脚のむくみ

熱工学と油圧GOSTの基礎。熱工学と水理学の理論的基礎。学問分野の作業プログラムの実施のための条件

ベラルーシ共和国の農業と食品の省

UO「GORODOKSKYSTATEAGRARIAN-TECHNICALCOLLEGE」

暖房工学および油圧の基礎

通信講座マニュアル

質問と回答で

部私

町

"審査"

方法論委員会の会議で

一般的な専門分野

議事録番号_____日付________________

委員長： ________

このマニュアルは、専門分野の通信部門の学生を対象としています。2-740601「農業生産プロセスの技術サポート」および2-740631「農業生産の電力供給」分野の独立した研究「熱工学の基礎」および油圧」。

序章。 5

ベラルーシ共和国の燃料とエネルギーの複合体。 6

作動油とそのパラメーター... 11

基本的なガス法..12

熱力学の基本方程式。 14

ガス混合物。ドルトンの法則。 16

熱容量：そのタイプ、暖房のための熱消費量の計算。 18

一定の圧力と一定の体積でのプロセスの熱容量19

熱力学の第1法則とその分析式。 21

熱力学的プロセスの概念とそのタイプ..22

定積過程。そのグラフ-座標と基本方程式23

等圧プロセス。そのプロット-座標と24の基本方程式

等温プロセス。そのプロット-座標と基本方程式26

断熱プロセス。そのプロット-座標と基本方程式28

循環プロセス。そのスケジュールと効率..30

カルノーサイクルとその効率..31

水蒸気。基本的な定義。 33

-座標での気化のプロセス。 35

火力発電所の理想的なサイクルとその効率..37

C.それらの分類。 40

D.V.S.の理想的なサイクルそれらの効率..42

内燃機関の実際のサイクル、出力の決定。 45

内燃機関の熱収支と燃料消費率..48

単段圧縮機の運転図と表示図49

実際のコンプレッサーのインジケーター図。 51

多段レシプロコンプレッサー..53

遠心圧縮機、軸圧縮機、ロータリー圧縮機の動作を理解する56

伝熱方法。 58

単層の平らな壁を通る熱伝導率による熱伝達60

多層壁を通る熱伝導率。 62

円筒壁の熱伝導率。 64

対流熱伝達。 66

輻射による熱伝達..67

熱交換器。それらのタイプ..70

熱交換器の計算の基本。 72

平らな壁を通る複雑な熱伝達。 75

円筒壁を介した熱伝達。 78

序章

「熱工学と油圧の基礎」の分野では、熱力学と油圧の基礎、ボイラーと乾燥プラント、内燃焼エンジン、コンプレッサー、冷蔵庫、太陽熱温水器、ポンプの原理について学生が研究します。科学が直面している主なエネルギー問題は、熱工学と電力設備の技術的および経済的性能を改善することであり、それは間違いなく燃料消費量の減少と効率の向上につながるでしょう。

熱電力工学 -天然熱資源を熱、機械、電気エネルギーに変換する産業と農業の主要部門。熱電力工学の不可欠な部分は 技術的な熱力学、熱の仕事への変換に関連する物理現象を研究します。熱機関と熱交換器の計算は、熱力学の法則に基づいて行われます。発電所の最高効率のための条件が決定されます。熱力学の古典的な作品を作成した人々によって、熱工学の発展に多大な貢献がなされました。

対流および放射熱伝達の法則が体系化されました。

彼らは蒸気ボイラーとエンジンの設計と建設の基礎を築きました。

技術的な熱力学の法則を理解し、それを実際に適用する能力により、熱機関の運転を改善し、燃料消費量を削減することができます。これは、炭化水素原料の価格が上昇し、消費量が増加している現在非常に重要です。増加しています。

質問1

ベラルーシ共和国の燃料とエネルギーの複合体

ベラルーシ共和国のエネルギー政策の最優先事項は、エネルギーキャリアを国に安定的に供給するとともに、燃料とエネルギー資源を最も効率的に使用して経済の機能と発展のための条件を作り出すことです。

RB自身の燃料とエネルギー資源の埋蔵量は不十分であり、消費量の約15〜20％に達します。十分な量の泥炭と木材、褐炭があり、頁岩はかなり低カロリーです。

ベラルーシ共和国の石油生産量は年間約200万トンです。ガスは約320〜103万トンの燃料に相当します。残りのエネルギー資源は、主にロシアから海外で購入されています。

エネルギー価格は大幅に上昇しています。したがって、1000m3のガス115uの場合。つまり、オイル-1トン230cuの場合。 e。ベラルーシ共和国は、年間約220億の天然ガスと約1800万の石油を購入しています。国のエネルギー安全保障が1つの供給業者に依存しないことを保証するために、ベネズエラの中東のアゼルバイジャンと交渉が進行中であり、将来的には石油の形で炭化水素原料を販売する予定です。

現在、政府と省エネ委員会は地元の燃料の使用を非常に重視しており、2010年までに購入したエネルギー資源の消費量を20〜25％削減する必要があります。

泥炭。

共和国では9000以上の泥炭鉱床が調査されており、鉱床の工業深度の境界内の総面積は254万ヘクタール、初期の泥炭埋蔵量は56.5億トンです。現在までに、残りの地質埋蔵量は43億と推定されています。トン、これはオリジナルから75％です。

