Файл: Гидравлика.doc

Учреждение образования

«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра энергосбережения, гидравлики и теплотехники

ГИДРАВЛИКА,

ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ МАШИНЫ И ГИДРОПРИВОД

Программа, методические указания

и контрольные задания для студентов заочной формы

обучения инженерно-технических специальностей

Минск 2009

УДК 621.22-82(075.8)

ББК 30.123я7

С 74

Рассмотрены и рекомендованы к изданию редакционно-издательским советом университета

Составители:

доцент А. С. Дмитриченко,

старший преподаватель Е. С. Санкович

Рецензенты:

кандидат технических наук, заведующий кафедрой лесных машин и технологий лесозаготовок БГТУ, доцент С. П. Мохов

Приведены программа и общие методические указания по освоению различных разделов изучаемого курса. Даны задачи контрольных заданий и приложения, содержащие справочные материалы, необходимые для решения задач студентами всех специальностей заочной формы обучения.

 УО «Белорусский государственный технологический университет», 2009

Общие методические указания

В первой части курса – гидравлика – изучаются законы равновесия и движения жидкости, а также способы применения этих законов для решения практических инженерных задач. Во второй и третьей частях – гидравлические машины и гидропривод – изучаются устройства, принцип действия, теория и элементы расчета различных типов насосов, которые широко используются в настоящее время, а также гидравлических приводов, в которых жидкость служит носителем механической энергии.

При изучении материала по учебнику студент должен обратить особое внимание на проработку основных положений темы (раздела), использовать для этой цели методические указания, основное предназначение которых – облегчить студенту работу с книгой. Курс целесообразно изучать последовательно по темам (разделам), при этом руководствоваться программой и методическими указаниями. Сначала следует изучить теоретическую часть, затем решить и проанализировать приведенные в учебнике и задачниках примеры и задачи с решениями.

Существенное значение имеет правильный выбор учебника. Не следует одновременно пользоваться несколькими учебниками. Один из учебников, который рекомендован в списке учебной литературы, должен быть принят в качестве основного. Другие учебники и учебные пособия используют в том случае, если проработанный раздел отсутствует или недостаточно подробно изложен в основном учебнике.

1. Гидравлика

1.1. Основные свойства жидкости

Определение жидкости. Силы, действующие на жидкость. Давление в жидкости. Сжимаемость. Закон Ньютона для жидкостного трения. Вязкость. Поверхностное натяжение. Давление насыщенного пара жидкости. Растворение газов в жидкости. Особенности жидкостей, применяемых в гидросистемах. Модель идеальной жидкости. Неньютоновские жидкости.

Методические указания. Объект изучения в гидравлике – жидкость – физическое тело, молекулы которого слабо связаны между собой. Поэтому при воздействии даже незначительной силы жидкость изменяет свою форму. Жидкость занимает промежуточное место между твердым телом и газом. Она способна сохранять свой объем и этим сходна с твердым телом, но не способна самостоятельно сохранять свою форму, что сближает ее с газом.

Свойство жидкости оказывать сопротивление сдвигу или скольжению соприкасающихся слоев называется вязкостью. Вязкость приводит к появлению сил внутреннего трения между смежными слоями жидкости, текущими с различными скоростями. Она характеризует степень текучести жидкости, подвижности ее частиц. Вода принадлежит к наименее вязким жидкостям. При увеличении температуры вязкость жидкости заметно уменьшается. Отметим также, что вязкость газов увеличивается с ростом температуры. Пока жидкость не движется, вязкость не проявляется, поэтому при решении задач равновесия жидкостей ее не надо принимать во внимание.

Для упрощения рассмотрения законов механики жидкостей Л. Эйлер ввел понятие идеальной жидкости, т. е. такой воображаемой жидкости, которая является абсолютно подвижной (невязкой). При движении идеальной жидкости в ней не возникают силы внутреннего трения.

1.2. Гидростатика

Свойства давления в неподвижной жидкости. Уравнения Эйлера равновесия жидкости. Интегрирование уравнений Эйлера. Поверхности равного давления. Свободная поверхность жидкости. Основное уравнение гидростатики. Закон Паскаля. Приборы для измерения давления. Силы давления жидкости на плоские и криволинейные стенки.

Методические указания. Гидростатика изучает законы равновесия жидкости. Она рассматривает распределение давления в покоящейся жидкости, численное определение, определение направления и точки приложения силы давления жидкости на плоские и криволинейные поверхности.

Как известно, единицей давления является Ньютон на квадратный метр – Паскаль. Для практических вычислений эта единица неудобна, поэтому чаще применяют кратные единицы – килопаскаль (кПа) и мегапаскаль (МПа): 1 кПа = 10³ Па; 1 МПа = 10⁶ Па.

Атмосферное давление в какой-либо точке зависит от высоты этой точки над уровнем моря и незначительно колеблется в одной и той же точке. Нормальное атмосферное давление на уровне моря при температуре 0°С принимают равным р_ат = 101,3 кПа.

Часто жидкость сверху соприкасается с газом. Поверхность раздела между жидкостью и газообразной средой называется свободной поверхностью жидкости.

Различают абсолютное давление p_абс, манометрическое (избыточное) – р_м и вакуум – р_в, между которыми существуют следующие зависимости:

p_м = p_абс – p_ат; p_в = p_ат – p_абс; p_в = – p_м, (1)

где р_ат – атмосферное давление, Па.

Жидкость давит на поверхность, с которой она соприкасается. При определении силы гидростатического давления, как правило, оперируют манометриче­ским давлением или вакуумом, так как атмосферное давление действует на расчетную поверхность, то она может располагаться выше или ниже свободной поверхности. В общем случае расстояние по вертикали до пьезометрической плоскости h определяется по формуле

h = p/(ρg), (2)

где р – манометрическое давление или вакуум в любой точке жидкости, Па; ρ – плотность жидкости, кг/м³; g – ускорение силы тяжести, м/с².

Расстояние h откладывается от той точки жидкости, давление в которой равно р, вверх, если оно манометрическое, и вниз – в случае вакуума.

Силу давления на плоскую поверхность можно определить аналитическим и графоаналитическим методами. При аналитическом методе силу давления P выражают формулой

P = p_cS, (3)

где р_с – гидростатическое давление в центре тяжести плоской фигуры, Па; S – площадь фигуры, смоченной жидкостью, м².

При графоаналитическом методе строят эпюры давления, выражающие закон распределения давления на контур тела, погруженного в жидкость. Сила давления равняется объему пространственной эпюры, а ее вектор проходит через центр тяжести этой эпюры. Равнодействующая сила давления жидкости на криволинейную поверхность обычно выражается тремя взаимно перпендикулярными составляющими: P_x, P_y, P_z. Горизонтальные составляющие P_x и P_y вычисляют как силы давления на плоскую поверхность, равную проекции данной криволинейной поверхности на соответствующую вертикальную плоскость. Для определения вертикальной составляющей P_z строят тела давления. При этом криволинейная поверхность проектируется вертикально на пьезометрическую плоскость. Телом давления называется тело, с одного конца ограниченное криволинейной поверхностью, с другого – пьезометрической плоскостью, а со сторон – вер­ти­кальной проектирующей поверхностью. Сила P_z равна весу жидкости, занимающей объем V тела давления:

Р_z = pgV. (4)

При определении сил давления жидкости на сложные поверхности часто бывает целесообразно сначала графически суммировать эпюры, а также тела давления, построенные для отдельных частей данной поверхности.