рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Гидравлика. Конспект лекций

Гидравлика. Конспект лекций - раздел Приборостроение, ...

Министерство образования и науки Российской Федерации

Московский государственный технологический университет

«Станкин»

Учебно-методическое объединение по образованию

в области автоматизированного машиностроения (УМО АМ)

Сазанов И. И.

Гидравлика

Конспект лекций

Допущено Учебно-методическим объединением вузов по образованию в области автоматизированного машиностроения (УМО АМ) в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлениям подготовки: бакалавров и магистров - «Технология, оборудование и автоматизация машиностроительных производств»; дипломированных специалистов - «Автоматизированные технологии и производства».

Москва 2004


УДК 621

Сазанов И. И.

Станкин, 2004 — 292 с. В учебном пособии рассмотрены основные законы и уравнения гидравлики,… Изложены основные вопросы, направленные на приобретение студентами теоретических знаний и практических навыков по…

Рецензенты:

Навроцкий К.Л., доктор технических наук, профессор Московского автомобильно-дорожный института (технического университета).
Артюшин Ю.В., руководитель отдела дидактики ООО «ФЕСТО РФ», кандидат технических наук, доцент.

©Кафедра систем приводов МГТУ «Станкин», 2004

Сазанов Игорь Иванович

Гидравлика. Конспект лекций.

Учебное пособие.

Лицензия на издательскую деятельность ЛР 01741 от 11.05.2000

Подписано в печать .2004 Формат

Уч. изд. л. . Тираж экз. Заказ №

Отпечатано в Издательском Центре МГТУ «СТАНКИН»

127055, Москва, Вадковский пер., д. 3 а

Содержание

Лекция 1. Введение_ 7

Зачем гидравлика в машиностроении?_ 9

Жидкость как объект изучения гидравлики_ 12

Гипотеза сплошности_ 13

Лекция 2. Основные физические свойства жидкостей_ 14

Плотность_ 14

Удельный вес 15

Относительный удельный вес 15

Сжимаемость жидкости_ 16

Температурное расширение жидкости_ 18

Растворение газов_ 19

Кипение 20

Сопротивление растяжению жидкостей_ 20

Вязкость_ 21

Закон жидкостного трения – закон Ньютона 22

Анализ свойства вязкости_ 23

Неньютоновские жидкости_ 24

Определение вязкости жидкости_ 25

Лекция 3. Эксплуатационные свойства жидкостей_ 27

Изменение характеристик рабочих жидкостей_ 29

Загрязнение во время поставки, хранения и заправки_ 29

Загрязнение в процессе изготовления, сборки и испытания 30

Загрязнение в процессе эксплуатации_ 31

Распад жидкости под действием различных факторов_ 31

Последствия загрязнения рабочей жидкости_ 32

Применяемые жидкости_ 34

Лекция 4. Гидростатика_ 35

Силы, действующие в жидкости_ 35

Массовые силы_ 35

Поверхностные силы_ 36

Силы поверхностного натяжения 36

Силы давления 38

Свойства гидростатического давления 39

Основное уравнение гидростатики_ 42

Следствия основного уравнения гидростатики_ 43

Приборы для измерения давления_ 43

Лекция 5. Дифференциальные уравнения равновесия покоящейся жидкости_ 47

Частные случаи интегрирования уравнений Эйлера_ 50

Покой жидкости под действием силы тяжести_ 50

Физический смысл основного закона гидростатики_ 51

Прямолинейное равноускоренное движение сосуда с жидкостью_ 53

Покой при равномерном вращении сосуда с жидкостью_ 54

Лекция 6. Давление жидкости на окружающие её стенки 57

Сила давления жидкости на плоскую стенку_ 57

Центр давления_ 58

Сила давления жидкости на криволинейную стенку_ 61

Круглая труба под действием гидростатического давления 63

Гидростатический парадокс 64

Основы теории плавания тел_ 64

Лекция 7. Кинематика жидкости_ 66

Виды движения (течения) жидкости_ 66

Типы потоков жидкости_ 68

Гидравлические характеристики потока жидкости_ 69

Струйная модель потока_ 71

Лекция 8. Уравнения неразрывности_ 73

Уравнение неразрывности для элементарной струйки жидкости_ 73

Уравнение неразрывности в гидравлической форме для потока жидкости при установившемся движении_ 74

