ТОП 10:

Кинематика и динамика жидкости.



Введение

Гидравлика, изучающая законы равновесия и движения жидкости и способы приложения этих законов к решению практических задач, является одной из технических наук, составляющих фундамент инженерных знаний. Практическое значение гидравлики возрастает в связи с потребностями современной техники в создании высокопроизводительных средств на основе гидропривода.

В настоящее время, очевидно, не найти область техники, в которой не использовались бы законы гидравлики, гидравлические машины, различные гидравлические устройства и гидропневмоприводы.

В результате изучения дисциплины «Гидравлические и пневматические системы» инженер должен знать основные законы гидравлики, основы теории гидравлических машин и приводов, используемых в автомобильной технике и автомобильном хозяйстве, знать и понимать различные гидравлические явления, сущность рабочих процессов, происходящих в гидравлических объемных и динамических передачах и приводах, уметь производить разнообразные гидравлические расчеты, правильно выбирать гидромашину, гидропередачу или гидропривод, грамотно задавать их главные рабочие параметры, а также уметь технически грамотно организовать эксплуатацию автомобильной техники и автомобильного хозяйства.

При организации использования, обслуживания и ремонта автомобилей в автомобильном хозяйстве широко используются различные гидравлические системы и устройства, которые необходимо знать и уметь грамотно эксплуатировать.

Контрольное задание должно быть выполнено каждым студентом с целью помочь выработать навыки применения теоретических знаний для решения конкретных технических задач, а также научит студентов самостоятельно производить расчет элементов насосной установки и гидравлической системы трубопроводов.

Учебно-методическое пособие содержит:

общие сведения о кинематике и динамике жидкости;

особенности расчета простых и сложных трубопроводов;

особенности расчета насосных установок;

выписка из каталогов центробежных насосов различных типов с их характеристиками;

технические задания для расчета, методика расчета гидравлической системы и контрольный вариант расчета одного из предлагаемых заданий с использованием традиционных методов, а также с использованием математического пакета Math Cad 2007;

перечень вопросов для защиты контрольного задания;

список используемой литературы.


 

Общие данные к расчету

1. Система предназначена для подачи воды к пункту мойки машин (в точке 6).

2. В системе имеется постоянный отбор воды в точке 5.

3. Основные данные брать из таблицы 3 в соответствии с личным шифром задания. Выбор и определение промежуточных данных производить по рекомендациям, изложенным в данном пособии.

 

Таблица 3

Обозначение Размерность t ºС Z 3-6 м Q5 л/с Q6 л/с l0-2 м l2-3 м l3-6 м d0-3 мм d3-6 мм P6 бар ∆ мм
№ столбца № строки
2,5 0,1
3,5 0,2
4,2 0,5
5,0
6,0 1,2

 

Условные обозначения в таблице означают:

Z3.6- высота расположения трубопроводов 3 - 6в м

Q5 и Q6 -расход воды в точках 5 и 6в л/с

l0-2 , l2-3, l3-6 - длина трубопроводов 0-2, 2-3, 3-6 в м

d0-3 - диаметр трубопроводов на участке 0-3 в мм

d3-6 - диаметр трубопроводов на участке 3-6 в мм

Р6 - давление воды перед выходом в точке 6 в бар (абс)

∆- шероховатость труб в мм

t - температура воды в ºС

 

Определение данных к расчету

Данные к расчету помешены в таблице 3. Выбор данных к расчету производится в соответствии с личным шифром задания.

Порядковый номер цифры шифра соответствует номеру вертикальной колонки. Цифра шифра соответствует номеру строки.

Пример определения данных к расчету по заданному шифру 2,1, 1,2. 1,3,3,4,3,2,4.

Это соответствует следующим данным:

t = 20°C, Z3-6=3м, Q5=1л/с,

Q6 = 4 л/с, l0-2 = 10 м, 12-3 = 20 м,

l3-6 = 40 м, d0-3 = 80 мм, d3-6 = 70 мм,

Р6 = 3,6 бар, ∆=1 мм.