泥炭の主な埋蔵量は、農業で使用される堆積物（17億トンと残りの埋蔵量の39％）に含まれるか、自然保護対象として分類されます（16億トンまたは37％）。

開発基金に含まれる泥炭資源は2億6000万トンと推定されており、これは残りの埋蔵量の6％に相当します。フィールド開発中に回収可能な埋蔵量は、1億1,000万〜1億4,000万トンと推定されています。

オイルシェール。

オイルシェール（LyubanskoeおよびTurovskoe鉱床）の予測埋蔵量は110億トン、商業埋蔵量は30億トンと推定されています。 T。

最も研究されているのはTurovskoye鉱床で、その中で最初の4億7,500万〜6億9,700万トンの埋蔵量の鉱山が調査されており、このような頁岩の100万トンは約22万トンに相当します。ここ。発熱量-1000-1500kcal / kg、灰分-75％、樹脂収率6-9.2％、硫黄分2.6％

品質指標の観点から、ベラルーシのオイルシェールは、灰分が多く、発熱量が少ないため、効率的な燃料ではありません。それらは、液体および気体燃料を生成するために予備熱処理を必要とします。得られた製品のコストが世界の価格や石油よりも高いという事実を考慮に入れるとともに、巨大な灰の投棄の発生による環境被害と灰中の発がん性物質の含有量を考慮に入れます。頁岩の抽出と予測期間は実用的ではありません。

褐炭。

褐炭の総埋蔵量は1億5,160万トンです

詳細に調査され、産業開発のために準備されたZhitkovichi油田の2つの鉱床：Severnaya（2350万トン）とNaidinskaya（23.1百万トン）、他の2つの鉱床（Yuzhnaya-1380万トンとKolmenskaya-860万トン）。探検した。

褐炭は、練炭の形の泥炭と組み合わせて使用することができます。

石炭埋蔵量の推定コストは、燃料換算で2トンと推定されています。年に。

薪。

一般に、共和国では、薪と製材所の廃棄物の集中調達の年間量は、燃料換算で約0.94〜100万トンです。 t。薪の一部は自己調達を通じて人口に行き、その量はレベルで推定されます

燃料換算で30〜40万トン

薪を燃料として使用する共和国の最大の可能性は、木材の自然な年間成長に基づいて決定できます。これは、およそ2,500万立方メートルと推定されています。 mまたは660万トンの石油換算。汚染された地域を含め、年間トン（成長するものすべてを燃やす場合）。ホメリ地域-2万立方メートル mまたは5.3千トンの燃料相当これらの地域の木材を燃料として利用するには、ガス化の技術や設備を開発・導入する必要があります。 2015年までに熱エネルギー生産のための木材の収穫量を2倍にする計画であるという事実を考慮すると、2010年までに予測される木材燃料の年間量は燃料換算で180万トンに増加する可能性があります。

再生可能エネルギー源。

ベラルーシのすべての水路の潜在的な容量は850MWであり、技術的に利用可能なもの（520 MW）と経済的に実現可能なもの（250 MW）を含みます。 2010年までに、水力資源により、4,000万kWhを発電することが可能であり、したがって、16,000トンの燃料換算量を置き換えることができます。

ベラルーシ共和国の領土では、理論上のポテンシャルが1,600 MW、年間発電量が16,000トンの燃料に相当する風力タービンを設置するために1,840のサイトが特定されています。

ただし、2015年までの期間では、風力ポテンシャルの技術的に実現可能で経済的に実現可能な使用は、設置電力の5％を超えず、720〜840百万kWhになります。

世界のエネルギー埋蔵量。

冷凍および機械プロセスと空調の概念の理論的基礎は、主に熱力学と水力学の2つの基礎科学に基づいています。

定義1

熱力学は、内部エネルギーを、科学者がマクロレベルで検討するさまざまな化学的、物理的、およびその他のプロセスに変換する法則を研究する科学です。

熱力学の規定は、19世紀の初めに最初に策定され、熱の機械的仮説の基礎となる熱力学の第1および第2の原則、ならびにエネルギーの変換と保存の法則に基づいています。ロシアの偉大な研究者MVLomonosovによって策定されました。

熱力学の主な方向性は技術的な熱力学であり、熱が仕事に相互に変換されるプロセスと、これらの現象が最も効果的に発生する条件を研究します。

定義2

水理学は、流体の平衡と運動の法則を研究し、それらを使用して複雑な工学的問題を解決する方法を開発する科学です。

油圧の原理は、さまざまな油圧パイプライン、構造物、機械の設計、エンジニアリング、運用、建設に関連する多くの問題を解決するためによく適用されます。

「浮体について」という科学的研究を書いた古代ギリシャの思想家アルキメデスは、水理学の傑出した創設者と見なされています。科学としての水理学は、人の社会的知的活動に直接関係する熱力学よりもはるかに早く発生しました。

水理学と熱力学の開発

図1.油圧流量の測定。 Author24-学生論文のオンライン交換

水理学は、自然および人工の条件でのさまざまな流体の機械的運動に関連する問題を注意深く研究する複雑な理論分野です。すべての要素は不可分で連続的な物理体と見なされるため、油圧は連続体力学のセクションの1つと見なすことができ、特殊な物質である液体を含めるのが通例です。