Дифференциальные уравнения неразрывности движения жидкости_ 74

Лекция 9. Динамика жидкостей_ 81

Дифференциальные уравнения Эйлера для движения идеальной жидкости_ 81

Преобразование уравнений Эйлера_ 83

Исследование уравнений Эйлера_ 84

Дифференциальные уравнения движения вязкой жидкости (уравнения Навье-Стокса) 86

Лекция 10. Интегрирование уравнений Эйлера_ 89

Уравнение Бернулли_ 90

Уравнение Бернулли для струйки идеальной жидкости_ 90

Геометрическая интерпретация уравнения Бернулли_ 92

Энергетическая интерпретация уравнения Бернулли_ 94

Уравнение Бернулли для потока идеальной жидкости_ 95

Уравнение Бернулли для потока реальной жидкости_ 96

Лекция 11. Режимы течения жидкостей_ 99

Два режима течения жидкости_ 99

Физический смысл числа Рейнольдса_ 101

Основные особенности турбулентного режима движения_ 102

Возникновение турбулентного течения жидкости_ 103

Возникновение ламинарного режима_ 104

Лекция 12. Гидравлические сопротивления в потоках жидкости 106

Сопротивление потоку жидкости_ 106

Гидравлические потери по длине 108

Ламинарное течение жидкости_ 110

Лекция 13. Турбулентное течение жидкости_ 116

Вязкое трение при турбулентном движении_ 116

Турбулентное течение в трубах_ 118

Турбулентное течение в гладких трубах_ 119

Турбулентное течение в шероховатых трубах_ 120

Выводы из графиков Никурадзе 123

Лекция 14. Местные гидравлические потери_ 124

Местные гидравлические сопротивления_ 124

Виды местных сопротивлений_ 126

Внезапное расширение. Теорема Борда - Карно_ 126

Внезапное сужение потока 129

Постепенное расширение потока 130

Постепенное сужение потока 132

Внезапный поворот потока 133

Плавный поворот потока 133

Лекция 15. Критерии подобия_ 134

Основы теории подобия, геометрическое и динамическое подобие 134

Критерии подобия для потоков несжимаемой жидкости_ 135

Критерий подобия Ньютона 135

Критерий подобия Эйлера 136

Критерий подобия Рейнольдса 137

Критерий подобия Фруда 139

Заключение о подобии напорных потоков_ 140

Лекция 16. Истечение жидкости из отверстий и насадков 141

Сжатие струи_ 141

Истечение через малое отверстие в тонкой стенке 142

Истечение через насадки_ 145

Лекция 17. Гидравлический расчет трубопроводов_ 147

Простые трубопроводы постоянного сечения_ 147

Последовательное соединение трубопроводов_ 149

Параллельное соединение трубопроводов_ 151

Разветвлённые трубопроводы_ 153

Трубопроводы с насосной подачей жидкости_ 154

Лекция 18. Гидравлический удар в трубопроводах_ 157

Скорость распространения гидравлической ударной волны в трубопроводе 161

Ударное давление 165

Протекание гидравлического удара во времени_ 166

Разновидности гидроудара_ 167

Лекция 19. Особые случаи ламинарного течения_ 169

Ламинарное течение в зазорах_ 169

Ламинарное течение в плоских зазорах_ 169

Ламинарное течение в плоских зазорах с подвижной стенкой_ 171

Ламинарное течение в кольцевых зазорах_ 174

Ламинарное течение в трубах прямоугольного сечения 175

Смазочный слой в подшипнике 176

Лекция 20. Особые режимы течения жидкостей_ 180

Кавитационные течения_ 180

Течение с облитерацией_ 183

Течение с теплообменом_ 184

Течение при больших перепадах давления_ 185

Список литературы__ 190


Лекция 1. Введение

Механика, как раздел физики, изучает законы равновесия и движения материальных тел различных видов. Она разделяется на:

ü механику твёрдого тела, которая изучает покой и движение тел как совокупности сильно связанных материальных точек;

ü механику сыпучих сред, изучающую движение песчаных грунтов, зерна и других аналогичных тел;

ü механику жидких сред, в которой изучают равновесие и движение жидкости.

Часть механики жидких сред, которая рассматривает движение жидкости, а также силовое взаимодействие между жидкостью и обтекаемыми ею телами или ограничивающими ее поверхностями, называется гидромеханикой.

Раздел механики, в котором изучают движение газов и жидкостей и обтекание ими тел, называют аэромеханикой.

Прикладную часть гидромеханики, для которой характерен определенный круг технических вопросов, задач и методов их решения, называют технической механикой жидкости, или гидравликой.

Обычно гидравлику определяют как науку о законах равновесия и движения жидкостей и о способах приложения этих законов к решению практических задач. В гидравлике рассматриваются главным образом потоки жидкости, ограниченные и направленные твердыми стенками, т. е. течения в открытых и закрытых руслах (каналах). Можно сказать, таким образом, что в гидравлике изучают внутренние течения жидкостей и решают так называемую «внутреннюю» задачу в отличие от «внешней» задачи, связанной с внешним обтеканием тел сплошной средой, которое имеет место при движении твердого тела в жидкости или газе (воздухе). «Внешнюю» задачу рассматривают в собственно гидромеханике или аэрогидромеханике. Этот раздел в основном связан с потребностями авиации и судостроения.

В гидравлике при решении различных практических задач широко используются те или иные допущения и предположения, упрощающие рассматриваемый вопрос. Достаточно часто гидравлические решения основываются на результатах экспериментов, и потому в гидравлике применяется относительно много различных эмпирических и полуэмпирических формул. При этом, как правило, оцениваются только главные характеристики изучаемого явления и часто используются те или иные интегральные и осредненные величины, которые дают достаточную для технических задач характеристику рассматриваемых явлений.

По своему характеру техническая механика (гидравлика) близка к известным дисциплинам — сопротивлению материалов и строительной механике, в которых под тем же углом зрения изучаются вопросы механики твердого тела. Следует учитывать, что гидравлика, являясь общетехнической дисциплиной, может рассматриваться как «профессиональная физика жидкого тела», в которой, в частности, даются основы соответствующих гидравлических расчетов. Эти расчёты используются при проектировании инженерных гидротехнических сооружений, конструкций, а также гидросистем технологического оборудования, применяемых во многих областях техники.

Разумеется, что гидравлика разделяется на статику жидкости (гидростатику), кинематику потоков жидкости и динамику жидкости (гидродинамику).

Метод, применяемый в современной гидравлике при исследовании движения, заключается в следующем. Исследуемые явления сначала упрощают, и к ним применяют законы теоретической механики. Затем полученные результаты сравнивают с данными опытов, выясняют степень расхождения, уточняют и исправляют теоретические выводы и формулы для приспособления их к практическому использованию. Целый ряд явлений, крайне трудно поддающихся теоретическому анализу, ввиду своей сложности, исследуют экспериментальным путем, а результаты такого исследования представляют в виде эмпирических формул.