 

Примерный расчет и методические указания к его выполнению

Выполнить расчет элементов насосной установки и трубопроводов парковой сети. Основные данные взять в соответствии с шифром: 2, 1, 1, 2, 1, 3,3, 4, 3, 2, 4. (Данные: смотри пример).

Определение расходов воды по участкам

Участок 0-3:

Участок 3-6:

Одинаковым диаметром труб

 

Определение потерь напора

Определение потерь напора на участке 0-3

h0-3 = hтр0-3 + hм0-3

Длина труб на участке 0-3

10-3= l0-2+ l2-3= 10+20 = 30 м.

Потери напора на трение по длине определяем по формуле:

,

где λ - коэффициент трения (определен по графику рисунок 1)

l-длина трубы, м;

d - диаметр трубы, м;

υ - средняя скорость движения жидкости в трубе, м/с.

Местные потери на участке 0-3 складываются из местных потерь при проходе через приемную сетку и обратный клапан, поворот на 90° и задвижку в открытом положении.

.

Коэффициент местных потерь для клапана с сеткой определяем в зависимости от диаметра трубопровода.

 

Таблица 5

D, мм
ξкл 8,5 8,0 6,5 5,5 4,5 3,5

 

Принимаем ξ= 8,5 .

Коэффициент местных потерь на поворот 90° принимаем по таблице 5 в зависимости от отношения диаметра трубы к радиусу поворота по осевой линии.

Рисунок 11

Таблица 6

d/R 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,4 1,6 1,8 2,0
ξ 0,13 0,14 0,16 0,21 0,29 0,66 0,98 1,41 1,98

 

Принимаем d/R = 1, следовательно

ξ = 0,29.

Коэффициент местных потерь при проходе через вентиль с прямым шпинделем в открытом положении

ξ = 3…5,5.

 

Принимаем ξв=4.

Местные потери на участке 0-3 складываются из местных потерь участков

Общие потери напора на участке 0-3 складываются из потерь на трение подлине трубы и на местные потери напора

Определение потерь напора на участке 3-6.

Потери напора на трение по длине

Местные потери складываются из потерь в тройнике (точка 3): потерь на внезапное сужение в переходе из трубы диаметром 80 мм в трубу диаметром 70 мм и потерь на поворот 90° (точка 4).

Коэффициент местных потерь при проходе через тройник с поворотом на 90° равен 1,5. ξ = 1,5

Рисунок 12

Коэффициент местного сопротивления на внезапное сужение трубопровода определяем по таблице как функцию отношения площадей сечения

Рисунок 13

S2/S1 0,1 0,2 0,4 0,8 1,0
ξсуж 0,50 0,42 0,34 0,15

ξсуж = 1,5

Коэффициент потерь в местном сопротивлении на поворот 90° определяем аналогично, как на участке 0-3, в зависимости от d/R

Принимаем d/R =1, ξ = 0,29.

Потери напора в местных сопротивлениях на участке 3-6:

Общие потери напора на участке 3-6 складываются из потерь напора на трение и местные потери

Общие потери напора на участке 0-6 складываются из всех шпон потерь напора на этом участке

Москва 1987

1. Нацентробежные консольные насосы общего назначения типов К и КМ для воды (таблица 9, рисунок 15). Насосы горизонтальные одноступенчатые консольные с односторонним вводом жидкости к рабочему колесу. Температура воды не более 85 °С, содержание твердых включений до 0,2 мм, концентрация до 0,1%. Проточная часть изготовляется из серого чугуна. Насосы изготавливаются с подачей от 1.4 до 100 л/с с напором от 10 до 90 м

Обозначение: К - консольные, далее цифра - подача в м3 час, следующая цифра - напор в м

2. На центробежные, многоступенчатые секционные, горизонтальные типа МС (таблица 10, рисунок 16) для откачки нейтральных шахтных вод при температуре до плюс 60 ºС. Насосы могут быть использованы и в других областях для подачи воды и других чистых жидкостей.

3. На многоступенчатые секционные насосы, типа ЦНС (таблица 11).