すでに古代中国とエジプトでは、人々は川にダムや水車小屋を建設する方法、強力な水揚げ機が使用された広大な水田の灌漑システムを知っていました。ローマでは、紀元前6世紀。 e。当時の超高度な技術文化を物語る給水システムが構築されました。水力に関する最初の論文は、「アルキメデススクリュー」の結果として名付けられた、水を持ち上げるための機械を最初に発明したアルキメデスの教えと見なされるべきです。現代の油圧ポンプのプロトタイプであるのはこの装置です。

最初の空気圧の概念は、油圧の概念よりもはるかに遅れて登場しました。 18世紀にのみ。 n。 e。ドイツの領土では、「ガスと空気の移動」のための機械が発表されました。技術の発展に伴い、油圧システムは近代化され、その実用分野は急速に拡大しています。

19世紀の熱力学の発展において、科学者は3つの主要な期間を区別し、それぞれに独自の特性がありました。

最初のものは、最初と2番目の熱力学的原理の形成によって特徴づけられました。
第2期は、19世紀半ばまで続き、英国人J.ジュール、ドイツ人探検家ゴットリーブ、W。トムソンなどの著名なヨーロッパの物理学者の科学的研究によって区別されました。
熱力学の第3世代は、有名なオーストリアの科学者であり、サンクトペテルブルク科学アカデミーのメンバーであるルートヴィッヒボルツマンによって発見されました。ルートヴィッヒボルツマンは、数多くの実験を通じて、運動の機械的形態と熱的形態の関係を確立しました。

さらに、熱力学の発展は止まらず、加速したペースで進んだ。したがって、アメリカのギブスは1897年に化学熱力学を開発しました。つまり、物理化学を絶対的な演繹科学にしました。

2つの科学的方向性の基本的な概念と方法

図2.油圧抵抗。 Author24-学生論文のオンライン交換

備考1

水力学の研究対象は、流体の平衡と無秩序な動きの基本法則、および給水と灌漑のための水力システムをアクティブにする方法です。

これらのすべての仮説は、私たちの時代よりずっと前に人間に知られていました。流体力学における「液体」という用語は、熱力学で一般的に信じられているよりも広い意味を持っています。「液体」の概念には、任意の小さな力の影響下で形状を変化させることができるすべての物理的な物体が含まれます。

したがって、この定義は、熱力学のような通常の（液滴）液体だけでなく、気体も意味します。研究された物理学の分野の違いにもかかわらず、特定の条件下での液滴気体と液体の運動の法則は同じであると見なすことができます。これらの条件の主なものは、同じサウンドパラメータと比較した速度インジケータです。

水理学は、主にさまざまなチャネル内の流体の流れ、つまり、密な壁で囲まれた流れを研究します。「チャネル」の概念には、ポンプの流路、パイプライン、クリアランス、および油圧の概念の他の要素を含む、流れ自体を制限するすべてのデバイスが含まれます。したがって、水理学では主に内部流れが研究され、熱力学では外部流れが研究されます。

備考2

熱力学的解析の対象は、何らかの制御面によって外部環境から分離できるシステムです。

熱力学の研究方法は巨視的な方法です。

システムのマクロ構造特性を正確に特徴づけるために、巨視的概念の値が使用されます：

自然：
温度;
プレッシャー;
特定のボリューム。

熱力学的方法の特徴は、それが唯一の基本的な自然法則、つまりエネルギーの変換と保存の法則に基づいていることです。これは、数学的装置の基礎を構成するすべての重要な関係が、この位置からのみ導き出されることを意味します。

水理学と熱力学の基礎

油圧と熱力学の基礎を研究するときは、油圧機械の機能の原理をよりよく習得して理解するのに役立つ物理学の分野の概念に依存する必要があります。

すべての物体は、一定の運動をしている原子で構成されています。このような要素は、比較的短い距離で引き付けられ、かなり近い距離で反発します。最小の粒子の中心には正に帯電した原子核があり、その周りを電子がランダムに移動して電子殻を形成します。

定義3

物理量は、独自の測定単位を持つ物体の特性を定量的に表したものです。

ほぼ1世紀半前、ドイツの物理学者K. Gaussは、いくつかのパラメーターに対して独立した測定単位を選択した場合、それらに基づいて、物理法則を通じて、絶対に含まれる量の単位を確立できることを証明しました。物理学のあらゆる分野。

油圧の速度の測定単位は、メートルと秒の形式でシステムの単位から派生した概念の派生単位です。考慮される物理量（加速度、速度、重量）は、基本的な測定単位を使用して熱力学で決定され、寸法があります。分子間力が存在するにもかかわらず、水分子は常に常に動いています。液体物質の温度が高いほど、その構成部品の動きが速くなります。

液体と気体のいくつかの物理的特性について詳しく見ていきましょう。油圧システム内の流体とガスは、元の体積を維持するために簡単に変形する可能性があります。熱力学系では、すべてが完全に異なって見えます。このような熱力学の変形では、機械的な作業を行う必要はありません。これは、特定の概念で機能する要素が、起こりうるシフトに対して弱く耐性があることを意味します。

水理学は、流体の平衡と運動の法則、およびこれらの法則を実際に適用する方法を研究する科学です。油圧の法則は、油圧構造、油圧機械、パイプライン計算などの設計と建設に使用されます。

