Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Общие методические положения по курсовой работеСтр 1 из 8Следующая ⇒
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
по выполнению курсовой работы по дисциплине «Гидрогазодинамика» для студентов специальности 140104 «Промышленная теплоэнергетика» очной и заочной форм обучения
Воронеж 2010 Составители: д-р техн. наук И.Г. Дроздов, канд. техн. наук А.В. Муравьев
УДК 621.396
Методические указания по выполнению курсовой работы по дисциплине "Гидрогазодинамика" для студентов по специальности 140104 "Промышленная теплоэнергетика" очной и заочной форм обучения / ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет»; сост. И.Г. Дроздов, А.В. Муравьев. Воронеж, 2010. 49 с.
В методических указаниях изложена методика расчета гидравлических, гидрогазодинамических, газодинамических потерь, а также порядок расчета основных параметров трубопровода, подбор насосов. Приведены необходимые справочные данные. Предназначены для студентов 2 курса очной, 3 курса заочной форм обучения, может быть использовано при дипломном проектировании.
Курсовая работа оформляется согласно требованиям СТП ВГТУ 62-2007.
Табл. 1. Ил. 10. Библиогр.: 6 назв. Рецензент канд. техн. наук, проф. В.Ю.Дубанин Ответственный за выпуск зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. А.В. Бараков
Печатается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного технического университета © ГОУВПО «Воронежский государственный технический университет», 2010 Введение Согласно учебному плану специальности 140104 - промышленная теплоэнергетика, студенты выполняют в четвертом семестре курсовую работу по дисциплине "Гидрогазодинамика". Эта работа, проводимая студентами самостоятельно, является способом практического применения знаний, полученных при изучении лекционного материала. Курсовая работа подготавливает студентов к решению более сложных задач инженерного характера, возникающих при выполнении курсовых проектов по специальным дисциплинам и дипломного проекта. В процессе выполнения курсовой работы студенты должны пользоваться не только учебниками и пособиями, но и различными справочными материалами. Предлагаемая работа» не подменяя собой специальную литературу, имеет целью дать студентам необходимые методические указания, рекомендации для выполнения курсовой работы. Кроме того, приводятся общие методические положения по курсовому проектированию, позволяющие студентам более четко определить цели и задачи проектирования, помочь в организации и распределении работы при выполнении курсовой работы.
Общие методические положения по курсовой работе Оформление курсовой работы Курсовая работа оформляется в виде расчетно-пояснительной записки объемом 20 -30 страниц рукописного текста II формата (ГХТ 2.301-68). Расчетно-пояснительная записка оформляется в обложку и предваряется титульным листом. После титульного листа следуют бланк-задание на курсовую работу и оглавление разделов записки. В записку включается краткое введение, в котором обосновывается задача поставленная в курсовой работе. После изложения основного материала следует заключение, в котором формулируются основные выводы и результаты, полученные в курсовой работе. В конце записки обязателен лист с перечнем использованной литературы. В записке должны быть приведены проведенные расчеты с исходными формулами и пояснениями, обоснования принятых решений, краткое описание схем. Изложение материала записки сопровождается схемами, графиками и таблицами, иллюстрирующими решение задачи. Формулы, графики, таблицы и т.п., заимствованные из литературных источников, должны сопровождаться соответствующими ссылками. И ее защита После получения задания студент должен составить календарный план своей работы над курсовой работой. Примерный план и распределение объема во времени представлена в бланке-задании, Проверка выполнения работы ведется еженедельно руководителем курсовой работы. В виду того, что число консультаций ограничено, студентам рекомендуется тщательно готовиться к консультациям. Необходимо регулярное посещение студентами консультаций - это обеспечивает систематическую работу и своевременное устранение ошибок и недостатков, Законченная и оформленная курсовая работа подписывается студентом и руководителем и представляется к защите, Защита курсовой работы проводится по графику в специальной комиссий из двух преподавателей, Регламент защиты следующий; доклад студента (5-7 мин) об основных особенностях курсовой работы и ответы на вопросы членов комиссии (10-12 мин).
Выбор основной магистрали Под основной магистралью понимается самая нагруженная и длинная ветвь трубопровода. Определим расходы воды по участкам трубопровода , л/с. Для этого воспользуемся следующим правилом: расход на участке , м. складывается из расхода на участках, расположенных ниже по течению.
Так, например: Q4-5 = q5; Q4-8 = q8; Q3-4 = Q4-5 + Q4-8 и т.д. Далее, по известным и определяем основную магистраль. Предположим, что это 1 – 2 – 3 – 4 – 5. Остальные участки трубопровода назовем ответвлениями от основной магистрали.