Особенно велико значение гидравлики в машиностроении, где приходится иметь дело с закрытыми потоками в трубах и давлениями, многократно превышающими атмосферное. Гидросистемы, состоящие из насосов, трубопроводов, различных гидроагрегатов, широко используют в машиностроении в качестве устройств передачи и преобразования энергии, жидкостного охлаждения, топливоподачи, смазки и др.

Можно также отметить, что имеет место и другой подход к классификации разделов механики жидких сред. В этом подходе говорят о двух разных методах исследования:

ü метод «технической механики жидкости» («технической гидромеханики», «гидравлики»),

ü метод «математической механики жидкости» («математической гидромеханики»).

В математической механике жидкости широко используется относительно сложный математический аппарат. Решения, получаемые в этом случае, оказываются более строгими в математическом отношении.

Как показал опыт, методы математической механики жидкости очень часто оказываются столь сложными, что громадное большинство практических задач, следуя этим методам, решить невозможно. Этим и объясняется возникновение и развитие технической, прикладной науки — технической механики жидкости, т. е. гидравлики, которая стремится дать приближенные ответы на все те вопросы, связанные с движущейся или покоящейся жидкостью, которые ставит перед нами практика.

Можно сказать, что в технической гидромеханике (в гидравлике) приближенно решаются сложные задачи при помощи простых методов. В математической же гидромеханике относительно точно решаются только некоторые простейшие задачи при помощи сложных методов.

Зачем гидравлика в машиностроении?

Важнейшей частью почти любого технологического оборудования, станка, пресса, робота и т.д. является привод. Простейшим образом привод можно понимать как совокупность устройств, предназначенных для преобразования и передачи энергии, необходимой для осуществления технологического движения с заданными кинематическими и силовыми характеристиками. В технике широко применяются механический, электрический, пневматический (газовый, чаще всего воздушный) и гидравлический приводы и их комбинации. Важнейшей характеристикой любого привода является крутящий момент (или сила), который он может обеспечивать при одних и тех же размерах или весе. Попытаемся сравнить по этому показателю электрический, пневматический и гидравлический приводы.

Для подобного анализа приводов рассмотрим основной, наиболее часто встречающийся элемент привода – двигатель вращения. Любой такой двигатель принципиально состоит из неподвижного статора и вращающегося внутри него ротора. При этом в любом двигателе можно считать, что ротор отталкивается от статора, в результате чего создаётся вращение.

Таким образом, можно считать, что между статором и ротором есть какая-то рабочая среда (рабочее тело), которая, упираясь в статор, толкает ротор. В электродвигателе это электромагнитное поле, в пневматическом двигателе это воздух, в гидродвигателе это жидкость. Чем больше сила отталкивания, тем больший крутящий момент развивает двигатель. Величина силы отталкивания зависит от того, как сильно сжата рабочая среда, т.е. от того, каковы внутренние напряжения рабочей среды.

Для любого двигателя (с некоторыми, непринципиальными допущениями) можно считать, что крутящий момент описывается функцией вида

где L – длина отталкивания ротора от статора,

r – радиус ротора,

δ – радиальный зазор между ротором и статором,

P – напряжённость рабочей среды,

Z – количество пар элементов, взаимодействующих в процессе отталкивания ротора от статора (пары полюсов, пластины гидро- или пневмодвигателя и т.п.).

Опираясь на эту функцию, легко определить предельно возможные максимальные напряжения для любого двигателя как отношение развиваемого им крутящего момента к его геометрическим размерам. Это формула будет иметь вид:

.

Величина P будет выражаться в единицах напряженности рабочей среды Н/м2.

Если таким способом проанализировать двигатели всех трёх типов, разделив их максимальные крутящие моменты на соответствующие геометрические характеристики, то можно установить следующее:

ü P электромагнитного поля - около 1 МПа

ü P газовой среды - около 1 МПа

ü P жидкостной среды - 6,3-40 МПа и выше.

Следовательно, гидравлический привод во многие разы и даже десятки раз более энергоёмкий, чем электрический и пневматический.


При этом гидравлический привод имеет еще одну, очень важную особенность, которую можно проиллюстрировать на следующем опыте. Возьмём три одинаковых цилиндра. В первый цилиндр поместим два магнита одноимёнными полюсами навстречу друг к другу так, чтобы верхний магнит мог играть роль подвижного поршня. Во втором, заполненном воздухом, и третьем, заполненном жидкостью, установим плотно пригнанные поршни. Ко всем трём поршням приложим силы, сжимающие рабочие среды: электромагнитное поле, воздух и жидкость. При увеличении сил поршни начнут опускаться, а напряжение рабочих сред P будет расти. В цилиндре с жидкостью перемещение будет практически незаметным по сравнению с остальными цилиндрами. Т.е. жидкость по сравнению с газом и электромагнитным полем, практически несжимаема в большом диапазоне сил. Последнее проиллюстрировано на графике. Это качество обеспечивает высокую жёсткость гидропривода в большом диапазоне нагрузок.

Описанные особенности гидравлического привода определяют область его использования в технике. В большинстве случаев его применение обусловлено необходимостью в высоких энергетических показателях при малом весе или габаритах.

Жидкость как объект изучения гидравлики

Жидкости,как и все вещества, имеют молекулярное строение. Они занимают промежуточное положение между газами и твердыми телами. Это определяется… Молекулы жидкости находятся в непрерывном хаотическом тепловом движении,… При этом надо заметить, что изменение температуры и давления приводят к изменениям свойств жидкостей. Установлено, что…

Гипотеза сплошности

По-другому такие тела (среды) называют капельными жидкостями. Капельные жидкости - это такие, которые в малых количествах стремятся принять… Очень часто в математических описаниях гидравлических закономерностей… Сплошная среда представляет собой модель, которая успешно используется при исследовании закономерностей покоя и…

Лекция 2. Основные физические свойства жидкостей

Плотность

Для однородных жидкостей можно считать, что

Удельный вес

Для однородных жидкостей можно считать: ,

Относительный удельный вес

Иногда удобно использовать такую характеристику жидкости, которая называется «относительный удельный вес». Это отношение удельного веса жидкости к удельному весу пресной воды

Единицы измерения: Относительный удельный вес - величина безразмерная.