水理学の分野での最初の非常に重要な研究結果は、液体に浸された体のバランスの法則を発見した古代ギリシャの科学者アルキメデス（紀元前287年から212年）の名前に関連しています。しかし、ほぼ1700年間のアルキメデスのポストの間、油圧は目立った開発を受けませんでした。

油圧の開発における新しい段階は、ルネッサンスで始まりました。ここで、船の底と壁にかかる圧力を決定するための規則を与えたオランダの科学者ステビン（1548-1620）の仕事に注意する必要があります。イタリアの科学者トリチェリ（1608-1647）は、流れる液体の特性を調査し、容器の穴からの液体の流出の法則を発見しました。フランスの数学者で物理学者のパスカル（1623-1662）は、表面に作用する液体による圧力の伝達に関する法則を策定しました。

BXVII-XVIII世紀。最も重要な法律が制定されました
流体力学。ニュートン（1643-1727）による力学の法則の発見は、流体の運動の法則の研究に必要な基礎を作成しました。ニュートンは、液体の内部摩擦の理論の基礎を開発しました。これは、ロシアの科学者N.P. Petrov（1836-1920）を含む彼の信奉者によってさらに発展しました。彼が開発した理論は、潤滑の動水力学説と呼ばれていました。

方法論マニュアル「水理学の基本法則」は、主要な用語と規定を定めた短い理論コースです。

このマニュアルは、教室または課外の独立した作業における専門分野「ガス供給システムおよび機器の設置と操作」の学生、および「油圧、熱工学、および空気力学の基礎」、「油圧」の分野の教師を支援するために推奨されます。

マニュアルの最後に、自習用の質問のリストと、学習に推奨される文献のリストがあります。

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体系的な開発

分野「油圧、熱工学、空気力学の基礎」：

「水理の基本法則」

注釈

方法論マニュアル「水理学の基本法則」は、主要な用語と規定を定めた短い理論コースです。

マニュアルの最後に、自習用の質問のリストと、学習に推奨される文献のリストがあります。

はじめに…………………………………………………………………..... 4

静水圧、基本概念……………………………………....... 5
静水力学の基本方程式………………………………………7
静水圧の種類.............................................。 ... ........ 8つ
パスカルの法則、実際の適用...........................................。 ................. 9
アルキメデスの法則。体の水泳状態………………………………..11
静水圧パラドックス…………………………………………..13
流体力学、基本概念……………………………………..14
連続の（連続）方程式………………………………16
ベルヌーイの理想的な流体の方程式……………………....... 17
実液のベルヌーイの方程式………………………….20
生徒の自己準備に関する質問………………..22

結論………………………………………………………………... 23

参考文献………………………………………………….............. 24

序章

この方法論マニュアルは、「水力学、熱工学、および空気力学の基礎」の分野の「静水力学」および「流体力学」のセクションをカバーしています。マニュアルは、油圧の基本法則を定め、基本的な条件と規定を考慮しています。

この資料は、この分野のカリキュラムの要件と、専門分野である「ガス供給システムおよび機器の設置と運用」のための教育および方法論の複合体の要件に従って提示されます。

マニュアルは理論的なコースであり、学問分野の特定のトピックの研究や、課外活動に使用できます。

この教材の最終段階は、概説されているすべてのトピックに関する学生向けの自習用の質問のリストであることに注意してください。

1.静水圧、基本概念

静水力学は、流体の平衡の法則と境界面との相互作用を研究する水理学の一分野です。

絶対平衡状態にある液体を考えてみましょう。安静時に。液体内の特定の微小体積を選択しましょうΔ Vと外部からそれに作用する力を考慮してください。

外力には、表面と体積（質量）の2種類があります。

表面力 -これらは、選択した量の液体の外面に直接作用する力です。それらはこの表面の面積に比例します。このような力は、特定の体積に対する隣接する体積の液体の作用または他の物体の作用によって引き起こされます。

体積（質量）力割り当てられた液体の体積の質量に比例し、この体積内のすべての粒子に作用します。体積力の例は、重力、遠心力、慣性力などです。

割り当てられた量の液体に作用する内力を特徴づけるために、特別な用語を導入します。これを行うには、外力の作用下で平衡状態にある任意の量の液体を考えます。

この量の液体の中から、非常に小さな領域を選択します..。このサイトに作用する力はそれに垂直（垂直）であり、比率は次のとおりです。

サイトで発生する平均静水圧ですΔω ..。そうでなければ、外力の作用下で、静水圧の発生によって特徴付けられる、液体の応力状態が生じることを特徴付けることができる。

与えられた点でのpの正確な値を決定するには、この比率の限界をで決定する必要があります。..。これにより、特定のポイントでの真の静水圧が決まります。

寸法[p]は、応力の寸法に等しくなります。

[p] = [Pa]または[kgf / m 2 ]

