أساسيات الهندسة الحرارية والهيدروليكا GOST. الأسس النظرية للهندسة الحرارية والهيدروليكا. شروط تنفيذ برنامج عمل التخصص الأكاديمي

وزارة الزراعة والأغذية في جمهورية بيلاروسيا

UO "كلية ولاية غورودوكسكي الزراعية التقنية"

أساسيات هندسة التدفئة و الهيدروليك

دليل دورة المراسلات

في الأسئلة والأجوبة

جزءأنا

قرية

"تمت المراجعة"

في اجتماع للجنة المنهجية

التخصصات المهنية العامة

محضر رقم _____ بتاريخ ________________

رئيس: ________

الدليل مخصص لطلاب قسم الاختصاصات 2-74 06 01 "الدعم الفني لعمليات الإنتاج الزراعي" و 2-74 06 31 "تزويد الطاقة للإنتاج الزراعي" للدراسة المستقلة للتخصص "أساسيات الهندسة الحرارية و الهيدروليكا ".

مقدمة. 5

مجمع الوقود والطاقة في جمهورية بيلاروسيا. 6

سائل العمل ومعلماته ... 11

قوانين الغاز الأساسية .. 12

المعادلات الأساسية للديناميكا الحرارية. 14

مخاليط الغاز. قانون دالتون. السادس عشر

السعة الحرارية: أنواعها ، وحساب استهلاك الحرارة للتدفئة. الثامنة عشر

السعة الحرارية في العمليات عند ضغط ثابت وبحجم ثابت 19

القانون الأول للديناميكا الحرارية وتعبيره التحليلي. 21

مفهوم العملية الحرارية وأنواعها .. 22

عملية إيزوكوريك. الرسم البياني لها في الإحداثيات والمعادلات الأساسية 23

عملية متساوية الضغط. مؤامرة لها في الإحداثيات و 24 المعادلة الأساسية

عملية متساوية الحرارة. مؤامرة في - الإحداثيات والمعادلات الأساسية 26

عملية ثابت الحرارة. مؤامرة في - الإحداثيات والمعادلات الأساسية 28

عملية دائرية. جدوله الزمني وكفاءته .. 30

دورة كارنو وكفاءتها .. 31

بخار الماء. التعاريف الأساسية. 33

عملية التبخير في الإحداثيات. 35

الدورة المثالية لمحطة الطاقة البخارية وكفاءتها .. 37

جيم تصنيفها. 40

الدورات المثالية لـ D.V.S. كفاءتهم .. 42

الدورات الحقيقية لمحرك الاحتراق الداخلي ، تحديد القوة. 45

التوازن الحراري واستهلاك الوقود المحدد في محرك الاحتراق الداخلي .. 48

مخطط التشغيل ومخطط المؤشر لضاغط أحادي المرحلة 49

مخطط مؤشر ضاغط حقيقي. 51

الضواغط الترددية متعددة المراحل .. 53

56 فهم طريقة عمل ضواغط الطرد المركزي والمحورية والدوارة

طرق نقل الحرارة. 58

نقل الحرارة عن طريق التوصيل الحراري من خلال جدار مسطح من طبقة واحدة 60

الموصلية الحرارية من خلال جدار متعدد الطبقات. 62

التوصيل الحراري من خلال الجدران الأسطوانية. 64

نقل الحرارة بالحمل. 66

انتقال الحرارة بالإشعاع .. 67

المبادلات الحرارية. أنواعها .. 70

أساسيات حساب المبادلات الحرارية. 72

نقل الحرارة المعقد من خلال جدار مسطح. 75

تنتقل الحرارة عبر جدار أسطواني. 78

مقدمة

يوفر تخصص "أساسيات الهندسة الحرارية والهيدروليكا" دراسة من قبل الطلاب لأساسيات الديناميكا الحرارية والهيدروليكا ، ومبادئ الغلايات ومحطات التجفيف ، ومحركات الاحتراق الداخلي ، والضواغط ، والثلاجات ، وسخانات المياه بالطاقة الشمسية والمضخات. تتمثل مشكلة الطاقة الرئيسية التي تواجه العلم في تحسين الأداء التقني والاقتصادي للهندسة الحرارية ومعدات الطاقة ، مما سيؤدي بلا شك إلى انخفاض في استهلاك الوقود وزيادة الكفاءة.

هندسة الطاقة الحرارية - الفرع الرئيسي للصناعة والزراعة ، والذي يقوم بتحويل الموارد الحرارية الطبيعية إلى طاقة حرارية وميكانيكية وكهربائية. جزء لا يتجزأ من هندسة الطاقة الحرارية الديناميكا الحرارية التقنيةالذي يدرس الظواهر الفيزيائية المرتبطة بتحويل الحرارة إلى عمل. يتم إجراء حسابات المحركات الحرارية والمبادلات الحرارية على أساس قوانين الديناميكا الحرارية. يتم تحديد شروط أعلى كفاءة لمحطات الطاقة. تم تقديم مساهمة كبيرة في تطوير الهندسة الحرارية من قبل أولئك الذين ابتكروا الأعمال الكلاسيكية في الديناميكا الحرارية.

تم تنظيم قوانين انتقال الحرارة بالحمل والإشعاع.

لقد وضعوا الأسس لتصميم وبناء الغلايات البخارية والمحركات.

إن معرفة قوانين الديناميكا الحرارية التقنية والقدرة على تطبيقها عمليا يجعل من الممكن تحسين تشغيل المحركات الحرارية وتقليل استهلاك الوقود ، وهو أمر مهم للغاية في الوقت الحاضر ، حيث تتزايد أسعار المواد الخام الهيدروكربونية وأحجام الاستهلاك تتزايد.

السؤال رقم 1

مجمع الوقود والطاقة في جمهورية بيلاروسيا

تتمثل الأولوية القصوى لسياسة الطاقة في جمهورية بيلاروسيا ، إلى جانب التزويد المستدام للدولة بشركات نقل الطاقة ، في تهيئة الظروف لأداء الاقتصاد وتطويره من خلال الاستخدام الأكثر كفاءة لموارد الوقود والطاقة.

احتياطيات الوقود والطاقة الخاصة بالبنك الإقليمي غير كافية وتبلغ حوالي 15-20٪ من الكمية المستهلكة. هناك كمية كافية من الخث والخشب والفحم البني والصخر الزيتي منخفض السعرات الحرارية.

يبلغ إنتاج النفط في جمهورية بيلاروسيا حوالي 2 مليون طن سنويًا. غاز حوالي 320 - 330 ألف طن وقود مكافئ. يتم شراء باقي موارد الطاقة من الخارج ، خاصة من روسيا.

ارتفعت أسعار الطاقة بشكل ملحوظ. حتى 1000m3 من الغاز 115 ش. هذا هو النفط - لطن واحد 230 متر مكعب. هـ- تشتري جمهورية بيلاروسيا نحو 22 مليارا من الغاز الطبيعي وحوالي 18 مليونا من النفط سنويا. للتأكد من أن أمن الطاقة في البلاد لا يعتمد على مورد واحد ، تجري مفاوضات مع أذربيجان والشرق الأوسط وفنزويلا ، التي ستبيع في المستقبل المواد الخام الهيدروكربونية في شكل نفط.

في الوقت الحاضر ، تركز الحكومة ولجنة الحفاظ على الطاقة بشكل كبير على استخدام الوقود المحلي ، وبحلول عام 2010 يجب أن تقلل من استهلاك موارد الطاقة المشتراة بنسبة 20-25٪.

الخث.