 

Таблица 9 Техническая характеристика насосов К и КМ

Марка Подача л/с H м N об/мин Hдоп м N кВт D колеса мм ∆hдоп м
k 20/18 (2К9) 5,5. 1,45 3,5
К 20/30 (2К6) 5,5 2,65
К45/30 (3К9) 12,5 4,5 5.4
К 45/55 (3К6) 12,5 4,5 10,5
К 90/35 (4К-12) 35. 5,5 5,1
К 90/85 (4К-6) 5,5 5,1

 

 

Таблица 10

. Марка насоса Подача, л/с Напор, Нм Мощность насоса, кВт кпд %  
МС 30мг2 6,1-8,3 50-54 6,2-6,5 55-63 2-секционный
МС 30мг3 6,1-8,4 81-75 8,9-9,8 55-63 З-секционный
МС-мг4 61-83-125 108-100-72 11,8-13-14,8 55-63 4-секционный

 

Таблица 11 Многоступенчатые секционные насосы (ГОСТ 10407-70) типа ЦНС (выписка)

  Подача Напор столб жидкости, м n, об/мин Высота всасывания кпд %
ЦНС 13-67 7,0 46-47
ЦНС 13-167
ЦНС 13-100
ЦНС 13-200
ЦНС 22-88 6.0 48-50
ЦНС 22-132
ЦНС 22-175
ЦНС 22-2
ЦНС 22-262
ЦНС 22-300 —-
ЦНС 38-40 6,0
ЦНС 38-60
ЦНС 38-80
ЦНС 38-100
ЦНС 38-120
ЦНС 38-140
ЦНС 38-200

 

 

Рисунок 15 Характеристики насоса К 20/30, КМ 20/30, (2К6, 2КМ6)

Рисунок 16 Характеристики насоса МС-30х4, МС-30х3, МС-30х2

 

Контрольные вопросы

1. Основное уравнение гидростатики.

2. Следствия закона гидростатического давления.

2.1 О поверхностях равного давления.

2.2 О передаче поверхностного давления в жидкости.

2.3 О сообщающихся сосудах.

2.4 О гидростатическом парадоксе.

3. Что называется гидростатическим давлением? В каких единицах оно измеряется? Что называется абсолютным давлением, манометрическим давлением, вакуумом?

4. Виды движения жидкости. Параметры потока жидкости.

5. Уравнение постоянства расхода (неразрывности потока).

6. Уравнение Бернулли и гидравлические потери.

7. Уравнения для расчета потерь напора по длине трубы и местных потерь напора.

8. Особенности гидравлического расчета трубопроводов.

9. Основные параметры гидравлических машин: расход, напор, мощность, КПД.

10. Понятие, свойства кавитации. Кавитация в лопастных насосах.

11. Вакуумметрическая и геометрическая высота всасывания.

 

Приложение

Одинаковым диаметром труб

Вычисляется по формуле

Участок 0-3

Участок 3-6

Определение потерь напора

Участок 0-3

длина труб на участке 0-3

L03 = 30 м

потери напора на трение по длине

,

где λ-коэффициент трения

L- длина трубопровода, м,

D- диаметр трубы, м,

V- средняя скорость движения жидкости в трубе, м/с.

местные потери на участке 0-3 складываются из местных потерь при прохождении через приемную сетку и обратный клапан, поворот на 90°, задвижку в открытом положении

.

Коэффициент местных потерь для клапана с сеткой определяем в зависимости от диаметра трубопровода

 

ξkl=f(D)

d=75 мм

 

 

D, мм
ξkl 8,5 6,5 5,5 4,5 3.5

Таблица

ξkl(d)=8.5

ξkl:=ξkl(d)

Коэффициент местных потерь на поворот 90° принимаем по таблице в зависимости от отношения диаметра трубы к радиусу поворота по осевой линии.