静水圧特性

液体の外面では、静水圧は常に内側の法線に沿って方向付けられ、液体の内側のどの点でも、その値は、それが作用するプラットフォームの傾斜角度に依存しません。

静水圧が等しく呼ばれるすべての点での表面等しい圧力の表面..。そのような表面には以下が含まれます自由表面、すなわち、液体と気体の媒体の間の界面。

圧力は、すべての技術パラメータの継続的な監視とタイムリーな調整を目的として測定されます。技術プロセスごとに特別なレジームマップが作成されます。制御不能な圧力上昇により、エネルギーボイラーのマルチトンドラムがサッカーボールのように数十メートル飛んで行き、経路上のすべてのものを破壊する場合があります。圧力を下げることは破壊を引き起こしませんが、以下につながります：

不良品;
燃料の過剰消費。

静水力学の基本方程式

図1-基本的な静水圧方程式のデモンストレーション

平衡状態にある液体の任意の点（図1を参照）について、

z + p /γ= z 0 + p 0 /γ= ... = H、

ここで、pは特定の点Aでの圧力です（図を参照）。 p 0 -液体の自由表面への圧力; p /γおよびp 0 /γは液柱の高さ（比重γ）であり、考慮される点と自由表面の圧力に対応します。 zとz 0 -任意の水平比較平面（x0y）に対する点Aと液体の自由表面の座標。 H -静水頭。上記の式から、次のようになります。

p = p 0 +γ（z 0 -z）またはp = p 0 +γh

ここで、hは検討中のポイントの浸漬深さです。上記の式はと呼ばれます基本的な静水圧方程式..。量γhは液柱重量高さh。

結論：静水圧 p この時点で、液体の自由表面の圧力の合計に等しくなりますp 0 そして、ポイントの浸漬深さに等しい高さの液柱によって生成される圧力。

3.静水圧の種類

静水圧はSI-Paで測定されます。さらに、静水圧はkgf / cmで測定されます 2 、液柱の高さ（水柱のm、mm Hgなど）および物理的雰囲気（atm）および技術的（atm）。

絶対これは、他の大気ガスを考慮せずに、単一のガスによって体に発生する圧力と呼ばれます。 Pa（パスカル）で測定します。絶対圧は、大気圧とゲージ圧の合計です。

バロメトリック（大気）は、大気中のすべての物体にかかる重力の圧力です。通常の大気圧は、0°Cの温度で760mmの水銀柱によって生成されます。

真空測定された圧力と大気圧の間の負の差と呼ばれます。

絶対圧pと大気圧pの差 a 過圧と呼ばれ、pで表されます小屋：

p g = p-p a

また

p g /γ=（p --p a）/γ= h p

h p この場合はピエゾメータの高さ、これは過圧の尺度です。

図では。 2 a）は、液体が入った閉じたリザーバーを示しています。その表面の圧力はpです。 0 ..。貯水池に接続されたピエゾメータ P （下の図を参照）そのポイントでの過圧を決定します A。

大気圧で表される絶対圧とゲージ圧は、それぞれataとatiで表されます。

真空圧、または真空、-大気圧に対する圧力の欠如（圧力不足）、つまり大気圧または気圧と絶対圧力の差：

p vac = p a --p

また

p vac /γ=（p a --p）/γ= h vac

ここでhvac -真空の高さ、つまり真空ゲージの読み取り V 図に示すタンクに接続されています。 2 b）。真空は、圧力と同じ単位で、大気の分数またはパーセントで表されます。

図2a-ピエゾメータの測定値図2b-真空計の測定値 "

最後の2つの式から、真空はゼロから大気圧まで変化する可能性があります。最大値h vac 通常の大気圧（760 mm Hg）では、10.33mの水に相当します。美術。

4.パスカルの法則、実際の適用

静水力学の基本方程式によれば、液体の表面の圧力p 0 液量のすべてのポイントに、同じ方法ですべての方向に送信されます。これは何パスカルの法則。

この法則は、1653年にフランスの科学者B.パスカルによって発見されました。これは、静水力学の基本法と呼ばれることもあります。

パスカルの法則は、物質の分子構造の観点から説明することができます。固体では、分子は結晶格子を形成し、平衡位置を中心に振動します。液体や気体では、分子は比較的自由であり、相互に移動することができます。液体（または気体）にかかる圧力を、力の作用の方向だけでなく、すべての方向に伝達できるのはこの機能です。

パスカルの法則は、現代のテクノロジーに広く適用されています。現代のスーパープレスの仕事はパスカルの法則に基づいており、800MPaのオーダーの圧力を作り出すことができます。また、この法律に基づいて、宇宙船、ジェット旅客機、数値制御を備えた工作機械、掘削機、ダンプトラックなどを制御する水力自動システムの作業が構築されています。

パスカルの法則は、液体（気体）が移動する場合、および液体（気体）が重力場にある場合には適用されません。たとえば、大気圧と静水圧は高度とともに低下することが知られています。

図3-パスカルの法則のデモンストレーション

原則として、パスカルの法則を使用する最も有名なデバイスを考えてみましょう。これは油圧プレスです。

油圧プレスの基本は、2つのシリンダーの形をしたCommunicationVesselです。一方のシリンダーの直径は、もう一方のシリンダーの直径よりも大幅に小さくなっています。シリンダーはオイルなどの液体で満たされています。上から、それらはピストンによってしっかりと閉じられます。図からわかるように。以下の4、1つのピストンSの面積 1 別のピストンSの面積の何倍も小さい 2 .