تم استكشاف أكثر من 9000 رواسب من الجفت في الجمهورية بمساحة إجمالية داخل حدود العمق الصناعي للودائع 2.54 مليون هكتار واحتياطي الجفت الأولي 5.65 مليار طن.حتى الآن ، تقدر الاحتياطيات الجيولوجية المتبقية بـ 4.3 مليار طن وهو 75٪ من الأصل.

توجد احتياطيات الخث الرئيسية في الرواسب المستخدمة في الزراعة (1.7 مليار طن و 39٪ من الاحتياطيات المتبقية) أو مصنفة كأشياء للحفاظ على الطبيعة (1.6 مليار طن أو 37٪).

وتقدر موارد الخث المتضمنة في الصندوق المطور بنحو 260 مليون طن أي 6٪ من الاحتياطيات المتبقية. تقدر الاحتياطيات التي يمكن استردادها خلال تطوير الحقل بنحو 110-140 مليون طن.

الصخر الزيتي.

تقدر الاحتياطيات المتوقعة من الصخر الزيتي (رواسب Lyubanskoye و Turovskoye) بـ 11 مليار طن ، والاحتياطيات التجارية - 3 مليارات. ت.

الأكثر دراسة هو حقل Turovskoye ، حيث تم استكشاف أول حقل منجم باحتياطيات من 475-697 مليون طن سابقًا ، مليون طن من هذا الصخر الزيتي يعادل حوالي 220 ألفًا. هنا. القيمة الحرارية - 1000-1500 كيلو كالوري / كجم ، محتوى الرماد -75٪ ، إنتاج الراتينج 6 - 9.2٪ ، محتوى الكبريت 2.6٪

من حيث مؤشرات الجودة ، لا يعتبر الصخر الزيتي البيلاروسي وقودًا فعالاً بسبب محتواه العالي من الرماد وقيمته الحرارية المنخفضة. تتطلب معالجة حرارية أولية لإنتاج الوقود السائل والغازي. مع الأخذ بعين الاعتبار أن تكلفة المنتجات التي يتم الحصول عليها أعلى من الأسعار العالمية والنفط ، وكذلك مراعاة الأضرار البيئية نتيجة حدوث مقالب ضخمة للرماد ومحتوى المواد المسرطنة في الرماد. استخراج الصخر الزيتي وفترة التنبؤ غير عملي.

الفحم البني.

إجمالي احتياطيات الفحم البني 151.6 مليون طن

تم استكشاف رواسب اثنين من حقل جيتكوفيتشي بالتفصيل وإعدادها للتطوير الصناعي: سيفيرنايا (23.5 مليون طن) ونايدنسكايا (23.1 مليون طن) ، ورواسب أخرى (يوزنايا - 13.8 مليون طن وكولمينسكايا - 8.6 مليون طن). استكشافها.

يمكن استخدام الفحم البني مع الخث في شكل قوالب.

تقدر التكلفة التقديرية لاحتياطيات الفحم بنحو 2 طن من معادل الوقود. في العام.

الحطب.

بشكل عام ، في الجمهورية ، يبلغ الحجم السنوي للمشتريات المركزية من الحطب ونفايات المناشر حوالي 0.94 - 1.00 مليون طن من مكافئ الوقود. ر. يذهب جزء من الحطب إلى السكان من خلال الشراء الذاتي ، ويقدر حجمه على المستوى

0.3-0.4 مليون طن من الوقود المكافئ

يمكن تحديد أقصى إمكانيات الجمهورية لاستخدام الحطب كوقود بناءً على النمو السنوي الطبيعي للخشب ، والذي يقدر بنحو 25 مليون متر مكعب. م أو 6.6 مليون طن من المكافئ النفطي. أطنان في السنة (إذا قمت بحرق كل ما ينمو) ، بما في ذلك المناطق الملوثة. منطقة جوميل - 20 ألف متر مكعب م أو 5.3 ألف طن من الوقود المكافئ لاستخدام الأخشاب من هذه المناطق كوقود ، من الضروري تطوير وإدخال تقنيات ومعدات للتغويز. مع الأخذ في الاعتبار حقيقة أنه بحلول عام 2015 من المقرر مضاعفة حصاد الأخشاب لإنتاج الطاقة الحرارية ، فإن الحجم السنوي المتوقع للوقود الخشبي بحلول عام 2010 قد يرتفع إلى 1.8 مليون طن من مكافئ الوقود.

مصادر الطاقة المتجددة.

القدرة المحتملة لجميع المجاري المائية في بيلاروسيا هي 850 ميغاواط ، بما في ذلك المتاح تقنيًا - 520 ميغاواط ، والجدوى الاقتصادية - 250 ميغاواط. بحلول عام 2010 ، وبسبب الموارد المائية ، من الممكن توليد 40 مليون كيلوواط ساعة ، وبالتالي إزاحة 16 ألف طن من مكافئ الوقود.

على أراضي جمهورية بيلاروسيا ، تم تحديد 1840 موقعًا لتركيب توربينات الرياح بإمكانيات نظرية تبلغ 1600 ميجاوات وتوليد كهرباء سنوي يبلغ 16 ألف طن من معادل الوقود.

ومع ذلك ، في الفترة حتى عام 2015 ، لن يتجاوز الاستخدام الممكن تقنيًا والمجدي اقتصاديًا لإمكانات الرياح 5٪ من الطاقة المركبة وسيصل إلى 720-840 مليون كيلووات ساعة.

احتياطيات الطاقة العالمية.

تستند الأسس النظرية لعمليات التبريد والآلات ومفاهيم تكييف الهواء بشكل أساسي إلى علمين أساسيين: الديناميكا الحرارية والهيدروليكا.

التعريف 1

الديناميكا الحرارية هو علم يدرس القوانين التي تحكم تحويل الطاقة الداخلية إلى مختلف العمليات الكيميائية والفيزيائية وغيرها من العمليات التي ينظر فيها العلماء على المستوى الكلي.

تستند أحكام الديناميكا الحرارية إلى المبادئ الأولى والثانية للديناميكا الحرارية ، والتي تمت صياغتها لأول مرة في بداية القرن التاسع عشر وأصبحت تطورًا لأسس الفرضية الميكانيكية للحرارة ، وكذلك قانون التحول والحفاظ على الطاقة ، صاغها الباحث الروسي الكبير إم في لومونوسوف.

الاتجاه الرئيسي للديناميكا الحرارية هو الديناميكا الحرارية التقنية ، والتي تدرس عمليات التحول المتبادل للحرارة إلى عمل والظروف التي تحدث فيها هذه الظواهر بشكل أكثر فعالية.

التعريف 2

علم السوائل المتحركة هو علم يدرس قوانين التوازن وحركة السوائل ، كما يطور طرقًا لاستخدامها لحل المشكلات الهندسية المعقدة.

غالبًا ما يتم تطبيق مبادئ الهيدروليكا في حل العديد من المشكلات المتعلقة بتصميم وهندسة وتشغيل وبناء مختلف خطوط الأنابيب والهياكل والآلات الهيدروليكية.

يعتبر المفكر اليوناني القديم أرخميدس ، الذي كتب العمل العلمي "على الأجسام العائمة" ، مؤسس علم الهيدروليكا. نشأت الهيدروليكا كعلم في وقت أبكر بكثير من الديناميكا الحرارية ، والتي ترتبط ارتباطًا مباشرًا بالنشاط الفكري الاجتماعي للشخص.

تطوير الهيدروليكا والديناميكا الحرارية

الشكل 1. قياس التدفق الهيدروليكي. المؤلف 24 - تبادل أوراق الطلاب عبر الإنترنت

علم السوائل المتحركة هو نظام نظري معقد يدرس بعناية القضايا المتعلقة بالحركة الميكانيكية للسوائل المختلفة في الظروف الطبيعية والتي من صنع الإنسان. نظرًا لأن جميع العناصر تعتبر أجسامًا فيزيائية مستمرة وغير قابلة للتجزئة ، فيمكن اعتبار المكونات الهيدروليكية أحد أقسام الميكانيكا المتصلة ، والتي من المعتاد تضمينها مادة خاصة - السائل.