R:=90º

dr:=d/R

dr = 0.833

Таблица

d/r 0,2 0,4 0,6 0,8 1,4 1,6 1,8
0,13 0,14 0,16 0,21 0,29 0,66 0,98 1,41 1,98

 

ξ(dr)=0.21

ξ:=ξ(dr)

Коэффициент местных потерь при проходе через вентиль с прямым шпинделем в открытом положении ξ v:=3…5.5 принимаем ξ v:=4

Местые потери на участке 0 - 3 складываются из местных потерь участков

 

Общие потери напора на участке 0 - 3 складываются из потерь на трение по длине трубы и на местные потери напора

Участок 3-6

Потери напора на трение по длине

Местные потери складываются из потерь в тройнике потерь на внезапное сужение в переходе из трубы, диаметром 80мм в трубу диаметром 70мм и потерь на поворот 90°. Коэффициент местных потерь при переходе через тройник с поворотом на 90°.

ξtr:=1.5

Коэффициент местного сопротивления на внезапное сужение трубопровода определяем по таблице как функцию отношения площадей сечения.

ξсуж=f(S2/S1)

ξS:=(D36/D03)2

ξS=0.766

Таблица

S2/S1 0.1 0.2 0.4 0.8
ξsyg 0.5 0.42 0.34 0.15

 

ξsyg(ξS)=0.34

ξsyg:= ξsyg(ξS)

Коэффициент потерь в местном сопротивлении на поворот 90° определяем аналогично, как на участке 0-3 в зависимости от d/R

принимаем d/R=1 ξ:= 0.29

потери напора в местных сопротивлениях на участке 3-6

Общие потери напора на участке 3-6 складываются из потерь напора на трение и местные потери.

 

 

Общие потери напора на участке 0-6 складываются из всех видов потерь напора на этом участке.

 

Определение эффективного напора насоса

Эффективный напор, развиваемый насосом, расходуется

1 На преодоление геометрической высоты подъема жидкости

Z46-Z0=3 м.

2 На преодоление разности давлений в начале и конце трубопроводов

3 На компенсацию всех видов гидравлических потерь в трубопроводах

Hpot=2.684 м

4. На создание разности скоростных напоров на выходе и входе в систему

Поскольку уровень в водоеме не изменяется, скорость жидкости V0=0. Коэффициент неравномерности скоростей принимаем

Эффективный напор насоса

He=29.11 м

Побор насоса (таблицы 9,10,11; рисунок 15,16). По каталогу "Центробежные колесные насосы типов К и КМ для воды" 1987 года выбираем насос, обеспечивающий напор 30 метров для подачи 5,5 л/с.

Насосы типа К 20/30 (2К6) имеют подачу воды 20 м3/ч.

Насос горизонтальный, одноступенчатый с односторонним вводом жидкости Допускаемая температура воды не более 85 °С. Детали проточной части изготовлены из чугуна.

По графику характеристики насоса (рисунок 15) устанавливаем, что при производительности 5 л/с насос с диаметром рабочего колеса 162 мм может развивать напор 32 м, обеспечивая при этом близкое к максимальному значение КПД-60%. Частота вращения колеса насоса 2900 об/мин.

Введение

Гидравлика, изучающая законы равновесия и движения жидкости и способы приложения этих законов к решению практических задач, является одной из технических наук, составляющих фундамент инженерных знаний. Практическое значение гидравлики возрастает в связи с потребностями современной техники в создании высокопроизводительных средств на основе гидропривода.

В настоящее время, очевидно, не найти область техники, в которой не использовались бы законы гидравлики, гидравлические машины, различные гидравлические устройства и гидропневмоприводы.

В результате изучения дисциплины «Гидравлические и пневматические системы» инженер должен знать основные законы гидравлики, основы теории гидравлических машин и приводов, используемых в автомобильной технике и автомобильном хозяйстве, знать и понимать различные гидравлические явления, сущность рабочих процессов, происходящих в гидравлических объемных и динамических передачах и приводах, уметь производить разнообразные гидравлические расчеты, правильно выбирать гидромашину, гидропередачу или гидропривод, грамотно задавать их главные рабочие параметры, а также уметь технически грамотно организовать эксплуатацию автомобильной техники и автомобильного хозяйства.

При организации использования, обслуживания и ремонта автомобилей в автомобильном хозяйстве широко используются различные гидравлические системы и устройства, которые необходимо знать и уметь грамотно эксплуатировать.