図4-CommunicatingVessels

小さなピストンに力が加えられたと仮定します F 1 ..。この力は液体に作用し、その領域全体に分散されます。 S 1 ..。小さなピストンが液体に及ぼす圧力は、次の式を使用して計算できます。

パスカルの法則によれば、この圧力は液体のどの点にも変化せずに伝達されます。これは、大きなピストンにかかる圧力を意味します p 2は同じになります：

これは次のことを意味します。

この上、大きなピストンに作用する力は、小さなピストンに加えられる力の何倍にもなり、大きなピストンの面積が小さなピストンの面積の何倍にもなります。

その結果、油圧機械は得ることを可能にします強さの獲得小さいピストンの面積に対する大きいピストンの面積の比率に等しい。

5.アルキメデスの法則。体の水泳条件

液体に浸された物体には、重力に加えて、浮力、つまりアルキメデスの力があります。液体は体のすべての面を圧迫しますが、圧力は同じではありません。結局のところ、本体の下縁は上縁よりも液体に浸されており、圧力は深さとともに増加します。つまり、本体の下面に作用する力は、上面に作用する力よりも大きくなります。したがって、体を液体から押し出そうとする力が発生します。

アルキメデスの力の値は、液体の密度と、液体の中に直接ある体の部分の体積に依存します。アルキメデスの力は、液体だけでなく気体でも作用します。

アルキメデスの法則：液体または気体に浸された物体は、物体の体積に含まれる液体または気体の重量に等しい浮力を受けます。

液体に浸された物体に作用するアルキメデスの力は、次の式で計算できます。

ここで、ρw -液体密度、V金 -液体に浸された体の部分の体積。

液体の中にある物体は、重力とアルキメデスの2つの力の影響を受けます。これらの力の影響下で、体は動くことができます。体の水泳には3つの条件があります（図5）。

重力がアルキメデスの力よりも大きい場合、体は沈み、底に沈みます。
重力がアルキメデスの力と等しい場合、物体は液体の任意の点で平衡状態にある可能性があり、物体は液体の内部に浮かんでいます。
重力がアルキメデスの力よりも小さい場合、体は浮き上がり、上昇します。

図5-体の水泳条件

アルキメデスの法則は、航空学にも使用されます。初めて気球は1783年にモンゴルフィエ兄弟によって作成されました。 1852年、フランス人のジファードは飛行船を作成しました。これは、エアラダーとプロペラを備えた制御された気球です。

6.静水圧パラドックス

同じ液体を同じ高さで異なる形状の容器に注ぐが、底面積が同じである場合、注がれる液体の重量が異なるにもかかわらず、底部の圧力はすべての容器で同じであり、円筒形の容器内の液体の重量。

この現象は静水圧パラドックスそして、液体の性質によって、液体に発生する圧力をすべての方向に伝達することが説明されます。

さまざまな形状の容器（図6）で、同じ底面積と同じレベルの液体が入っている場合、底の液体の圧力は同じになります。それは計算することができます：

P =p⋅S=g⋅ρ⋅h⋅S

S-下部領域

h-液柱の高さ

図6-さまざまな形状の容器

液体が容器の底を押す力は、容器の形状に依存せず、底が容器の底である垂直柱の重量に等しく、高さは高さです液柱の。

1618年、パスカルは、バレルに挿入された細い背の高いチューブにマグカップを注いでバレルを引き裂くことで、同時代の人々を驚かせました。

7.流体力学、基本概念

流体力学は、加えられた外力の作用下での流体の運動の法則とそれらの表面との相互作用を研究する水理学の一分野です。

各ポイントでの移動する流体の状態は、密度と粘度だけでなく、最も重要なこととして、流体粒子の速度と流体力学的圧力によっても特徴付けられます。

研究の主な目的は、液体の流れです。これは、液体の塊の動きとして理解され、全体的または部分的に任意の表面によって制限されます。境界面は、固体（たとえば、河岸）、液体（集合体の状態間の界面）、または気体にすることができます。

流体の流れは安定している場合と不安定な場合があります。定常運動は、チャネルの特定のポイントで圧力と速度が時間の経過とともに変化しない流体の運動です。

υ= f（x、y、z）およびp = f（x、y、z）

速度と圧力が空間の座標だけでなく時間からも変化する運動は、非定常または非定常と呼ばれます。υ= f（x、y、z、t）およびp = f（x、y、z、 t）

定常状態の動きの例は、円錐形のチューブを通る一定レベルの容器からの液体の流出です。チューブのさまざまなセクションでの流体の移動速度は異なりますが、各セクションでこの速度は一定であり、時間の経過とともに変化することはありません。

同様の実験で、容器内の液体のレベルが一定に保たれていない場合、同じ円錐形のチューブに沿った液体の動きは、チューブのセクションの速度が不安定になる（不安定な）特性を持ちます。時間の経過とともに一定ではありません（容器内の液体のレベルが低下すると低下します）。

圧力と非圧力を区別する流体の動き。壁が液体の流れを完全に制限している場合、液体の動きは圧力と呼ばれます（たとえば、完全に満たされたパイプを通る液体の動き）。壁による流れの制限が部分的である場合（たとえば、川や運河の水の動き）、そのような動きは重力と呼ばれます。

流れの速度の方向は、流線によって特徴付けられます。
合理化 -流体の流れの内部に描かれた架空の曲線で、特定の時間にその上にあるすべての粒子の速度がこの曲線に接するようになっています。