بالفعل في الصين القديمة ومصر ، عرف الناس كيفية بناء السدود وطواحين المياه على الأنهار ، وأنظمة الري في حقول الأرز الضخمة ، حيث تم استخدام آلات رفع المياه القوية. في روما ستة قرون قبل الميلاد. ه. تم بناء نظام إمداد بالمياه ، والذي يتحدث عن الثقافة التقنية العالية للغاية في ذلك الوقت. يجب اعتبار الأطروحة الأولى عن الهيدروليكا من تعاليم أرخميدس ، الذي كان أول من اخترع آلة لرفع المياه ، والتي سميت نتيجة "لولب أرخميدس". هذا الجهاز هو النموذج الأولي للمضخات الهيدروليكية الحديثة.

ظهرت المفاهيم الهوائية الأولى في وقت متأخر جدًا عن المفاهيم الهيدروليكية. فقط في القرن الثامن عشر. ن. ه. تم تقديم آلة "لحركة الغاز والهواء" على أراضي ألمانيا. مع تطور التكنولوجيا ، تم تحديث الأنظمة الهيدروليكية وتوسع مجال تطبيقها العملي بسرعة.

في تطور الديناميكا الحرارية في القرن التاسع عشر ، ميز العلماء ثلاث فترات رئيسية ، لكل منها خصائصها المميزة:

• الأول تميز بتكوين مبادئ الديناميكا الحرارية الأولى والثانية ؛
• استمرت الفترة الثانية حتى منتصف القرن التاسع عشر وتميزت بالأعمال العلمية لفيزيائيين أوروبيين بارزين مثل الإنجليزي جيه جول والمستكشف الألماني جوتليب و دبليو طومسون.
• تم اكتشاف الجيل الثالث من الديناميكا الحرارية من قبل العالم النمساوي الشهير وعضو أكاديمية سانت بطرسبرغ للعلوم لودفيج بولتزمان ، الذي أسس ، من خلال العديد من التجارب ، العلاقة بين الأشكال الميكانيكية والحرارية للحركة.

علاوة على ذلك ، فإن تطور الديناميكا الحرارية لم يقف مكتوفًا ، ولكنه تقدم بوتيرة متسارعة. وهكذا ، طور جيبس ​​الأمريكي الديناميكا الحرارية الكيميائية في عام 1897 ، أي جعل الكيمياء الفيزيائية علمًا استنتاجيًا تمامًا.

مفاهيم أساسية وطرق ذات اتجاهين علميين

الشكل 2. المقاومة الهيدروليكية. المؤلف 24 - تبادل أوراق الطلاب عبر الإنترنت

ملاحظة 1

موضوع البحث في الهيدروليكا هو القوانين الأساسية للتوازن والحركة الفوضوية للسوائل ، وكذلك طرق تنشيط الأنظمة الهيدروليكية لإمداد المياه والري.

كل هذه الافتراضات كانت معروفة للإنسان قبل وقت طويل من عصرنا. مصطلح "سائل" في ميكانيكا الموائع له معنى أوسع مما هو شائع في الديناميكا الحرارية. يشمل مفهوم "السائل" جميع الأجسام المادية القادرة على تغيير شكلها تحت تأثير قوى صغيرة اعتباطية.

لذلك ، لا يعني هذا التعريف السوائل العادية (القطيرات) فقط ، كما هو الحال في الديناميكا الحرارية ، بل يعني أيضًا الغازات. على الرغم من الاختلاف في فروع الفيزياء المدروسة ، يمكن اعتبار قوانين حركة الغازات والسوائل في ظل ظروف معينة هي نفسها. أهم هذه الشروط هو مؤشر السرعة بالمقارنة مع نفس معلمة الصوت.

تدرس المكونات الهيدروليكية في المقام الأول تدفق السوائل في قنوات مختلفة ، أي التدفقات التي تحدها جدران كثيفة. يشمل مفهوم "القناة" جميع الأجهزة التي تحد من التدفق نفسه ، بما في ذلك مسارات تدفق المضخات وخطوط الأنابيب والتخليص وعناصر أخرى من المفاهيم الهيدروليكية. وهكذا ، في الهيدروليكا ، تتم دراسة التدفقات الداخلية بشكل أساسي ، وفي الديناميكا الحرارية ، التدفقات الخارجية.

ملاحظة 2

موضوع التحليل الديناميكي الحراري هو نظام يمكن فصله عن البيئة الخارجية ببعض سطح التحكم.

طريقة البحث في الديناميكا الحرارية هي طريقة عيانية.

لتوصيف الخصائص الهيكلية الكبيرة للنظام بدقة ، يتم استخدام قيم المفهوم العياني:

• طبيعة سجية:
• درجة الحرارة؛
• الضغط؛
• حجم معين.

تكمن خصوصية الطريقة الديناميكية الحرارية في أنها تستند إلى القانون الأساسي الوحيد للطبيعة - قانون التحول والحفاظ على الطاقة. هذا يعني أن جميع العلاقات الرئيسية التي تشكل أساس الجهاز الرياضي مستمدة من هذا الموقف فقط.

أساسيات الهيدروليكا والديناميكا الحرارية

عند دراسة أساسيات الهيدروليكا والديناميكا الحرارية ، من الضروري الاعتماد على مفاهيم تلك الفروع الفيزيائية التي ستساعدك على إتقان وفهم مبدأ وظائف الآلات الهيدروليكية بشكل أفضل.

تتكون جميع الأجسام المادية من ذرات في حركة مستمرة. تجذب هذه العناصر على مسافة قصيرة نسبيًا وتتنافر على مسافة قريبة إلى حد ما. يوجد في وسط أصغر جسيم نواة موجبة الشحنة ، تتحرك حولها الإلكترونات بشكل عشوائي ، وتشكل أغلفة إلكترونية.

التعريف 3

الكمية المادية هي وصف كمي لخصائص جسم مادي ، والتي لها وحدة قياس خاصة بها.

منذ ما يقرب من قرن ونصف ، أثبت الفيزيائي الألماني ك.جاوس أنه إذا اخترت وحدات قياس مستقلة من عدة معلمات ، فعندئذٍ على أساسها ، من خلال القوانين الفيزيائية ، من الممكن تحديد وحدات الكميات المدرجة في أي فرع على الإطلاق الفيزياء.

وحدة قياس السرعة في الهيدروليكا هي وحدة مشتقة من المفهوم مشتق من وحدات النظام على شكل متر وثاني. يتم تحديد الكميات الفيزيائية المدروسة (التسارع ، السرعة ، الوزن) في الديناميكا الحرارية باستخدام وحدات القياس الأساسية ولها أبعاد. على الرغم من وجود القوى الجزيئية ، فإن جزيئات الماء دائمًا في حركة ثابتة. كلما ارتفعت درجة حرارة مادة سائلة ، زادت سرعة تحرك الأجزاء المكونة لها.

دعونا نتناول المزيد من التفاصيل حول بعض الخصائص الفيزيائية للسوائل والغازات. يمكن للسوائل والغازات في النظام الهيدروليكي أن تتشوه بسهولة للحفاظ على حجمها الأصلي. في النظام الديناميكي الحراري ، يبدو كل شيء مختلفًا تمامًا. لمثل هذا التشوه في الديناميكا الحرارية ، لا تحتاج إلى القيام بأي عمل ميكانيكي. هذا يعني أن العناصر التي تعمل في مفهوم معين تقاوم بشكل ضعيف أي تحول محتمل.