Расчет ответвлений Особенность расчета ответвления заключается в том, что при расчете диаметров трубопроводов на первое место ставится равенство напоров в узле со стороны основной магистрали и ответвления. В противном случае нарушается гидравлический режим работы сети. Рассмотрим узел 4 (рис. 2.2). Приравняем теоретический напор в ответвлении 4 – 8 к напору в основной магистрали ,
Рассчитаем по формуле приведенного расхода, теоретический модуль расхода: , (2.4)
Рисунок 2.2 - Схема узла №4 длинного разветвленного трубопровода
Округляем полученное значение до ближайшего большего стандартного (см. табл. 1.2) и по нему определяем диаметр ответвления , По стандартному значению модуля расхода определяем действительные потери напора на ответвлении: При переходе к ближайшему большему модулю расхода невязка получается отрицательной, а к меньшему – положительной. Если невязка в узле , то расчет ответвления закончен. При , необходимо компенсировать невязку запорной арматурой, например, задвижкой.
Компенсация невязки
Суть компенсаций невязки заключается в следующем: по разности теоретического и действительного напоров в ответвлении подбирают коэффициент местного сопротивления запорной арматуры, при котором напоры выравниваются. Для этого определяют скорость , м/с. в ответвлении в месте установки запорной арматуры (начало ответвления) по уравнению неразрывности: (2.5) Из формулы Вейсбаха для местных сопротивлений находим коэффициент местного сопротивления запорной арматуры : , (2.6) где - потери на запорной арматуре определяются по разности теоретического и действительного напоров. По величине КМС запорной арматуры и диаметру ответвления подбираем тип запорной арматуры и степень ее открытия (см. Приложение Д).
Подбор насосов Для обеспечения подачи жидкости по трубопроводу с заданным распределением расходов по участкам необходимо создать в начале трубопровода соответствующее давление. Это осуществляется путем установки в начале трубопровода водонапорной башни, либо насоса. Выбор марки насоса и его характеристики (см. Приложение Б). Насос - устройство (гидравлическая машина, аппарат или прибор) для напорного перемещения (всасывания и нагнетания) жидкости в результате сообщения ей внешней энергии (потенциальной и кинетической). Основной параметр насоса - количество жидкости, перемещаемое в единицу времени, т.е. осуществляемая объемная подача Q. Для большинства насосов важнейшим техническим параметров является напор Н - приращение удельной механической энергии жидкости, создаваемое насосом. Напор имеет линейную размерность и чаще всего измеряется в метрах водяного столба. Необходимая подача, т.е. расход жидкости, подаваемой насосом, определяется как расход жидкости на первом участке. Необходимый напор насоса определяется как высота столба жидкости, соответствующая разности между необходимым и имеющимся давлениями в начале трубопровода. Основная трудность при подборе насосов заключается в определении необходимого давления в начале трубопровода. Методика определения этого давления заключается в следующем:
Весь трубопровод делится на две части: на всасывающую линию (до насоса) и на нагнетающую, или напорную линию (от насоса). Напорных линий может быть несколько. Беря за плоскость сравнения произвольную горизонтальную плоскость и выбрав начальное и конечное сечения, записываются уравнения Бернулли для всасывающей и для напорной линий. Откуда потребный напор насоса Hn: (2.13) где индекс "К" соответствует концу напорной линии, а индекс "Н" - началу всасывающей линии; П - потеря напора в трубопроводе. Величина Hn определяется для каждого ответвления трубопровода и из всех значений Hniвыбирается наибольшее.Далее выбор насосов производится по каталогу (Приложение 5). Прежде всего следует по сводному графику в каталог подобрать марку насоса, обеспечивающего Hn и Q. Структура сводного графика приведена на рисунке. На этом графике криволинейные четырехугольник» изображают оптимальные участки главных характеристик насосов. Главной характеристикой насоса является зависимость Н-Q между его напором и подачей. Положение этой кривой зависит для данного насоса от скорости вращения и от диаметра колеса. Если заводом-изготовителем насоса разрешается его эксплуатация в определенном диапазоне изменения скорости вращения и диаметра насоса, оптимальная область работы насоса ограничена соответствующими Н-Qкривыми; соответствующими постоянному значению минимально допустимого КПД. Именно эти отрезки кривых H-Q и зоны работы насосов изображены на сводных графиках в каталогах.Для подбора насоса или насосов, обеспечивающих заданные условия работы трубопровода, поступают следующим образом. На сводном графике находят положение рабочей точки, координаты которой являются найденными значениями подачи и напора насоса.