図7-合理化

流線は、特定の期間における任意の1つの粒子の経路を反映するという点で軌道とは異なりますが、流線は、特定の時間における流体粒子のコレクションの運動方向を特徴づけます。定常状態の運動では、流線は液体粒子の運動の軌道と一致します。

流体の流れの断面にある場合は、基本領域を選択しますΔS 輪郭のポイントを通る流線を描くと、いわゆる現在のチューブ ..。フローチューブ内の液体が形成されますトリクル..。流体の流れは、移動するすべてのエレメンタリストリームの集まりと見なすことができます。

図8-電流管

自由面積ω（m²）は、流れの方向に垂直な流れの断面積です。たとえば、パイプの自由断面は円です。

接液周囲長χ（「chi」）は、生きているセクションの周囲の一部であり、中実の壁で囲まれています（図では太い線で強調表示されています）。

図9-ライブセクション

油圧フロー半径R-接液周囲に対する自由面積の比率

流量Qは、自由領域ωを単位時間tあたりに流れる液体Vの体積です。

平均流量υは流体の移動速度であり、自由断面積ωに対する液体Qの流量の比率によって決定されます。

さまざまな液体粒子の移動速度が異なるため、移動速度は平均化されます。たとえば、丸いパイプでは、パイプ軸の速度が最大になりますが、パイプの壁ではゼロになります。

連続の（連続）方程式

流れの連続の方程式は、物質の保存の法則と流れ全体の流体の流れの不変性から得られます。可変の空き領域を持つパイプを想像してみましょう。

図10-ジェット連続の方程式のデモンストレーション

パイプを通る液体の流量は、そのセクションのいずれかで一定です。エネルギー保存の法則が満たされます。また、流体は非圧縮性であると想定します。したがって、Q 1 = Q 2 = const、wherece

ω1υ1=ω2υ2

または、この方程式を書く別の方法が可能です。

それらの。平均速度 v1およびv2 生活セクションの対応する領域に反比例します w1とw2 流体の流れ。

したがって、連続の方程式は、体積流量の一定性を表します Q 、および液体の定常流の長さに沿った液体流の連続性の条件。

9.理想的な流体のベルヌーイの方程式

1738年に得られたダニエルベルヌーイの方程式は、さまざまな流れのセクションにおける圧力p、平均速度υ、およびピエゾメータの高さzの関係を示し、移動する流体のエネルギー保存の法則を表します。

角度βで空間に配置された可変直径のパイプラインを考えてみましょう（図10を参照）

図11-理想的な流体のベルヌーイ方程式のデモンストレーション

パイプラインの検討対象セクションで、セクション1-1とセクション2-2の2つのセクションを任意に選択してみましょう。最初のセクションから2番目のセクションまでのパイプラインに沿って、液体は流量Qで移動します。

液体の圧力を測定するために、ピエゾメータが使用されます-液体が高さまで上昇する薄壁のガラス管..。ピエゾメータは各セクションに設置されており、液面がさまざまな高さまで上昇します。

ピエゾメータに加えて、各セクション1-1と2-2にチューブが取り付けられており、その曲がった端は液体の流れに向けられており、これはピトー管と呼ばれます。ピトー管内の液体も、ピエゾメータラインから測定するとさまざまなレベルに上昇します。

ピエゾメータラインは次のように作成できます。セクション1-1と2-2の間に同じピエゾメータをいくつか配置し、それらの液面の読み取り値に曲線を描くと、破線が表示されます（図を参照）。

ただし、比較平面と呼ばれる、任意の水平線0-0（座標の参照平面）に対するピトー管のレベルの高さは同じになります。

ピトー管の液面の読み取り値に線を引くと、水平になり、パイプラインの総エネルギーレベルが反映されます。

理想的な流体の流れの2つの任意のセクション1-1および2-2の場合、ベルヌーイの式は次の形式になります。

セクション1-1と2-2は任意に取られるため、結果の方程式は別の方法で書き直すことができます。

方程式は次のように定式化されます。

理想的な流体の流れの任意のセクションのベルヌーイ方程式の3つの項の合計は、一定の値です。

エネルギーの観点から、方程式の各項は特定の種類のエネルギーを表します。

z1およびz2 -セクション1-1および2-2の位置エネルギーを特徴付ける特定の位置エネルギー。-同じセクションの潜在的な圧力エネルギーを特徴付ける特定の圧力エネルギー。-同じセクションの特定の運動エネルギー。

任意の断面における理想的な流体の総比エネルギーは一定であることがわかります。

幾何学的観点からのベルヌーイ方程式の定式化もあります。方程式の各項には線形次元があります。 z 1およびz2 -比較平面からのセクション1-1および2-2の幾何学的高さ。-ピエゾメータの高さ;-示されたセクションの高速高さ。

この場合、ベルヌーイの式は次のように読み取ることができます。理想的な流体の幾何学的、ピエゾメータ、および速度の高さの合計は一定の値です。

10.実際の流体に対するベルヌーイの方程式

実際の流体の流れのベルヌーイ方程式は、理想的な流体のベルヌーイ方程式とは異なります。

実際の粘性流体が移動すると、たとえばパイプラインの表面が特定の粗さを持っているという事実に関連して摩擦力が発生し、流体がエネルギーを消費することを克服します。その結果、セクション1-1の液体の総比エネルギーは、セクション2-2の総比エネルギーよりも失われたエネルギーの量だけ大きくなります。