Сжимаемость жидкости

Сжимаемость характеризуется коэффициентом объёмного сжатия (сжимаемости) βP, представляющим собой относительное изменение объёма жидкости W при… Знак минус в формуле указывает, что при увеличении давления объём жидкости уменьшается.

Температурное расширение жидкости

По аналогии со свойством сжимаемости жидкости можно записать

Растворение газов

    Если в закрытом сосуде жидкость находится в контакте с газом при давлении P1, то газ начнёт растворяться в жидкости.…   произойдёт насыщение жидкости газом и давление в сосуде изменится. Коэффициент растворимости связывает изменение…

Кипение

Жидкость можно довести до кипения повышением температуры до значений, больших температуры кипения при данном давлении, или понижением давления до… Жидкость, из которой удален растворенный в ней газ, называется дегазированной.…

Сопротивление растяжению жидкостей

Сопротивление растяжению жидкостейможет возникать только в дегазированных жидкостях. В опытах удавалось при центрифугировании дегазированной… Газы могут находиться в жидкости в растворенном и нерастворенном виде.…

Вязкость

- скорость слоя жидкости, - расстояние между соседними слоями жидкости. Медленно движущийся слой жидкости «тормозит» соседний слой жидкости, движущийся быстрее, и наоборот, слой, движущийся…

Анализ свойства вязкости

Зависимость коэффициента динамической вязкости от температуры выражается формулой вида: где μt – коэффициент динамической вязкости при заданной температуре,

Неньютоновские жидкости

Например, касательные напряжения подчиняются закону Такие жидкости называются вязкопластичными, и движение их слоёв начинается лишь после того, как будет преодолено…

Определение вязкости жидкости

во-вторых, выталкивающая (архимедова) сила

Лекция 3. Эксплуатационные свойства жидкостей

Антифрикционные (смазывающие) свойства заключаются в способности жидкости уменьшать силы трения между движущимися деталями. Данное свойство… Стабильность вязкости состоит в минимальной зависимости вязкости от… Температура кипения должна быть высокой, что обеспечивает работоспособность и стойкость жидкости в большом…

Изменение характеристик рабочих жидкостей

Наиболее существенным фактором, влияющим на свойства рабочих жидкостей, является количество и состав частиц загрязняющих эту жидкость.

Загрязнение рабочих жидкостей гидросистемы может происходить

§ во время поставки жидкостей, хранения и заправки их в гидросистему,

§ в процессе изготовления, сборки и испытания элементов гидросистемы,

§ в процессе эксплуатации,

§ за счёт распада самой жидкости под действием различных факторов.

Загрязнение во время поставки, хранения и заправки

· до 80% - кварц твёрдостью 7 единиц по десятибалльной шкале (Мооса), · до 17% - окись алюминия с твёрдостью 9 единиц, · полевой шпат с твёрдостью 6 - 6,5 единиц,

Последствия загрязнения рабочей жидкости

· затруднённость движения или полная остановка, · ошибки позиционирования привода, · отклонения от заданной скорости движения гидродвигателя,

Применяемые жидкости

Лекция 4. Гидростатика

Вследствие действия этих сил внутри жидкости возникают напряжения сжатия, которые в гидравлике называются давлением и обозначаются буквой P. В… а также определение сил, действующих со стороны жидкости на твёрдые стенки.

Силы, действующие в жидкости

Массовые силы

, где G – вес жидкости, W – объём жидкости,

Поверхностные силы

Поверхностные силы – силы, величины которых пропорциональны площади. К ним относят два вида сил. Силы поверхностного натяжения и силы вязкого трения. Последние проявляются только при движении жидкости и не играют никакой роли, когда жидкость находится в покое. Эти силы, как свойство вязкости, были рассмотрены при изучении свойств жидкостей.

Силы поверхностного натяжения

. где σ - коэффициент поверхностного натяжения, r - радиус сферической поверхности, которую принимает жидкость.

Силы давления

В общем случае поверхностная сила , действующая на площадке под некоторым углом к ней, может быть разложена на нормальную и тангенциальную… , или переходя, к пределу

Свойства гидростатического давления

В приведённой формулировке «внешняя поверхность» это любая поверхность, которую можно выделить внутри жидкости (даже мысленно), или поверхность… Доказывается первое свойство путём рассуждений методом «от противного». Рассмотрим покоящуюся жидкость. Известно, что жидкость плохо сопротивляется касательным усилиям. Если бы сила, от…

Основное уравнение гидростатики

A – произвольная точка в жидкости, ha – глубина т. А, P0 - давление внешней среды,

Следствия основного уравнения гидростатики

Вторым следствием является тот факт, что на равной глубине в покоящейся жидкости давление одинаково. В результате можно говорить о поверхностях…

Приборы для измерения давления

К приборам первого типа можно отнести пьезометры. Они представляют собой вертикальную трубку, обычно прозрачную. Если, например, нужно измерить… . С другой стороны, это же давление можно представить как

Лекция 5. Дифференциальные уравнения равновесия покоящейся жидкости

Первый вариант соответствует абсолютному покою или равномерному движению сосуда с жидкостью. Такой вариант рассматривался при выводе основного… Второй вариант – вращение сосуда с жидкостью с постоянной угловой скоростью… Третий вариант аналогичен второму, только вращение осуществляется вокруг произвольно расположенной вертикальной оси.…