В первом случае (Q1,Н1 на рис. 2.4) соответствует насос I. Во втором случае (Q2, Н2) из-за отсутствия насоса с требуемой подачей следует проверить существование насоса, обеспечивающего заданный напор Н при подаче 1/2Q2. В рассматриваемом случае этому условию соответствует насос II. Два таких насоса, включенных параллельно, обеспечат получение необходимых значений подачи Q2 и напора Н2. Если не удается отыскать насос П, продолжается поиск для значений подачи, равных 1/3 Q2, 1/4 Q2... до получения удовлетворительных результатов. В третьем случае (Q3, Н3) из-за отсутствия насоса с требуемым напором, следует проверить существование насоса, обеспечивающего заданную подачу Q3 при напоре 1/2 Нз или 1/3 H3, 1/4 Н3...
Рисунок 2.4 Если не удается отыскать насос П, продолжается поиск для значений подачи, равных 1/3 Q2, 1/4 Q2... до получения удовлетворительных результатов. В третьем случае (Q3, Н3) из-за отсутствия насоса с требуемым напором, следует проверить существование насоса, обеспечивающего заданную подачу Q3 при напоре 1/2 Нз или 1/3 H3, 1/4 Н3... Соответствующее количество насосов» включенных последовательно, обеспечит получение необходимых значений подачи Q3и напора Нз. Дня случая, показанного на рис. 2.4, два насоса, работающих последовательно, обеспечат получение заданных параметров. Насос считается подходящим для обеспечения заданных условий работы проектируемого трубопровода, если одна из его главных характеристик проходит через требуемую рабочую точку или выше нее. Превышение напора не должно быть больше 5 %.
Над горизонтом воды Вакуумметрическая высота всасывания , м вод. Ст. выражается в метрах столба подаваемой жидкости, считая по показанию вакуумметра, отнесенному к оси насоса, и подсчитывается по следующему выражению: , (2.14) где - расстояние в метрах по вертикали от нижнего уровня до места присоединения к насосу трубки вакуумметра; - сумма потерь напора в подводящем (всасывающем) трубопроводе на трение и местные сопротивления, выраженная в м; - скорость в м/сек в месте присоединения трубки вакуумметра; - расстояние по вертикали от точки присоединения трубки вакуумметра до оси насоса.
В настоящем каталоге даны допустимые вакуумметрические высоты всасывания для воды с температурой до 200 и при атмосферном давлении, равном 10 м вод. Ст. При подаче насосом жидкости из закрытых резервуаров, где она находится под давлением собственных паров, насосы должны работать с подпором (например, конденсатные и питательные насосы). Величины подпоров на входном патрубке, отнесенные к оси насоса, указаны в каталоге в метрах столба подаваемой жидкости, сверх упругости ее паров. Высота всасывания соответствует определенной подаче Q насоса и определенному числу оборотов в минуту и должна быть меньше или равна по выражению для . Если насос предназначен для подачи жидкости при определенном давлении ее паров или будет установлен в местности, где атмосферное давление отличается от нормального, необходимо вводить поправки к указанным в каталоге величинам для выбранного насоса.
Искомая , м вод. Ст. определиться по зависимости (2.15) где - допустимая вакуумметрическая высота всасывания в м вод. Ст. по каталогу или полученная по зависимости; - барометрическое давление в местности, где устанавливается насос, выраженное в метрах столба подаваемой жидкости при ее температуре; - давление насыщенных паров подаваемой жидкости, выраженное в метрах столба этой жидкости при ее температуре. Зависимость давления атмосферы от высоты над уровнем моря показана на рисунке 2.5 в метрах столба холодной воды. Для жидкости с другим удельным весом барометрическое давление , м вод. Ст. выраженной в метрах столба этой жидкости, определяется по зависимости:
(2.16) где - вес единицы объема перекачиваемой жидкости в кг при ее температуре. Рисунок 2.6 - Зависимость удельного веса воды от ее температуры
Технические данные насоса зависят от физических и химических свойств подаваемой им жидкости. Так, на допустимую высоту всасывания насоса влияют удельный вес жидкости и ее температура, а также упругость паров жидкости. Зависимость удельного веса воды от температуры показана на рисунке 2.6. Зависимость давления насыщенного водяного пара от температуры показана на рисунке 2.7 в м. вод. ст. соответствующей температуры. Удельный вес жидкости не влияет на Q и H. Характеристика H-Q насоса, в которой H выражено в м. ст. жидкости, а Q в м3/сек, действительна для любой жидкости. Мощность на валу насоса прямо пропорциональна удельному весу жидкости. Вязкость жидкости и содержание в ней абразивных примесей влияют на развиваемый насосом напор, подачу, к.п.д. и высоту всасывания. Поэтому применение указанных в настоящем каталоге насосов для подачи жидкостей вязких и содержащих абразивные примеси, возможно, лишь по согласованию с заводом-изготовителем. Поле Q-H, перекрываемое одним насосом. Расширение области применения насоса при постоянном числе оборотов достигается: а) для центробежных насосов всех типов – смещением рабочего режима по кривой H - Q и обточкой рабочего колеса по выходному диаметру и дополнительно для секционных центробежных насосов – изменением числа ступеней и формы каналов лопаточного отвода (направляющего аппарата); б) для осевых (пропеллерных) насосов – смещением рабочего режима по кривой H – Q и изменением угла установки лопастей рабочего колеса.