Контрольное задание должно быть выполнено каждым студентом с целью помочь выработать навыки применения теоретических знаний для решения конкретных технических задач, а также научит студентов самостоятельно производить расчет элементов насосной установки и гидравлической системы трубопроводов.

Учебно-методическое пособие содержит:

общие сведения о кинематике и динамике жидкости;

особенности расчета простых и сложных трубопроводов;

особенности расчета насосных установок;

выписка из каталогов центробежных насосов различных типов с их характеристиками;

технические задания для расчета, методика расчета гидравлической системы и контрольный вариант расчета одного из предлагаемых заданий с использованием традиционных методов, а также с использованием математического пакета Math Cad 2007;

перечень вопросов для защиты контрольного задания;

список используемой литературы.


 

Кинематика и динамика жидкости.

Основным уравнением гидродинамики, применяемым в гидравлических расчетах потока реальной жидкости при установившемся движении, является уравнение Бернулли

, (1)

где z - геометрический напор - возвышение центра тяжести живого сечения над произвольно выбранной горизонтальной плоскостью сравнения (в энергетическом отношении - это удельная, отнесенная к единице веса жидкости энергия положения);

р/ρg - пьезометрический напор, т.е. превышение уровня жидкости в пьезометре над точкой, аппликата которой h (удельная энергия давления);

(z+p/ρg) - превышение уровня жидкости в пьезометре над плоскостью сравнения (удельная потенциальная энергия);

αv2/2g - скоростной напор (удельная кинетическая энергия);

α - коэффициент неравномерности распределения скоростей по сечению потока (коэффициент Кориолиса) для ламинарного и турбулентного режимов движения;

z+p/ρg + αv2/2g - полная удельная механическая энергия;

𝛴hn1-2 - количество удельной механической энергии, которую жидкость теряет при преодолении гидравлических сопротивлений на пути между сечениями 1 и 2.

Эта часть механической энергии в результате работы сил трения переходит в тепловую энергию и рассеивается в пространстве. Эти потери механической энергии называются гидравлическими потерями. Они состоят из местных гидравлических потерь hм и гидравлических потерь по длине трубопровода hтр (hд).

Физический смысл уравнения Бернулли: при установившемся движении жидкости сумма трех удельных -энергий остается неизменной вдоль потока и равной общему запасу удельной -энергии. Уравнение Бернулли можно выразить и в следующем виде, где все члены представляют собой энергию, отнесенную к единице объема:

, (2)

При решении практических задач для установившегося движения несжимаемой жидкости вместе с уравнением Бернулли применяется и уравнение постоянства расхода, т.е. равенства расхода во всех сечениях установившегося потока

; (3)

(v1/v2=S2/S1)

где v - средняя скорость в живом сечении потока;

S - площадь живого сечения.

При решении практических задач целесообразно руководствоватьсяследующим:

уравнения Бернулли (1), (2), а также уравнение постоянства расхода (3) применяются лишь для установившегося движения вязкой несжимаемой жидкости. Движение жидкости между расчетными сечениями должно быть параллельно - структурным или плавно изменяющимся;

уравнение Бернулли составляется для двух живых сечений нормальных к направлению скорости. Эти сечения должны располагаться на прямолинейных участках потока;

одно из расчетных сечений необходимо брать там, где требуется определить давление р, геометрический напор z или скорость v, второе, где z, р и v известны;

нумеровать расчетные сечения следует так, чтобы жидкость двигалась от 1 ко 2 сечению. В противном случае меняется знак потерь напора 𝛴hn1-2 ;

плоскость сравнения должна быть горизонтальной. Высота положения центра тяжести живого сечения z выше плоскости сравнения считается положительной, а ниже - отрицательной;

последний член уравнения учитывает все потери напора между расчетными сечениями - как местные, так и потери на трение;

если в уравнении Бернулли имеется ряд неизвестных скоростей, то к нему дополнительно дописывается столько уравнений постоянства расхода, сколько есть неизвестных скоростей.

После этого все скорости выражаются через одну скорость, которая уже рассчитывается по написанному уравнению Бернулли.







Последнее изменение этой страницы: 2017-02-10; Нарушение авторского права страницы

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.94.200.93 (0.039 с.)