Частные случаи интегрирования уравнений Эйлера

Сначала рассмотрим простейший случай покоя. Жидкость находится под действием силы тяжести. Это означает, что проекции ускорений на оси X и Y… , , . Тогда полный дифференциал давления после подстановки в него ускорений примет вид:

Физический смысл основного закона гидростатики

Рассмотрим произвольную точку a внутри покоящегося объёма жидкости, которая расположена на какой-то высоте относительно некоторого произвольного… dW Вблизи т. a выберем элементарный объём dW.…

Прямолинейное равноускоренное движение сосуда с жидкостью

    Рассмотрим сосуд с жидкостью, движущийся с постоянным ускорением a. Жидкость в этом сосуде займёт новое равновесное положение. Равновесие объёма…

Покой при равномерном вращении сосуда с жидкостью

Из рисунка видно, что Выразим отсюда dz :

Сила давления жидкости на плоскую стенку

Если проинтегрировать это выражение по площади, можно определить полную силу,…

Центр давления

Для нахождения центра избыточного давления жидкости применим уравнение механики, согласно которому момент равнодействующей силы относительно оси 0X… где YD - координата точки приложения силы Fизб,

Сила давления жидкости на криволинейную стенку

Во втором варианте жидкость действует на стенку снаружи. Рассмотрим оба этих варианта. В первом случае выделим объём жидкости, ограниченный рассматриваемым участком… Условие равновесия объёма ABCD в вертикальном направлении выглядит, так:

Круглая труба под действием гидростатического давления

Для труб небольшого диаметра, которые применяются в машиностроительном…

Гидростатический парадокс

В соответствии с общей формулой определения силы, действующей на плоскую поверхность , можно вычислить силу, действующую на дно сосуда. Для всех трёх сосудов эти силы окажутся одинаковыми и независящими от…

Основы теории плавания тел

Вертикальная составляющая силы dF1 будет: Вертикальная составляющая силы dF2 будет:

Лекция 7. Кинематика жидкости

и .

Виды движения (течения) жидкости

Неустановившееся движение – такое, при котором в любой точке потока скорость движения и давление с течением времени изменяются, т.е. u и P зависят… и . Примером неустановившегося движения может являться вытекание жидкости из опорожняющегося сосуда, при котором уровень…

Типы потоков жидкости

    Напорные потоки (напорные движения) - это такие, когда поток ограничен твердыми стенками со всех сторон, при этом в…

Гидравлические характеристики потока жидкости

Живым сечением потока называется поверхность (поперечное сечение), нормальная ко всем линиям тока, его пересекающим, и лежащая внутри потока… Смоченный периметр потока – линия, по которой жидкость соприкасается с… В напорных потоках смоченный периметр совпадает с геометрическим периметром, так как поток жидкости соприкасается со…

Струйная модель потока

. С учётом понятия средней скорости, которая во всех точках живого сечения… Wtср =ωVср.

Лекция 8. Уравнения неразрывности

Уравнение неразрывности для элементарной струйки жидкости

Рассмотрим элементарную струйку несжимаемой жидкости при установившемся движении, в которой выделим два произвольных сечения 1-1 и 2-2,… Очевидно, что

Уравнение неразрывности в гидравлической форме для потока жидкости при установившемся движении

или

Дифференциальные уравнения неразрывности движения жидкости

Рассмотрим то же самое движение жидкости, опираясь на важнейший закон механики - закон сохранения массы. Рассмотрим движение со скоростью u некоторого произвольного объёма W…

Лекция 9. Динамика жидкостей

, , ,

Дифференциальные уравнения Эйлера для движения идеальной жидкости

Так же как и в случае вывода дифференциальных уравнений дляпокоящейся жидкости, систему уравнений, выражающую силы, действующие на выделенный объём,… , ,

Преобразование уравнений Эйлера

Проанализируем полученную функцию. Первые три слагаемые () по существу являются суммой инерционных сил или веса, действующих в жидкости. Обозначим эту…

Исследование уравнений Эйлера

Тогда это уравнение для dux после деления на dt будет выглядеть:

Дифференциальные уравнения движения вязкой жидкости (уравнения Навье-Стокса)

, на верхней она будет отличаться на величину приращения касательных напряжение… .

Лекция 10. Интегрирование уравнений Эйлера

Движение жидкости описывается обобщённой формой уравнений Эйлера . В рассматриваемом случае, когда движение жидкости осуществляется исключительно под действием силы тяжести, силовая…

Уравнение Бернулли

Выше уравнение Бернулли для струйки идеальной жидкости получено строгими математическими методами, использующимися в классической гидромеханике. То же уравнение можно получить (нестрого), используя рассуждения, которые часто применяются в гидравлике.

Уравнение Бернулли для струйки идеальной жидкости

Будем считать, что движение струйки жидкости происходит только под действием силы давления (внутреннее трение в жидкости отсутствует), а давление…     За малый промежуток времени dt частицы жидкости… Согласно теореме кинетической энергии приращение энергии тела (в данном случае выделенного объёма жидкости) равно…

Геометрическая интерпретация уравнения Бернулли

· Как и в гидростатике, величину Z называют нивелирной высотой. · Второе слагаемое - носит название пьезометрическая высота. Эта величина… · Сумма первых двух членов уравнения ¾ гидростатический напор.

Энергетическая интерпретация уравнения Бернулли

С физической точки зрения это отношение величины механической энергии к величине веса жидкости, которая этой энергией обладает. Таким образом,… . Физический смысл слагаемых, входящих в уравнение следующий:

Уравнение Бернулли для потока идеальной жидкости

где - масса жидкости плотностью , протекающей через живое сечение элементарной… .