Границы области применения, т.е. поля H – Q насоса, устанавливает завод-изготовитель. На помещенных в настоящем каталоге рабочих характеристиках границы рекомендуемой (по подаче и напору) области применения насосов отмечены волнистыми линиями. Сплошные кривые H – Q относятся к рабочему колесу с нормальным выходным диаметром, пунктирные – к колесу, обточенному по выходному диаметру. Диаметры тех и других колес указаны на характеристике. Величины высот всасывания, указанные на характеристиках насосов и в таблицах технических данных, действительны при подаче насосами воды с температурой до 200 и при нормальном атмосферном давлении – 10 м вод. Ст. (735,5 мм рт. ст.). При подаче насосом воды или иной жидкости с более высокой температурой и при ином атмосферном давлении высоту всасывания или величину подпора следует определять, руководствуясь вышеприведенными указаниями и формулами. Принимая во внимание возможные при работе колебания подачи насоса, рекомендуется уменьшать указанные в соответствующих таблицах и на характеристиках значения высот всасывания на 0,5 – 1,5 м. В случае работы насоса при переменном геометрическом напоре Hг, когда подача насоса может уменьшаться и увеличиваться, насос необходимо устанавливать так, чтобы или высота всасывания была не больше или подпор не меньше их величин, соответствующих наибольшей подаче насоса, возможной в данной установке. На помещенных в настоящем каталоге рабочих характеристиках границы рекомендуемой (по подаче и напору) области применения насосов отмечены волнистыми линиями. Сплошные кривые H – Q относятся к рабочему колесу с нормальным выходным диаметром, пунктирные – к колесу, обточенному по выходному диаметру. Диаметры тех и других колес указаны на характеристике. Величины высот всасывания, указанные на характеристиках насосов и в таблицах технических данных, действительны при подаче насосами воды с температурой до 200 и при нормальном атмосферном давлении – 10 м вод. Ст. (735,5 мм рт. ст.). При подаче насосом воды или иной жидкости с более высокой температурой и при ином атмосферном давлении высоту всасывания или величину подпора следует определять, Рисунок 2.7 – Зависимость давления насыщенного водяного пара от температуры, выраженная в м. Вод. Ст. соответствующие температуры.
Принимая во внимание возможные при работе колебания подачи насоса, рекомендуется уменьшать указанные в соответствующих таблицах и на характеристиках значения высот всасывания на 0,5 – 1,5 м. В случае работы насоса при переменном геометрическом напоре Hг, когда подача насоса может уменьшаться и увеличиваться, насос необходимо устанавливать так, чтобы или высота всасывания была не больше или подпор не меньше их величин, соответствующих наибольшей подаче насоса, возможной в данной установке.
Рисунок 3.1 - Схема короткого трубопровода
Начальные участки труб На входе в трубу или канал образуется динамический пограничный слой, толщина которого на входном сечении равна нулю, а затем по мере удаления от входного сечения постепенно нарастает. На некотором расстоянии от входного сечения динамический пограничный слой увеличивается настолько, что он заполняет все сечение трубы (канала). Если процесс течения рабочей среды является изотермическим, то профиль скорости в сечении трубы или канала, после того как динамические пограничные слои сомкнулись, практически не изменяется и остается постоянным (рис.3.2). Расстояние , на котором происходит смыкание динамических пограничных слоев, называется длиной начального участка (длиной динамической стабилизации потока).
Рисунок 3.2
Стабилизация течения при возникновении турбулентности на входной кромке трубы наступает на расстоянии () (3.13) Если же организован плавный вход, то развивается ламинарный пограничный слой и в диапазоне чисел Рейнольдса можно использовать соотношение . (3.14) Формулы (3.13) и (3.14) справедливы при использовании течений жидкости и газа на начальном участке. Для вполне шероховатых круглых труб справедлива формула Г.В.Филиппова , (3.15) где - коэффициент гидравлического трения для стабилизированного течения в трубе.