علم السوائل المتحركة هو علم يدرس قوانين التوازن وحركة السائل ، بالإضافة إلى طرق التطبيق العملي لهذه القوانين. تُستخدم قوانين المكونات الهيدروليكية في تصميم وبناء الهياكل الهيدروليكية ، والآلات الهيدروليكية ، وحسابات خطوط الأنابيب ، وما إلى ذلك.

ترتبط النتائج الأولى المهمة جدًا للبحث في مجال الهيدروليكا باسم العالم اليوناني القديم أرخميدس (287-212 قبل الميلاد) ، الذي اكتشف قانون توازن الجسم المنغمس في سائل. ومع ذلك ، خلال فترة ما بعد أرخميدس لما يقرب من 1700 عام ، لم تشهد المكونات الهيدروليكية تطوراً ملحوظاً.

بدأت مرحلة جديدة في تطوير الهيدروليكا في عصر النهضة. وتجدر الإشارة هنا إلى عمل العالم الهولندي ستيفين (1548-1620) ، الذي أعطى قواعد تحديد قوة الضغط على قاع وجدران الأوعية ؛ العالم الإيطالي توريشيلي (1608-1647) ، الذي حقق في خصائص السائل المتدفق واكتشف قانون تدفق السائل من ثقب في وعاء ؛ عالم الرياضيات والفيزيائي الفرنسي باسكال (1623-1662) ، الذي صاغ قانون نقل الضغط بواسطة سائل يمارس على سطحه.

ب القرنين السابع عشر والثامن عشر. تم وضع أهم القوانين
الميكانيكا المائية. خلق اكتشاف قوانين الميكانيكا من قبل نيوتن (1643-1727) الأساس الضروري لدراسة قوانين حركة السوائل. طور نيوتن أسس نظرية الاحتكاك الداخلي للسوائل ، والتي طورها أتباعه ، بما في ذلك العالم الروسي ن.ب. بيتروف (1836 - 1920). النظرية التي طورها كانت تسمى النظرية الهيدروديناميكية للتزييت.

الدليل المنهجي "القوانين الأساسية للهيدروليكا" هو مقرر نظري قصير يحدد المصطلحات والأحكام الرئيسية.

يوصى باستخدام هذا الدليل لمساعدة طلاب تخصص "تركيب وتشغيل أنظمة الإمداد بالغاز والمعدات" في الفصل الدراسي أو العمل المستقل اللامنهجي ومعلم التخصصات "أساسيات الهيدروليكا وهندسة الحرارة والديناميكا الهوائية" ، "الهيدروليكا".

في نهاية الدليل ، توجد قائمة بأسئلة الدراسة الذاتية وقائمة بالأدبيات الموصى بها للدراسة.

تحميل:

معاينة:

التطوير المنهجي

في تخصص "أساسيات الهيدروليكا وهندسة الحرارة والديناميكا الهوائية":

"القوانين الأساسية للهيدروليكا"

حاشية. ملاحظة

الدليل المنهجي "القوانين الأساسية للهيدروليكا" هو مقرر نظري قصير يحدد المصطلحات والأحكام الرئيسية.

يوصى باستخدام هذا الدليل لمساعدة طلاب تخصص "تركيب وتشغيل أنظمة الإمداد بالغاز والمعدات" في الفصل الدراسي أو العمل المستقل اللامنهجي ومعلم التخصصات "أساسيات الهيدروليكا وهندسة الحرارة والديناميكا الهوائية" ، "الهيدروليكا".

في نهاية الدليل ، توجد قائمة بأسئلة الدراسة الذاتية وقائمة بالأدبيات الموصى بها للدراسة.

مقدمة …………………………………………………………………………… ..... 4

1. الهيدروستاتيك ، المفاهيم الأساسية …………………………………… ....... 5
2. المعادلة الأساسية للهيدروستاتيكا ………………………………………… 7
3. أنواع الضغط الهيدروستاتيكي ........................................... ...... ثمانية
4. قانون باسكال ، التطبيق عمليا ............................................ ................. 9
5. قانون أرخميدس. أحوال السباحة للأجساد .....................................11
6. المفارقة الهيدروستاتيكية ………………………………………… .. 13
7. الديناميكا المائية ، المفاهيم الأساسية …………………………………… .. 14
8. معادلة الاستمرارية (الاستمرارية) ................................... 16
9. معادلة برنولي للسائل المثالي ............................... 17
10. معادلة برنولي للسائل الحقيقي ................................... 20
11. أسئلة للإعداد الذاتي للطلاب ……………… .. 22

الخلاصة ……………………………………………………………………… ... 23

المراجع ……………………………………………………… .............. 24

مقدمة

يغطي هذا الدليل المنهجي أقسام "الهيدروستاتيك" و "الديناميكا المائية" في تخصص "أساسيات علم الهيدروليكا وهندسة الحرارة والديناميكا الهوائية". يحدد الدليل القوانين الأساسية للهيدروليكا ، ويأخذ في الاعتبار المصطلحات والأحكام الأساسية.

يتم تقديم المادة وفقًا لمتطلبات المناهج الدراسية لهذا التخصص والمجمع التعليمي والمنهجي لتخصص "تركيب وتشغيل أنظمة الإمداد بالغاز والمعدات".

الدليل هو مقرر نظري ، ويمكن استخدامه في دراسة موضوعات معينة من الانضباط الأكاديمي ، وكذلك للعمل المستقل اللامنهجي.

يرجى ملاحظة أن المرحلة الأخيرة من أداة التدريس المساعدة هذه هي قائمة بأسئلة الدراسة الذاتية للطلاب حول جميع الموضوعات المحددة.

1. الهيدروستاتيك ، المفاهيم الأساسية

الهيدروستاتيك هو فرع من المواد الهيدروليكية التي تدرس قوانين توازن السوائل وتفاعلها مع الأسطح المحيطة.

اعتبر سائلًا في حالة توازن مطلق ، أي في راحه. دعونا نختار حجمًا متناهي الصغر داخل السائلΔ الخامس والنظر في القوى المؤثرة عليه من الخارج.

هناك نوعان من القوى الخارجية - السطح والحجم (الكتلة).

قوى السطح - هذه هي القوى التي تعمل مباشرة على السطح الخارجي لحجم السائل المختار. إنها متناسبة مع مساحة هذا السطح. هذه القوى ناتجة عن عمل الأحجام المجاورة للسائل على حجم معين أو عمل أجسام أخرى.

القوى الحجمية (الكتلة)يتناسب مع كتلة الحجم المخصص للسائل ويعمل على جميع الجسيمات داخل هذا الحجم. أمثلة على القوى الحجمية هي الجاذبية ، قوة الطرد المركزي ، قوة القصور الذاتي ، إلخ.

لتوصيف القوى الداخلية التي تعمل على الحجم المخصص للسائل ، نقدم مصطلحًا خاصًا. للقيام بذلك ، ضع في اعتبارك حجمًا تعسفيًا للسائل في حالة توازن تحت تأثير القوى الخارجية.

داخل هذا الحجم من السائل ، حدد مساحة صغيرة جدًا... القوة المؤثرة على هذا الموقع طبيعية (عمودية) عليها ، ثم النسبة:

هو متوسط ​​الضغط الهيدروستاتيكي الذي يحدث في الموقعΔω ... خلاف ذلك ، يمكن وصف أنه تحت تأثير القوى الخارجية تنشأ حالة إجهاد للسائل ، تتميز بحدوث ضغط هيدروستاتيكي.