Уравнение Бернулли для потока реальной жидкости

, где H1-1- напор в первом сечении потока жидкости, H2-2 - напор во втором сечении потока,

Лекция 11. Режимы течения жидкостей

Два режима течения жидкости

    Если увеличить скорость основного потока до величины V2 и повторить эксперимент с цветными струйками, то эпюры…     Если еще больше увеличить подачу жидкости до…     Однако до бесконечности увеличивать скорость при ламинарном режиме движения потока…

Физический смысл числа Рейнольдса

Так как силы инерции и силы вязкости в потоке жидкости зависят от многих причин, то при скоростях, близких к критической, могут возникать переходные…     Если скорость потока увеличивать, то ламинарный… переходит в турбулентный (зона 2) при скорости V′кр – верхняя критическая скорость. Ей соответствует верхнее…

Основные особенности турбулентного режима движения

ü По характеру движения частицы жидкости в турбулентном потоке ведут себя примерно так, как молекулы в представлении кинетической теории газов:… ü В турбулентном режиме происходит выравнивание эпюры распределения… ü С турбулентным движением связано так же усиление теплопередачи внутри жидкости.

Возникновение турбулентного течения жидкости

Переход к турбулентному режиму может происходить из ламинарного, например, в результате плавного или внезапного изменения диаметра трубы Такой же… Кроме перечисленных возможны и другие причины, особенно при режимах,…     .

Возникновение ламинарного режима

Однако после прохождения такого участка при входе жидкости в прямую трубу при соответствующей скорости устанавливается параболическое распределение… Длину такого участка можно определить из формулы Шиллера ,

Лекция 12. Гидравлические сопротивления в потоках жидкости

Сопротивление потоку жидкости

Естественно, что твёрдые стенки препятствуют свободному движению жидкости. Поэтому при относительном движении жидкости и твердых поверхностей… ü геометрическая форма потока, ü размеры потока,

Гидравлические потери по длине

, где - коэффициент сопротивления, обусловленный трением по длине. При равномерном движении жидкости на участке трубопровода постоянного диаметра d длиной l этот коэффициент…

Ламинарное течение жидкости

Для начала рассмотрим установившееся ламинарное течение в круглых трубах. В трубе диаметром 2r0 выделим цилиндрический объём жидкости между…   ,

Лекция 13. Турбулентное течение жидкости

Потери энергии (потери напора на трение) при турбулентном течении жидкости больше, чем при ламинарном, из-за значительных потерь на… В гидравлике для практических расчётов турбулентного течения жидкости в трубах… ,

Вязкое трение при турбулентном движении

. Масса жидкости, проходящая через площадку за время Δt, равна

Турбулентное течение в трубах

Многочисленными опытами установлено, что турбулентный поток, как правило, не соприкасается со стенками трубы, а занимает только центральную часть.… , где d – внутренний диаметр трубы,

Турбулентное течение в гладких трубах

· цельнотянутые трубы из цветных металлов, · трубы из алюминиевых сплавов, · стальные высококачественные бесшовные трубы,

Турбулентное течение в шероховатых трубах

. Экспериментальным изучением влияния числа Рейнольдса и относительной… Результаты этих исследований сведены к графику в логарифмических координатах.

Выводы из графиков Никурадзе

Ø При ламинарном течении шероховатость практически не влияет на сопротивление. Эксперимент практически полностью подтверждает с теоретические формулы.

Ø Критическое число Рейнольдса от шероховатости не зависит (штриховые кривые отклоняются от прямой A в одной точке).

Ø В области турбулентных течений при небольших числах Рейнольдса и малой шероховатости сопротивление от шероховатости не зависит (штриховая линия совпадает с прямой B), а с увеличением Re сопротивление возрастает.

Ø При больших значениях чисел Рейнольдса перестаёт зависеть от Re и становится постоянным для определённой относительной шероховатости.


Лекция 14. Местные гидравлические потери

Местные гидравлические сопротивления

; где - коэффициент местного сопротивления. Коэффициент местного сопротивления зависит от конкретных геометрических размеров местного сопротивления и его формы. В…

Виды местных сопротивлений

Внезапное расширение. Теорема Борда - Карно

При внезапном расширении потока в трубке от сечения 1 до сечения 2 жидкость не течёт по всему контуру стенок, а движется по плавным линиям токов.… Происходящая при внезапном расширении потеря напора может быть найдена с… .

Внезапное сужение потока

; где - коэффициент местного сопротивления за счёт сужения потока, - средняя скорость потока в самом узком месте основного русла (в сечении у),

Постепенное расширение потока

. Для определения этих величин рассмотрим круглый диффузор с углом отклонения… .

Постепенное сужение потока

С учётом сказанного, величину этих потерь можно определить по формуле, вывод которой аналогичен выводу формулы потерь на трение в диффузоре. Она… . Выражение для определения коэффициента потерь на трение в конфузоре будет иметь вид:

Внезапный поворот потока

. В гидросистемах подобных местных сопротивлений рекомендуется избегать.