Эта формула справедлива для гидравлических гладких труб и в переходной области турбулентного режима.
Коэффициент гидравлического трения начального участка трубы (канала) больше, чем той части трубы (канала), где течение стабилизировалось.
Для ламинарного изотермического течения . (3.16) При турбулентном течении на начальном участке прямой трубы . (3.17) На начальном участке , (3.18) где определяется по формуле (3.13). Постановка задачи
Необходимо провести газодинамический расчет сопла Лаваля, обеспечивающего на расчетном режиме требуемый расход газа с заданными параметрами торможения. При этом скорость газа на выходе из сопла определяется давлением на срезе сопла со стороны атмосферы, а скорость газа на входе в сопло определяет параметры дозвуковой части (см. рис. 4.1). Расчетным режимом работы считается тот, при котором в критической части сопла Лаваля достигнуты критические параметры газа. В любом сечении сопла Лаваля газовый поток обладает следующими параметрами: - давление; - температура; - плотность; - скорость звука; - скорость потока; - коэффициент скорости; - число Маха. В исходных условиях задана только часть параметров в отдельных сечениях. Требуется, используя соотношения газовой динамики, рассчитать недостающие параметры во входном, критическом, выходном и дополнительных А, В, С, D сечениях.
Рисунок 4.1 - Сопло Лаваля
Общая методика заключается в следующем: 1. Восстанавливают недостающие параметры торможения; 2. Рассчитывают критические параметры; 3. Определяют входные параметры по входной скорости ; 4. По давлению на срезе сопла определяют выходные параметры; 5. Определяют параметры в дополнительных сечениях А, В, С, D задаваясь скоростью в сечениях. 6. Проводят геометрический расчет сопла по углам раствора входной и выходной части. 7. Результаты расчетов сводят в таблицу и строят графики распределения параметров по длине сопла Лаваля. При расчете сопла Лаваля пользуются следующие соотношения газовой динамики. Скорость звука а, м/с. текущая
(4.1)
где - показатель адиабаты; - газовая постоянная (Приложение Е); - температура в сечении, К. Уравнение Клапейрона (4.2) Уравнение неразрывности для массового расхода m: , (4.3) где - площадь сечения, м2. Число Маха М: (4.4) Коэффициент скорости : (4.5) где - скорость звука в критическом сечении, м/с Газодинамические функции давления: (4.6) Температуры (4.7) плотности , (4.8)
где - давление, температура и плотность заторможенного потока соответственно.
Геометрический расчет сопла
Геометрический расчет сопла заключается в определении длин входной части и выходной части . Расчет ведем по известным диаметрам на входе , в критике и выходе , а так же углы раствора входной и выходной частей сопла Лаваля. Результаты газодинамического и геометрического расчетов сводятся в таблицу по форме и представляются в виде графиков.
Таблица 4.1 - Результаты расчета
Примечание По окончании всех расчетов, необходимо предоставить результаты работы на одном плакате формата А1. При расчете разветвленного трубопровода - начертить пьезометрический график, при расчете короткого трубопровода – его схему, при расчете сопла Лаваля – основные характеристики всех полученных значений, взятых из таблицы конечных результатов, в виде графика в зависимости от характеристики сопла. Спецвопрос - оформить в надлежащем виде, в количестве не менее 6 печатных листов, используя формулы и графики. Список литературы
1. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. / Л.Г. Лойцянский. М.: Дрофа, 2003. 840 с. 2. Фалеев В.В. Гидравлические расчеты в теплоэнергетических системах: учеб. пособие / В.В. Фалеев, И.Г. Дроздов, С.В. Фалеев. - Воронеж: ВГТУ, 2000. 109 с. 3. Альтшуль А.Д. Гидравлические сопротивления. / А.Д Альтшуль. 2-е изд. - М.: Недра, 1982. - 223 с. 4. Самойлович Г.С. Сборник задач по гидроаэромеханике: учеб. пособие / Г.С. Самойлович. В.В, Нитусов. - М.: Машиностроение, 1986. - 162 с. 5. Теплофизические свойства веществ: справочник. - М.: Энергоиздат, 1982. - 406 с. 6. СТП ВГТУ 62-2007. Текстовые документы (курсовые работы (проекты), рефераты, отчеты по лабораторным работам, курсовые работы). Правила оформления. - Воронеж: ВГТУ, 2007. – 53 с.
ПРИЛОЖЕНИЕ А
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Таблица насосов
Продолжение приложения Б
ПРИЛОЖЕНИЕ В
Таблица КМС
|