لتحديد القيمة الدقيقة لـ p عند نقطة معينة ، من الضروري تحديد حد هذه النسبة عند... والتي ستحدد الضغط الهيدروستاتيكي الحقيقي عند نقطة معينة:

البعد [p] يساوي بعد الإجهاد ، أي

[p] = [Pa] أو [kgf / m 2 ]

خصائص الضغط الهيدروستاتيكي

على السطح الخارجي للسائل ، يتم توجيه الضغط الهيدروستاتيكي دائمًا على طول الطبيعي الداخلي ، وفي أي نقطة داخل السائل ، لا تعتمد قيمته على زاوية ميل المنصة التي يعمل عليها.

سطح في جميع نقاطه يسمى الضغط الهيدروستاتيكي بالتساويسطح ضغط متساوٍ... وتشمل هذه الأسطحسطح الحرة، أي السطح البيني بين الوسط السائل والوسط الغازي.

يتم قياس الضغط لغرض المراقبة المستمرة والتنظيم في الوقت المناسب لجميع المعلمات التكنولوجية. يتم تطوير خريطة نظام خاصة لكل عملية تكنولوجية. هناك حالات عندما ، مع زيادة الضغط غير المنضبط ، طارت أسطوانة متعددة الأطنان من غلاية الطاقة بعيدًا ، مثل كرة القدم ، على بعد عدة عشرات من الأمتار ، ودمرت كل شيء في طريقها. إن تخفيف الضغط لا يسبب الدمار بل يؤدي إلى:

• منتجات معيبة
• الاستهلاك المفرط للوقود.

1. المعادلة الأساسية للهيدروستاتيكا

الشكل 1 - عرض للمعادلة الهيدروستاتيكية الأساسية

لأي نقطة من السائل في حالة توازن (انظر الشكل 1) ، المساواة

z + p / γ = z 0 + p 0 / γ = ... = H ،

حيث p هو الضغط عند نقطة معينة A (انظر الشكل) ؛ ص 0 - الضغط على السطح الحر للسائل ؛ ص / γ و ص 0 / هو ارتفاع الأعمدة السائلة (ذات الثقل النوعي γ) ، المقابلة للضغوط عند النقطة المدروسة وعلى السطح الحر ؛ ض و ض 0 - إحداثيات النقطة A والسطح الحر للسائل بالنسبة إلى مستوى المقارنة الأفقي التعسفي (x0y) ؛ح - رأس هيدروستاتيكي. من الصيغة أعلاه يتبع:

p = p 0 + γ (z 0 -z) أو p = p 0 + h

حيث h هو عمق غمر النقطة قيد الدراسة. يتم استدعاء التعبيرات أعلاهالمعادلة الهيدروستاتيكية الأساسية... تمثل الكمية γ hوزن عمود السائلارتفاع ح.

استنتاج: الضغط الهيدروليكيص عند هذه النقطة يساوي مجموع الضغط على السطح الحر للسائل ص 0 والضغط الناتج عن عمود سائل بارتفاع يساوي عمق غمر النقطة.

3. أنواع الضغط الهيدروستاتيكي

يقاس الضغط الهيدروستاتيكي بوحدات SI - Pa. بالإضافة إلى ذلك ، يقاس الضغط الهيدروستاتيكي بوحدة kgf / cm 2 ، ارتفاع عمود السائل (بالمتر عمود الماء ، مم زئبق ، إلخ) وفي الأجواء المادية (أجهزة الصراف الآلي) والتقنية (أجهزة الصراف الآلي).

مطلق يسمى الضغط الناتج عن غاز واحد على الجسم دون مراعاة غازات الغلاف الجوي الأخرى. قسها بوحدة باسكال. الضغط المطلق هو مجموع الضغط الجوي وضغوط القياس.

بارومتري(الغلاف الجوي) هو ضغط الجاذبية على جميع الأجسام الموجودة في الغلاف الجوي. يتم إنشاء الضغط الجوي الطبيعي بواسطة عمود 760 مم من الزئبق عند درجة حرارة 0 درجة مئوية.

مكنسة كهرباء يسمى الاختلاف السلبي بين الضغط المقاس والضغط الجوي.

الفرق بين الضغط المطلق ص والضغط الجوي صأ يسمى الضغط الزائد ويشار إليه بواسطة pأكواخ:

ع ز = ف - ص أ

أو

ع ز / γ = (ص - ف أ) / γ = ح ع

ح ص في هذه الحالة يسمىارتفاع ضغط الدم، وهو مقياس للضغط الزائد.

في التين. 2 أ) يظهر خزان مغلق بسائل ، على سطحه الضغط ص 0 ... مقياس الضغط متصلاً بالخزانص (انظر الشكل أدناه) يحدد الضغط الزائد عند هذه النقطةأ .

يتم تحديد الضغوط المطلقة والقياسية ، المعبر عنها في الأجواء ، ata و ati ، على التوالي.

ضغط الفراغ أو الفراغ، - نقص الضغط على الغلاف الجوي (عجز الضغط) ، أي الفرق بين الضغط الجوي أو الضغط الجوي والضغط المطلق:

ع بطالة = ف أ - ص

أو

ع بطالة / γ = (ف أ - ع) / γ = ح فراغ

أين ح بطالة - ارتفاع الفراغ ، أي قراءة مقياس الفراغالخامس متصل بالخزان الموضح في الشكل. 2 ب). يتم التعبير عن الفراغ في نفس وحدات الضغط ، وفي كسور أو في المائة من الغلاف الجوي.

الشكل 2 أ - قراءات مقياس الضغط الشكل 2 ب - قراءات مقياس الفراغ "

من التعبيرين الأخيرين يترتب على ذلك أن الفراغ يمكن أن يختلف من صفر إلى ضغط جوي ؛ القيمة القصوى hبطالة عند الضغط الجوي العادي (760 ملم زئبق) يساوي 10.33 م من الماء. فن.

4. قانون باسكال وتطبيقه عمليا

وفقًا للمعادلة الأساسية للهيدروستاتيكا ، فإن الضغط على سطح السائل ص 0 ينتقل إلى جميع نقاط حجم السائل وفي جميع الاتجاهات بنفس الطريقة. هذا هو ماقانون باسكال.

اكتشف هذا القانون العالم الفرنسي ب. باسكال عام 1653. ويسمى أحيانًا القانون الأساسي للهيدروستاتيكا.

يمكن تفسير قانون باسكال من حيث التركيب الجزيئي للمادة. في المواد الصلبة ، تشكل الجزيئات شبكة بلورية وتهتز حول مواضع توازنها. في السوائل والغازات ، تتمتع الجزيئات بحرية نسبية ، ويمكنها أن تتحرك بالنسبة لبعضها البعض. هذه هي الميزة التي تسمح بنقل الضغط الذي يمارس على السائل (أو الغاز) ليس فقط في اتجاه تأثير القوة ، ولكن أيضًا في جميع الاتجاهات.

وجد قانون باسكال تطبيقًا واسعًا في التكنولوجيا الحديثة. يعتمد عمل المطابع الحديثة على قانون باسكال ، الذي يسمح بخلق ضغوط تصل إلى 800 ميجا باسكال. وبناءً على هذا القانون أيضًا ، تم بناء عمل الأنظمة الهيدروليكية التي تتحكم في المركبات الفضائية والطائرات النفاثة والأدوات الآلية ذات التحكم العددي والحفارات والشاحنات القلابة وما إلى ذلك.

قانون باسكال غير قابل للتطبيق في حالة سائل متحرك (غاز) ، وكذلك في حالة وجود السائل (الغاز) في مجال الجاذبية ؛ على سبيل المثال ، من المعروف أن الضغط الجوي والهيدروستاتيكي يتناقص مع الارتفاع.