Плавный поворот потока

Коэффициент местного сопротивления для плавного поворота можно определить по экспериментальным формулам. Для поворота под углом 900 и он равен ; для угла поворота более 1000

Лекция 15. Критерии подобия

Основы теории подобия, геометрическое и динамическое подобие

Из геометрии известно, что геометрическое подобие означает пропорциональность сходственных размеров и равенство соответствующих угло в. В гидравлике… Кинематическое подобие это подобие линий тока и пропорциональность… Динамическое подобие заключается в пропорциональности сил, действующих на сходственные элементы кинематически и…

Критерии подобия для потоков несжимаемой жидкости

Критерий подобия Ньютона

Рассмотрим, как поток жидкости наталкивается на безграничную стенку, установленную нормально к нему, и в результате, растекаясь по ней, меняет свое… , где - плотность жидкости,

Критерий подобия Эйлера

. Из условия неразрывности потока расходы в сечениях 1-1 и 2-2 с площадями… ,

Критерий подобия Рейнольдса

Уравнение Бернулли для этого случая примет вид: , или по аналогии с предыдущими рассуждениями, учтя, что , можно написать

Критерий подобия Фруда

В тех случаях, когда движение жидкости является безнапорным и происходит под действием разности нивелирных высот, условие подобия потоков описывается иначе, с помощью другого критерия подобия - числа Фруда. Этот критерий учитывает пропорциональность в отношениях сил инерции к силам тяжести. Однако для подавляющего большинства интересующих нас задач в области машиностроения этот критерий не имеет значения и рассматриваться не будет.

Заключение о подобии напорных потоков

Итак, в подобных напорных потоках имеем равенство безразмерных коэффициентов и чисел α, ζ, λ, Eu, Re, Ne. Изменение Re означает, что меняется соотношение основных сил в потоке, в связи с чем указанные коэффициенты могут также несколько меняться. Поэтому все эти коэффициенты следует рассматривать как функции Re (хотя в некоторых интервалах Re они могут оставаться постоянными).


Лекция 16. Истечение жидкости из отверстий и насадков

Основной вопрос, на который нужно найти ответ, состоит в том, как определить расход и скорость истечения через отверстия или насадки различной…

Сжатие струи

, где - площадь и диаметр отверстия, - площадь и диаметр совершенно сжатой струи.

Истечение через малое отверстие в тонкой стенке

Рассмотрим два сечения в этом резервуаре, обозначенные индексами 0 и С. Запишем уравнение Бернулли для этих условий: . Для описанных условий можно считать, что движения жидкости в сечении 0 нет, следовательно, скоростной напор равен…

Истечение через насадки

Во втором случае, как и при истечении через отверстие в тонкой стенке, струя жидкости вначале сжимается на некотором удалении от входного сечения,… . При этом расход жидкости через насадок при прочих равных условиях превышает расход в первом случае, а скорость…

Лекция 17. Гидравлический расчет трубопроводов

Важнейшей задачей, возникающей при проектировании множества гидросистем различного назначения, является задача определения энергетических… Реже встречается обратная задача, когда при известных энергетических… В машиностроении приходится иметь дело чаще всего с такими трубопроводами, движение жидкости в которых создаётся…

Простые трубопроводы постоянного сечения

Пусть простой трубопровод постоянного сечения расположен произвольно в пространстве, имеет общую длину l и диаметр d и содержит ряд местных… Запишем уравнение Бернулли сечений 1—1 и 2—2 ;

Последовательное соединение трубопроводов

В каждом из этих трубопроводов могут иметься свои местные сопротивления. Течение в жидкости в такой трубе подчиняется следующим условиям: ü расход на всех участках трубопровода одинаков, т.е. ; ü потери давления (напора) во всём трубопроводе равны сумме потерь на каждом участке :

Параллельное соединение трубопроводов

и

Трубопроводы с насосной подачей жидкости

Для этого рассмотрим наиболее простой случай трубопровода, по которому насос перекачивает жидкость из гидробака в ёмкость или полость с заданными… Запишем сначала уравнение Бернулли для сечений 2 и 3 ,

Лекция 18. Гидравлический удар в трубопроводах

Подробно рассмотрим его картину для случая полного и прямого гидравли     ческого удара. Будем считать, что в исходном состоянии трубопровод открыт. Жидкость движется… Трубопровод мгновенно закрывается. Слои жидкости, натолкнувшись на заслонку крана, останавливаются. Кинетическая…

Скорость распространения гидравлической ударной волны в трубопроводе

Такая ситуация рассматривалась при выводе уравнения неразрывности потока в дифференциальной форме, с той только разницей, что там рассматривалось… . Жидкость под действием указанного повышения давления устремится с некоторой скоростью а в слои с меньшим давлением, в…

Ударное давление

Импульс силы, под действием которого происходит это движение, равен: . Изменение количества движения рассматриваемого объёма длиной dL будет:

Разновидности гидроудара

Приведённые формулы справедливы только в том случае, если время закрытия крана… В том случае, если , возникает непрямой гидроудар. Для него характерно то, что отразившаяся от резервуара в начале…

Лекция 19. Особые случаи ламинарного течения

Ламинарное течение в зазорах

Ламинарное течение в плоских зазорах

  Вначале рассмотрим ламинарное течение в плоском зазоре с неподвижными стенками, расстояние между которыми… Начало системы координат для простоты поместим в середину зазора. В этом…

Ламинарное течение в плоских зазорах с подвижной стенкой

После интегрирования, получим

Ламинарное течение в кольцевых зазорах

Рассмотрим общий случай, когда поверхности, образующие зазор, расположены с эксцентриситетом e и, следовательно, величина зазора переменна и зависит… Если обозначить относительный эксцентриситет и учесть, что , то величина…  

Ламинарное течение в трубах прямоугольного сечения

  1 1,5 2 3 4 5 6 k 0,89 0,92 0,97 …   Число Рейнольдса для этого случая надо подсчитывать по учетверённому отношению площади поперечного сечения к его…

Смазочный слой в подшипнике

За счёт вращения цапфы и прилипания к её поверхности жидкости образуется гидравлический клин, в котором развивается гидродинамическое давление,… В результате совместного решения шести уравнений равновесия для вязкой… ,

Лекция 20. Особые режимы течения жидкостей

Кроме достаточно подробно рассмотренных в настоящем курсе видов движения жидкости: ламинарного и турбулентного, движения жидкости при прохождении различных сопротивлений, истечений через насадки и других, существуют и другие разновидности течения. Они описываются гораздо более сложным математическим аппаратом или не описываются вообще, либо требуют сложного экспериментального изучения. Ниже рассмотрим основные из них, нередко проявляющиеся в гидросистемах технологического оборудования.

