямолинейно с одинаковой для всех частиц скоростью, так что взаимное расположение этой массы жидкости остается неизменным. Такое механическое состояние называется равновесным иначе, жидкость находится в состоянии покоя.

При действии на покоящуюся жидкость с той или иной внешней объемной силой дифференциальные уравнения равновесия имеют вид

. 

Уравнения  были получены Л. Эйлером в 1755 г. и носят названия дифференциальных уравнений покоя жидкости.

Преобразовав эти уравнения можно получить основное уравнение гидростатики в дифференциальной форме.

. 

В уравнениях  и  величины , , есть проекции величины объемной силы на соответствующую ось.

При решении уравнения  имеем две неизвестные и , поэтому для определенности решения необходимо иметь еще одно независимое уравнение, в качестве которого используется так называемое характеристическое уравнение.

Для капельной жидкости характеристическим уравнением является уравнение

; 

а для газа – уравнение Бойля-Мариотта

. 

Проинтегрировав уравнение  в случае действия только одной внешней силы, силы тяжести, получим уравнение:

. 

где – гидростатическое давление на глубине ; внешнее давление на поверхности жидкости; – внешнее поверхностное давление.

Важным аспектом при изучении давления является знание избыточного давления, пьезометрической высоты, величины вакуума.

Сила гидростатического давления, действующая на плоскую стенку, определяется по формуле

, 

где – глубина погружения центра тяжести данной плоской фигуры под уровень; – площадь этой фигуры.

Величина этой силы может быть определена графоаналитическим способом

, 

где – площадь эпюры давления на плоскую поверхность; – давление в центре тяжести сечения.

Для прямоугольной фигуры силу гидростатического давления можно определить, как аналитическим, так и графоаналитическим способами. При этом сила гидростатического давления может определяться путем построения эпюры давления на прямоугольную фигуру. Сила давления равна площади эпюры умноженной на ширину стенки. Точка приложения силы находится в центре тяжести эпюры.

Для прямоугольной стенки эпюрой является прямоугольный треугольник, а центр тяжести находится на высоте 2/3 от вершины треугольника. Методику определения и  при графоаналитическом методе можно изучить в [] стр. 30–32.

В случае криволинейной фигуры сила гидростатического давления определяется как геометрическая сумма двух сил и

, 

где – горизонтальная составляющая силы гиростатического давления;  – вертикальная составляющая.

Передача давления при помощи жидкости часто находит применение в практике машиностроения. Встречаются следующие простейшие гидравлические машины: гидравлические прессы, мультипликаторы (увеличители давления), домкраты, подъемники. Во всех этих машинах используется гидравлический принцип

, 

или

, 

Здесь и сила гидростатического давления, действующая, соответственно на площадь и .

Газы относятся к сжимаемым жидкостям, и уравнения равновесия (покоя) отличаются от таковых для капельной жидкости лишь тем, что они должны учитывать сжимаемость газов. Поэтому полученные ранее дифференциальные уравнения равновесия являются общими (8) для капельной жидкости и газов.

В свою очередь, для газов справедливы следующие уравнения:

дифференциальное уравнение равновесия

; 

характеристическое уравнение

; 

и уравнение поверхности уровня

; 

При равновесии газа гидростатическое давление в точке изменяется только с высотой расположения этой точки .

Эту зависимость находим путём совместного решения основного дифференциального уравнения гидростатики и характеристического уравнения. Как известно, последнее определяет собой связь между плотностью, давлением и температурой. Уравнение состояния газа записывается в виде

. 

Изотермический процесс – процесс изменения давления и объёма газа при поддержании одной и той же температуры, т.е. этот процесс сопровождается теплообменом.

Адиабатический процесс представляет собой случай изменения давления в условиях отсутствия теплообмена.

Адиабатический процесс является частным случаем более общего политропного процесса.

Во всех случаях при изменении давления плотность газа изменяется. Однако во многих случаях на практике изменение плотности бывает столь незначительным, что без существенной погрешности можно принять



Похожие документы:

  1. Б 796 Болтнев, Валентин Егорович. Экология : учеб для студ вузов, обуч по напр.: "Автоматизация технол процессов и пр-ва", "Прикл информатика" / Болтнев

    Документ
    ... методические указания по изучению курса "Химия", методику решения типовых расчетных задач и контрольные задания. Предназначено для студентов 1курса Института механики ... «Механика жидкости и газа» в соответствии с учебными программами для специальностей ...

Другие похожие документы..