الشكل 3 - شرح لقانون باسكال

لننظر إلى الجهاز الأكثر شهرة الذي يستخدم قانون باسكال من حيث المبدأ. هذه مكبس هيدروليكي.

أساس أي مكبس هيدروليكي هو أوعية متصلة على شكل أسطوانتين. قطر إحدى الأسطوانات أصغر بكثير من قطر الأسطوانة الأخرى. تمتلئ الأسطوانات بسائل مثل الزيت. من الأعلى ، يتم إغلاقها بإحكام بواسطة المكابس. كما يتضح من الشكل. 4 أدناه ، مساحة مكبس واحد S. 1 مرات عديدة أصغر من مساحة مكبس آخر S 2 .

الشكل 4 - الأوعية الناقلة

افترض أنه تم تطبيق قوة على المكبس الصغيرو 1 ... ستؤثر هذه القوة على السائل ، حيث يتم توزيعها على المنطقة.ق 1 ... يمكن حساب الضغط الذي يمارسه مكبس صغير على سائل باستخدام الصيغة:

وفقًا لقانون باسكال ، سينتقل هذا الضغط دون تغيير إلى أي نقطة في السائل. وهذا يعني أن الضغط يمارس على المكبس الكبيرص 2 ستكون هي نفسها:

هذا يعني:

في هذا الطريق ، القوة المؤثرة على المكبس الكبير ستكون أكبر بعدة مرات من القوة المطبقة على المكبس الصغير ، كم مرة تكون مساحة المكبس الكبير أكبر من مساحة المكبس الصغير.

نتيجة لذلك ، تجعل الآلة الهيدروليكية من الممكن الحصول عليهااكتساب القوة يساوي نسبة مساحة المكبس الأكبر إلى مساحة المكبس الأصغر.

5. قانون أرخميدس. حالة السباحة للجسم

على جسم مغمور في سائل ، بالإضافة إلى الجاذبية ، هناك قوة طفو - قوة أرخميدس. يضغط السائل على جميع جوانب الجسم ، لكن الضغط ليس هو نفسه. بعد كل شيء ، يتم غمر الحافة السفلية من الجسم في سائل أكثر من الحافة العلوية ، ويزداد الضغط مع العمق. أي أن القوة المؤثرة على الجزء السفلي من الجسم ستكون أكبر من القوة المؤثرة على الجزء العلوي من الوجه. لذلك ، تنشأ قوة تحاول دفع الجسم خارج السائل.

تعتمد قيمة قوة أرخميدس على كثافة السائل وحجم ذلك الجزء من الجسم الموجود مباشرة في السائل. لا تؤثر قوة أرخميدس في السوائل فحسب ، بل في الغازات أيضًا.

قانون أرخميدس : جسم مغمور في سائل أو غاز يتعرض لقوة طفو تساوي وزن السائل أو الغاز في حجم الجسم.

يمكن حساب قوة أرخميدس المؤثرة على جسم مغمور في سائل بالصيغة التالية:

أين ρ ث - كثافة السائل ، Vالجمعة - حجم جزء الجسم المغمور في السائل.

الجسم الموجود داخل السائل يتأثر بقوتين: قوة الجاذبية وقوة أرخميدس. تحت تأثير هذه القوى ، يمكن للجسم أن يتحرك. هناك ثلاثة شروط لسباحة الجسد (الشكل 5):

• إذا كانت قوة الجاذبية أكبر من قوة أرخميدس ، فسوف يغرق الجسم ويغرق في القاع ؛
• إذا كانت قوة الجاذبية مساوية لقوة أرخميدس ، فيمكن أن يكون الجسم في حالة توازن عند أي نقطة في السائل ، ويطفو الجسم داخل السائل ؛
• إذا كانت قوة الجاذبية أقل من قوة أرخميدس ، فسوف يطفو الجسم ، يرتفع.

الشكل 5 - أحوال السباحة في الجسم

يستخدم قانون أرخميدس أيضًا في صناعة الطيران. لأول مرة تم إنشاء منطاد في عام 1783 من قبل الأخوين مونتجولفييه. في عام 1852 ، ابتكر الفرنسي جيفارد منطادًا - منطادًا متحكمًا به دفة هوائية ومروحة.

6. التناقض الهيدروستاتيكي

إذا تم سكب نفس السائل على نفس الارتفاع في أوعية ذات أشكال مختلفة ، ولكن مع نفس المساحة السفلية ، فعندئذ ، على الرغم من اختلاف وزن السائل المصبوب ، فإن قوة الضغط على القاع هي نفسها لجميع الأوعية وتساوي وزن السائل في وعاء أسطواني.

هذه الظاهرة تسمىالتناقض الهيدروستاتيكيويفسر ذلك بخاصية السائل لنقل الضغط الناتج عليه في جميع الاتجاهات.

في الأوعية ذات الأشكال المختلفة (الشكل 6) ، ولكن مع نفس المساحة السفلية ونفس مستوى السائل فيها ، سيكون ضغط السائل في الأسفل هو نفسه. يمكن حسابها:

P = p ⋅ S = g ⋅ ρ ⋅ h ⋅ S.

S - المنطقة السفلية

ح - ارتفاع عمود السائل

الشكل 6 - السفن ذات الأشكال المختلفة

لا تعتمد القوة التي يضغط بها السائل على قاع الإناء على شكل الوعاء وتساوي وزن العمود الرأسي الذي قاعدته قاع الإناء والارتفاع هو الارتفاع من عمود السائل.

في عام 1618 ، أذهل باسكال معاصريه بتمزيق البرميل بكوب من الماء سكب في أنبوب رفيع طويل تم إدخاله في البرميل.

7. الديناميكا المائية ، المفاهيم الأساسية

الديناميكا المائية هي فرع من المواد الهيدروليكية التي تدرس قوانين حركة السوائل تحت تأثير القوى الخارجية المطبقة وتفاعلها مع الأسطح.

لا تتميز حالة المائع المتحرك عند كل نقطة بالكثافة واللزوجة فحسب ، بل تتميز أيضًا ، وهو الأهم ، بسرعة جسيمات السائل والضغط الهيدروديناميكي.

الهدف الرئيسي للدراسة هو تدفق السائل ، والذي يُفهم على أنه حركة كتلة من السائل ، محدودة كليًا أو جزئيًا بأي سطح. يمكن أن يكون السطح المحيط صلبًا (على سبيل المثال ، ضفاف الأنهار) ، أو سائلًا (واجهة بين الحالات الكلية) ، أو غازيًا.

يمكن أن يكون تدفق السوائل ثابتًا وغير مستقر. حركة الحالة المستقرة هي حركة مائع لا يتغير فيها الضغط والسرعة بمرور الوقت عند نقطة معينة من القناة.

υ = f (x ، y ، z) و p = f (x ، y ، z)

تسمى الحركة التي تتغير فيها السرعة والضغط ليس فقط من إحداثيات الفضاء ، ولكن أيضًا من الوقت ، غير مستقرة أو غير ثابتة υ = f (x ، y ، z ، t) و p = f (x ، y ، z ، ر)

مثال على حركة الحالة المستقرة هو تدفق السائل من وعاء عند مستوى ثابت عبر أنبوب مخروطي. ستختلف سرعة حركة السوائل في أقسام مختلفة من الأنبوب ، ولكن في كل قسم ، ستكون هذه السرعة ثابتة ، ولن تتغير بمرور الوقت.

إذا لم يتم الاحتفاظ بمستوى السائل في الوعاء ، في تجربة مماثلة ، ثابتًا ، فإن حركة السائل على طول الأنبوب المخروطي نفسه سيكون لها طابع غير ثابت (غير مستقر) ، لأن السرعة في أقسام الأنبوب سوف لا تكون ثابتة بمرور الوقت (ستنخفض مع انخفاض مستوى السائل في الوعاء).