Кавитационные течения

Например, при течении жидкости через местное сужение трубы происходит увеличение скорости и падение давления. Если абсолютное давление при этом… Это местное нарушение сплошности течения с образованием паровых и газовых…     Если в прозрачной трубке, диаметр которой сначала плавно уменьшается, а затем еще более…

Течение с облитерацией

Степень облитерации зависит от молекулярной структуры жидкости, причем это явление в большей степени проявляется в сложных, высокомолекулярных… С повышением температуры интенсивность адсорбции, а следовательно, и… Если одна из стенок, образующих зазор, приводится в движение, т.е. происходит сдвиг, то образованные адсорбционные…

Течение с теплообменом

Очевидно, что если по трубопроводу движется жидкость, температура которой значительно выше температуры окружающей среды, то такое течение… В обоих указанных случаях при течении жидкости осуществляется теплообмен с… Поэтому зависимости, полученные в предположении постоянства вязкости по сечению потока, при течении со значительным…

Течение при больших перепадах давления

Опыт показывает, что в таких случаях падение напора вдоль потока оказывается существенно нелинейным, а закон Пуазейля дает заметную погрешность. При таких течениях необходимо учитывать нагревание жидкости, которое ведёт к… Указанные факторы действуют и на расход: повышение температуры способствует его увеличению, а высокое давление в…

Список литературы

1. Башта Т.М. Гидравлика, гидравлические машины и гидравлические приводы.– М.: Машиностроение, 1970г.-504 с.

2. Башта Т.М. Машиностроительная гидравлика.- М.: Машиностроение, 1971г.-672 с.

3. Орлов Ю.М. Механика жидкости, гидравлические машины и основы гидропривода агрегатов ракетных комплексов. Учебное пособие. – М: ООО «Пресс-мастер», 2001.- 379с.

4. Иванов В.И., Навроцкий В.К., Сазанов И.И., Трифонов О.Н. Гидравлика и объемный гидропривод. Учебное пособие. - М.: ИЦ МГТУ «СТАНКИН», 2003. – 154 с.

5. Шейпак А.А. Гидравлика и гидропневмопривод: Учебное пособие. Ч1. Основы механики жидкости и газа. 2-е изд. Перераб. и доп. –М.: МГИУ, 2003. –192с.

6. Схиртладзе А.Г., Иванов В.И., Кареев В.Н. Гидравлические и пневматические системы.– М.: ИЦ МГТУ “Станкин”, Янус-К, 2003. –544с.

7. Станочные гидравлические системы. Под ред. Ф.Ю. Свитковского. – Ижевск-Екатеринбург, изд. Института экономики Ур. РАН., 2003. 239с.

8. Избаш С.В. Основы гидравлики. – М.: Государственное издательство литературы по строительству и архитектуре, 1952. 423с.

9. Чугаев Р.Р., Гидравлика: Учебник для вузов. – 4-е изд. доп. и перераб. - Л. Энергоиздат. Ленингр. отд-ние, 1982. 672с.

 

– Конец работы –

Используемые теги: Гидравлика, Конспект, лекций0.06

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Гидравлика. Конспект лекций

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным для Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Еще рефераты, курсовые, дипломные работы на эту тему:

Психодиагностика. Конспект лекций ЛЕКЦИЯ № 1. Истоки психодиагностики Психодиагностика: конспект лекций
Психодиагностика конспект лекций... А С Лучинин...

История мировых религий: конспект лекций История мировых религий. Конспект лекций ЛЕКЦИЯ № 1. Религия как феномен культуры Классификация религий
История мировых религий конспект лекций... С Ф Панкин...

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ по курсу Архитектурное материаловедение Конспект лекций по курсу Архитектурное материаловедение
ФГОУ ВПО ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ... ИНСТИТУТ Архитектуры и искусств... КАФЕДРА ИНЖЕНЕРНО строительных ДИСЦИПЛИН...

Конспект лекций по дисциплине Экономика недвижимости: конспект лекций
Государственное бюджетное образовательное учреждение... высшего профессионального образования... Уральский государственный экономический университет...

Психиатрия. Конспект лекций. ЛЕКЦИЯ № 1. Общая психопатология Психиатрия: конспект лекций
Психиатрия конспект лекций... Текст предоставлен литагентом http litres ru...

Конспект лекций по курсу Инженерной гидрологии в составе дисциплины Гидравлика и гидрология для направления специальности 270800.62 Строительство
высшего профессионального образования... Петербургский государственный университет путей сообщения...

Конспект лекций по курсу Гидрология Специальности: Мосты и транспортные тоннели
высшего профессионального образования... Петербургский Государственный университет путей сообщения...

Конспект лекций по курсу Основы педагогики
Ст преподаватель кафедры педагогики и проблем развития образования БГУ... Богомазов Алексей Петрович уч год... ЛЕКЦИЯ ПЕДАГОГИКА В СИСТЕМЕ НАУК О ЧЕЛОВЕКЕ История...

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ Основы электрохимии
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования...

Конспект лекцій як конспект лекцій з курсу Експлуатація та обслуговування машин
СУМСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ... ЕКСПЛУАТАЦІЯ ТА ОБСЛУГОВУВАННЯ МАШИН...

0.032
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • По категориям
  • По работам