図12-実際の流体のベルヌーイ方程式のデモンストレーション

失われたエネルギー（失われた頭）はによって示されます直線寸法です。

実際の流体に対するベルヌーイの方程式は次のようになります。

流体がセクション1-1からセクション2-2に移動すると、失われたヘッドは常に増加します（失われたヘッドは垂直の陰影で強調表示されます）。

したがって、2番目のセクションの最初のセクションの液体が持つ初期エネルギーのレベルは、幾何学的高さ、ピエゾメータ高さ、速度高さ、およびセクション1-1と2-2の間の失われた水頭の4つの要素の合計になります。

さらに、さらに2つの係数が方程式に現れました 1およびα2 、これはコリオリ係数と呼ばれ、流体の流れのレジームに依存します（層流レジームの場合はα= 2、乱流レジームの場合はα= 1）。

身長を失った液体の層間の摩擦力によって引き起こされるパイプラインの長さに沿った水頭損失と、局所的な抵抗によって引き起こされる損失（バルブ、パイプの回転などの流れの構成の変化）で構成されます。

Hの長さ+ hの座席

ベルヌーイの方程式は、実際の油圧の問題のほとんどを解決します。これを行うには、フローの長さに沿って2つのセクションを選択します。これにより、一方のセクションではp、ρの値がわかり、もう一方のセクションでは1つまたは値が決定されます。 2番目のセクションには2つの未知数があるため、液体の流量υの不変性の方程式が使用されます。 1ω1=υ2ω2。

11.生徒の自己準備に関する質問

体はどのような力で水に浮くのでしょうか？体が沈み始める条件を説明してください。
あなたの意見では、理想的な液体と実際の液体の違いは何ですか？自然界に理想的な液体はありますか？
どんなタイプの静水圧を知っていますか？
ある深さの液体のある点で静水圧を決定する場合 h 、では、この点にどのような力が作用しますか？答えに名前を付けて説明します。
連続の方程式とベルヌーイの方程式の根底にある物理法則は何ですか？答えを説明してください。
デバイスに名前を付けて簡単に説明します。デバイスの動作原理はパスカルの法則に基づいています。
静水圧パラドックスと呼ばれる物理現象とは何ですか？
コリオリ係数、平均流量、圧力、パイプラインの長さに沿った損失水頭...これらすべての量を接続する方程式と、このリストにまだ示されていないものを説明してください。
比重と密度を結ぶ式は何ですか？
液体の流れの連続の方程式は、水力学においてかなり重要な役割を果たします。どんな液体に有効ですか？あなたの答えを説明しなさい。
この方法論マニュアルで名前が挙げられているすべての科学者の名前は何ですか、そして彼らの発見を簡単に説明します。
私たちの周りの世界に理想的な流体、合理化、真空はありますか？あなたの答えを説明しなさい。
スキームに従ってさまざまなタイプの圧力を測定するための機器に名前を付けます：「圧力のタイプ.....-機器.....」。
日常生活、圧力と非圧力の流体の動きの種類、静止と非定常の例を挙げてください。
ピエゾメータ、気圧計、ピトー管は実際にはどのような目的で使用されていますか？
圧力を測定したときに、標準値よりもはるかに高いことがわかった場合はどうなりますか？そして少ない場合は？あなたの答えを説明しなさい。
「静水力学」と「流体力学」のセクションの研究対象の違いは何ですか？
ベルヌーイ方程式の幾何学的でエネルギッシュな意味を説明してください。
濡れた周囲、空き領域...このリストを続けて、これらの用語の説明を説明してください。
この方法論のマニュアルから学んだ水理学の法則と、それらがどのような物理的意味を持っているかを挙げてください。

結論

この方法論のマニュアルが、学生が「油圧」、「油圧、熱工学、空気力学の基礎」の教育資料をよりよく習得し、最も重要なことに、の「最も明るい」瞬間のアイデアを得るのに役立つことを願っています研究されている分野、すなわち油圧の基本法則について。私たちが仕事や日常生活で使用する多くのデバイスの仕事は、これらの法律に基づいており、多くの場合、それを実現することさえありません。

よろしくお願いします、N.V。Markova

参考文献

ブリュカノフO.N. 水理学と熱工学の基礎：学生のための教科書。機関水曜日教授教育/ブリュカノフO.N.、メリク-アラケリアンA.T.、コロブコV.I-M。：ITs Academy、2008 .-- 240p。
ブリュカノフO.N. 油圧、熱工学、空気力学の基礎：スタッドの教科書。機関水曜日教授教育/ブリュカノフO.N.、メリク-アラケリアンA.T.、コロブコV.I. --M。：Infra-M、2014、253p。
Gusev A.A.油圧の基礎：学生向けの教科書。機関水曜日教授教育/ A。A.Gusev。 --M。：Yurayt Publishing House、2016年.-- 285p。
B.V. Ukhin 水理学：学生のための教科書。機関水曜日教授教育/ Ukhin B.V.、Gusev A.A. --M。：Infra-M、2013、432p。