فرق بين الضغط وعدم الضغط حركة سلسة. إذا كانت الجدران تقيد تدفق السائل تمامًا ، فإن حركة السائل تسمى الضغط (على سبيل المثال ، حركة السائل عبر الأنابيب المملوءة بالكامل). إذا كان الحد من تدفق الجدران جزئيًا (على سبيل المثال ، حركة المياه في الأنهار والقنوات) ، فإن هذه الحركة تسمى الجاذبية.

يتميز اتجاه السرعات في التدفق بالانسيابية.
انسيابية - رسم منحنى وهمي داخل تدفق مائع بطريقة تجعل سرعات جميع الجسيمات الموجودة عليه في وقت معين مماسة لهذا المنحنى.

الشكل 7 - التبسيط

يختلف الانسياب عن المسار في أن الأخير يعكس مسار أي جسيم واحد خلال فترة زمنية معينة ، بينما يحدد الانسياب اتجاه حركة مجموعة من الجسيمات السائلة في وقت معين. في حالة الحركة المستقرة ، يتزامن الانسياب مع مسارات حركة الجسيمات السائلة.

إذا كان في المقطع العرضي لتدفق السوائل ، حدد منطقة أوليةΔS ونرسم خطوطًا انسيابية من خلال نقاط كفافها ، ثم نحصل على ما يسمىالأنبوب الحالي ... يتكون السائل داخل أنبوب التدفقهزيلة... يمكن اعتبار تدفق السوائل على أنه مجموعة من جميع التيارات الأولية المتحركة.

الشكل 8 - الأنبوب الحالي

المنطقة الحرة ω (م²) هي مساحة المقطع العرضي للتدفق المتعامد مع اتجاه التدفق. على سبيل المثال ، المقطع العرضي المجاني للأنبوب عبارة عن دائرة.

المحيط المبلل χ ("تشي") هو جزء من محيط قسم المعيشة ، تحده جدران صلبة (في الشكل يتم تمييزه بخط سميك).

الشكل 9 - قسم مباشر

نصف قطر التدفق الهيدروليكي R - نسبة المساحة الحرة إلى المحيط المبلل

معدل التدفق Q هو حجم السائل V المتدفق لكل وحدة زمنية t عبر المنطقة الحرة ω.

متوسط ​​معدل التدفق υ هو سرعة حركة السوائل ، والتي يتم تحديدها من خلال نسبة معدل تدفق السائل Q إلى مساحة المقطع العرضي الحر ω

نظرًا لأن سرعة حركة الجسيمات السائلة المختلفة تختلف عن بعضها البعض ، يتم حساب متوسط ​​سرعة الحركة. في الأنبوب المستدير ، على سبيل المثال ، تكون السرعة على محور الأنبوب قصوى ، بينما تكون صفرًا عند جدران الأنبوب.

1. معادلة الاستمرارية

تأتي معادلة استمرارية التدفقات من قانون حفظ المادة وثبات تدفق السوائل في جميع أنحاء التدفق. لنتخيل أنبوبًا به مساحة حرة متغيرة.

الشكل 10 - عرض لمعادلة استمرارية الطيران

معدل تدفق السائل عبر الأنبوب في أي قسم من أقسامه ثابت ، لأن تحقق قانون الحفاظ على الطاقة. سنفترض أيضًا أن السائل غير قابل للضغط. وهكذا س 1 = س 2 = ثابته ، من أين

ω 1 υ 1 = 2 υ 2

أو هناك طريقة أخرى لكتابة هذه المعادلة:

أولئك. متوسط ​​السرعات v 1 و v 2 تتناسب عكسياً مع المناطق المقابلة لأقسام المعيشةث 1 وث 2 تدفق السائل.

لذلك ، فإن معادلة الاستمرارية تعبر عن ثبات معدل التدفق الحجميس ، وشرط استمرارية التيار السائل ، على طول طول التيار المستمر للسائل.

9. معادلة برنولي للسائل المثالي

تُظهر معادلة دانيال برنولي ، التي تم الحصول عليها في عام 1738 ، العلاقة بين الضغط p ومتوسط ​​السرعة υ والارتفاع البيزومتري z في أقسام التدفق المختلفة وتعبر عن قانون الحفاظ على الطاقة لمائع متحرك.

ضع في اعتبارك خط أنابيب بقطر متغير يقع في الفضاء بزاوية β (انظر الشكل 10)

الشكل 11 - شرح لمعادلة برنولي من أجل مائع مثالي

دعنا نختار بشكل تعسفي قسمين في القسم المدروس من خط الأنابيب: القسم 1-1 والقسم 2-2. على طول خط الأنابيب من القسم الأول إلى القسم الثاني ، يتحرك السائل بمعدل تدفق Q.

لقياس ضغط السائل ، يتم استخدام أجهزة قياس الضغط - أنابيب زجاجية رقيقة الجدران يرتفع فيها السائل إلى ارتفاع... يتم تثبيت أجهزة قياس الضغط في كل قسم ، حيث يرتفع مستوى السائل إلى ارتفاعات مختلفة.

بالإضافة إلى مقاييس الضغط ، يتم تثبيت أنبوب في كل قسم 1-1 و2-2 ، يتم توجيه نهايته المثنية نحو تدفق السائل ، وهو ما يسمى أنبوب Pitot. يرتفع السائل الموجود في أنابيب البيتوت أيضًا إلى مستويات مختلفة عند قياسه من خط قياس الضغط.

يمكن إنشاء خط قياس الضغط على النحو التالي. إذا وضعنا العديد من أجهزة قياس الضغط بين الأقسام 1-1 و2-2 ورسمنا منحنى من خلال قراءات مستويات السائل فيها ، فسنحصل على خط متقطع (كما هو موضح في الشكل).

لكن ارتفاع المستويات في أنابيب Pitot بالنسبة إلى الخط الأفقي التعسفي 0-0 (المستوى المرجعي للإحداثيات) ، المسمى بمستوى المقارنة ، سيكون هو نفسه.

إذا تم رسم خط من خلال قراءات مستويات السائل في أنابيب Pitot ، فسيكون أفقيًا وسيعكس مستوى الطاقة الإجمالي لخط الأنابيب.

بالنسبة إلى قسمين تعسفيين 1-1 و2-2 لتدفق السوائل المثالي ، فإن معادلة برنولي لها الشكل التالي:

نظرًا لأن الأقسام 1-1 و2-2 مأخوذة بشكل تعسفي ، يمكن إعادة كتابة المعادلة الناتجة بشكل مختلف:

تمت صياغة المعادلة على النحو التالي:

مجموع الشروط الثلاثة لمعادلة برنولي لأي قسم من تدفق السوائل المثالي هو قيمة ثابتة.

من وجهة نظر حيوية ، يمثل كل مصطلح في المعادلة أنواعًا معينة من الطاقة:

ض 1 و ض 2 - طاقات مواقع محددة ، تميز الطاقة الكامنة في الأقسام 1-1 و2-2 ؛- طاقات ضغط محددة تميز طاقة الضغط الكامنة في نفس الأقسام ؛- طاقات حركية محددة في نفس الأقسام.

اتضح أن إجمالي الطاقة النوعية لسائل مثالي في أي مقطع عرضي ثابت.

هناك أيضًا صياغة لمعادلة برنولي من وجهة نظر هندسية. كل مصطلح في المعادلة له بعد خطي. ض 1 و z 2 - ارتفاعات هندسية للقسمين 1-1 و2-2 فوق مستوى المقارنة ؛- ارتفاعات قياس الضغط ؛- ارتفاعات عالية السرعة في الأقسام المشار إليها.

في هذه الحالة ، يمكن قراءة معادلة برنولي على النحو التالي: مجموع الارتفاعات الهندسية ، والبيزومترية ، والسرعة لسائل مثالي هو قيمة ثابتة.

10. معادلة برنولي لمائع حقيقي

تختلف معادلة برنولي لتدفق السوائل الحقيقي عن معادلة برنولي للسائل المثالي.

عندما يتحرك سائل لزج حقيقي ، تنشأ قوى الاحتكاك ، على سبيل المثال ، مرتبطة بحقيقة أن سطح خط الأنابيب به خشونة معينة ، للتغلب على السائل الذي ينفق منه الطاقة. نتيجة لذلك ، فإن إجمالي الطاقة النوعية للسائل في القسم 1-1 ستكون أكبر من إجمالي الطاقة النوعية في القسم 2-2 بمقدار الطاقة المفقودة.

الشكل 12 - توضيح لمعادلة برنولي لسائل حقيقي

يشار إلى الطاقة المفقودة (الرأس المفقود) بواسطةله أبعاد خطية.

ستكون معادلة برنولي للسائل الحقيقي:

عندما ينتقل السائل من القسم 1-1 إلى القسم 2-2 ، يزداد الرأس المفقود طوال الوقت (يتم تمييز الرأس المفقود بالتظليل الرأسي).

وبالتالي ، فإن مستوى الطاقة الأولية التي يمتلكها السائل في القسم الأول للقسم الثاني سيكون مجموع أربعة مكونات: الارتفاع الهندسي ، والارتفاع البيزومتري ، وارتفاع السرعة ، والرأس المفقود بين القسمين 1-1 و2-2.

بالإضافة إلى ذلك ، ظهر معاملان آخران في المعادلة 1 و α 2 ، والتي تسمى معاملات كوريوليس وتعتمد على نظام تدفق السوائل (α = 2 للنظام الرقائقي ، α = 1 للنظام المضطرب).

ارتفاع مفقوديتكون من خسائر الرأس على طول خط الأنابيب ، والناجمة عن قوة الاحتكاك بين طبقات السائل ، والخسائر التي تسببها المقاومة المحلية (التغييرات في تكوين التدفق ، على سبيل المثال ، الصمام ، دوران الأنابيب)

أطوال ح + مقاعد ح

تحل معادلة برنولي معظم مشاكل الهيدروليكا العملية. للقيام بذلك ، اختر قسمين بطول التدفق ، بحيث تكون قيم p و معروفة لأحدهما ، وبالنسبة للقسم الآخر ، يجب تحديد أحدهما أو القيمة. مع وجود مجهولين للقسم الثاني ، يتم استخدام معادلة ثبات معدل تدفق السائل υ 1 ω 1 = 2 ω 2.

11. أسئلة للإعداد الذاتي للطلاب

1. بسبب تأثير ما هي القوى التي يطفو الجسم في الماء؟ اشرح الظروف التي يبدأ الجسم في ظلها في الغرق.
2. ما هو برأيك الفرق بين السائل المثالي والسائل الحقيقي؟ هل يوجد سائل مثالي في الطبيعة؟
3. ما هي أنواع الضغط الهيدروستاتيكي التي تعرفها؟
4. إذا حددت الضغط الهيدروستاتيكي عند نقطة في السائل على عمقح إذن ما هي القوى التي ستتصرف في هذه النقطة؟ اسم وشرح الجواب.
5. ما هو القانون الفيزيائي الذي تقوم عليه معادلة الاستمرارية ومعادلة برنولي؟ اشرح الجواب.
6. قم بتسمية الأجهزة ووصفها بإيجاز ، والتي يعتمد مبدأ تشغيلها على قانون باسكال.
7. ما هي الظاهرة الفيزيائية المسماة التناقض الهيدروستاتيكي؟
8. معامل كوريوليس ، متوسط ​​معدل التدفق ، الضغط ، فقدان الرأس بطول خط الأنابيب ... اشرح المعادلة التي تربط كل هذه الكميات ، وما لم تتم الإشارة إليه بعد في هذه القائمة.
9. ما هي الصيغة التي تربط بين الجاذبية النوعية والكثافة؟
10. تلعب معادلة استمرارية التيار السائل دورًا مهمًا إلى حد ما في المكونات الهيدروليكية. ما هو نوع السائل الذي تصلح له؟ اشرح اجابتك.
11. ما هي أسماء جميع العلماء الواردة أسماؤهم في هذا الدليل المنهجي ، واشرح بإيجاز اكتشافاتهم.
12. هل يوجد فراغ مثالي ، انسيابي ، انسيابي في العالم من حولنا؟ اشرح اجابتك.
13. سمي أدوات قياس الضغط بمختلف أنواعه حسب المخطط: "نوع الضغط .. .. - الآلة .. ..".
14. أعط أمثلة من الحياة اليومية ، وأنواع الضغط وحركة السوائل غير المضغوطة ، الثابتة وغير المستقرة.
15. لأي أغراض يتم استخدام مقياس ضغط الدم والبارومتر وأنبوب البيتوت في الممارسة العملية؟
16. ماذا يحدث إذا وجد عند قياس الضغط أنه أعلى بكثير من القيم القياسية؟ وإذا كان أقل؟ اشرح اجابتك.
17. ما هو الفرق بين كائنات دراسة قسمي "الهيدروستاتيك" و "الديناميكا المائية"؟
18. اشرح المعنى الهندسي والحيوي لمعادلة برنولي؟
19. محيط مبلل ، منطقة حرة ... تابع هذه القائمة واشرح ما تصفه هذه المصطلحات.
20. ضع قائمة بقوانين الهيدروليكا التي تعلمتها من هذا الدليل المنهجي ، وما المعنى المادي الذي تحمله في حد ذاتها؟

استنتاج

آمل أن يساعد هذا الدليل المنهجي الطلاب على إتقان المواد التعليمية بشكل أفضل لتخصصات "الهيدروليكا" و "أساسيات الهيدروليكا وهندسة الحرارة والديناميكا الهوائية" والأهم من ذلك ، الحصول على فكرة عن اللحظات "الأكثر إشراقًا" في الانضباط قيد الدراسة ، أي حول القوانين الأساسية للهيدروليكا. يعتمد عمل العديد من الأجهزة التي نستخدمها في العمل وفي الحياة اليومية على هذه القوانين ، غالبًا دون أن ندرك ذلك.

مع خالص التقدير ، ن.في ماركوفا

فهرس

1. بريوخانوف أون. أساسيات الهيدروليكا وهندسة الحرارة: كتاب مدرسي للطلاب. المؤسسات الأربعاء الأستاذ. التعليم / Bryukhanov O.N. ، Melik-Arakelyan AT ، Korobko V.I - M.: ITs Academy ، 2008. - 240 صفحة.
2. بريوخانوف أون. أساسيات الهيدروليكا وهندسة الحرارة والديناميكا الهوائية: كتاب مدرسي لمربط. المؤسسات الأربعاء الأستاذ. التعليم / Bryukhanov O.N.، Melik-Arakelyan A.T.، Korobko V.I. - م: Infra-M، 2014، 253 صفحة.
3. Gusev AA أساسيات الهيدروليكا: كتاب مدرسي للطلاب. المؤسسات الأربعاء الأستاذ. التعليم / أ. جوسيف. - م: دار يورايت للنشر ، 2016. - 285 ص.
4. بي في أوخين علم السوائل المتحركة: كتاب مدرسي للطلاب. المؤسسات الأربعاء الأستاذ. التعليم / Ukhin B.V. ، Gusev A.A. - م: Infra-M، 2013 ، 432 ص.