Контрольная работа по "Гидравлике"

Контрольная работа

1.Определение линейных и местных потерь напора при движении жидкости и газов.

При течении  жидкости по трубам ей приходится затрачивать  энергию на преодоление сил внешнего и внутреннего трения. В прямых участках труб эти силы сопротивления  действуют по всей длине потока и  общая потеря энергии на их преодоление  прямо пропорциональна длине  трубы. Такие сопротивления называются линейными. Их величина (потеря давления) зависит от плотности и вязкости жидкости, а также от диаметра трубы (чем меньше диаметр, тем больше сопротивление), скорости течения (увеличение скорости увеличивает потери) и чистоты  внутренней поверхности трубы (чем  больше шероховатость стенок, тем  больше сопротивление).

Кроме трения в  прямых участках, в трубопроводах  встречаются дополнительные сопротивления  в виде поворотов потока, изменений  сечения, кранов, ответвлений и т. п. В этих случаях структура потока нарушается и его энергия затрачивается  на перестроение, завихрения, удары. Такие  сопротивления называют местными. Линейные и местные сопротивления являются двумя разновидностями так называемых гидравлических сопротивлений, определение которых составляет основу расчета любых гидравлических систем.

Режимы течения  жидкости. В практике наблюдаются  два характерных режима течения  жидкостей: ламинарный и турбулентный.

При ламинарном режиме элементарные струйки потока текут параллельно, не перемешиваясь. Если в такой поток ввести струйку окрашенной жидкости, то она будет продолжать свое течение в виде тонкой нити среди потока неокрашенной жидкости, не размываясь. Такой режим течения возможен при очень малых скоростях потока. С увеличением скорости выше определенного предела течение становится турбулентным, вихреобразным, при котором жидкость в пределах поперечного сечения трубопровода интенсивно перемешивается. При постепенном увеличении скорости окрашенная струйка в потоке сначала начинает колебаться относительно своей оси, затем в ней появляются разрывы из-за перемешивания с другими струями и затем вследствие этого весь поток получает равномерную окраску.

Наличие того или  иного режима течения зависит  от величины отношения кинетической энергии потока 1 1

(■п-гпи2=ч-рУи2) к работе сил внут-реннего трения (/•7 = р„5^/)—см. (2.9).

Это безразмерное отношение

^-pVv2/ (р,5^/) можно упростить,

имея в виду, что Ды пропорционально V. Величины / и А/г также

имеют одну и  ту же размерность, и их можно сократить, а отношение объема V к поперечному  сечению 5 является линейным размером й.

Тогда отношение  кинетической энергии к работе сил  внутреннего трения с точностью  до постоянных множителей можно характеризовать  безразмерным комплексом:

который называется числом (или критерием) Рейнольдса в честь английского физика Осборна Рейнольдса, в конце прошлого века экспериментально наблюдавшего наличие двух режимов течения.

Малые значения чисел Рейнольдса свидетельствуют о преобладании работы сил внутреннего трения в потоке жидкости и соответствуют ламинарному течению. Большие значения Йе соответствуют преобладанию кинетической энергии и турбулентному режиму течения. Граница начала перехода одного режима в другой — критическое число Рейнольдса — составляет 1?екр = 2300 для круглых труб (в качестве характерного размера принимается диаметр трубы).

В технике, в  том числе и тепловозной, в  гидравлических (в том числе воздушных  и газовых) системах обычно имеет  место турбулентное течение жидкостей. Ламинарный режим бывает лишь у вязких жидкостей (например, масло) при малых  скоростях течения и в тонких каналах (плоские трубки радиатора).

Расчет гидравлических сопротивлений. Линейные потери напора определяются по формуле Дарси-Вейсбаха:

где X («лямбда») — коэффициент линейного сопротивления, зависящий от числа Рейнольдса. Для ламинарного потока в круглой трубе Я, = 64/Ие (зависит от скорости), для турбулентных потоков величина к мало зависит от

скорости и, главным образом, определяется шероховатостью стенок труб.

Местные потери напора также считаются пропорциональными  квадрату скорости и определяются так:

где £ («дзета») — коэффициент местного сопротивления, зависящий от типа сопротивления (поворот, расширение и т. п.) и от его геометрических характеристик.

Коэффициенты  местного сопротивления устанавливаются  опытным путем, их значения приводятся в справочниках.

Понятие о расчете  гидравлических систем. При расчете  любой гидравлической системы решается обычно одна из двух задач: определение  необходимого перепада давлений (напора) для пропуска данного расхода  жидкости или определение расхода  жидкости в системе при заданном перепаде давлений.

В любом случае должна быть определена полная потеря напора в системе АН, которая равна  сумме сопротивлений всех участков системы, т. е. сумме линейных сопротивлений' всех прямых участков трубопроводов  и местных сопротивлений других элементов системы:

Если во всех участках трубопровода средняя скорость течения одинакова, уравнение (2.33) упрощается:

Обычно в  системе имеются участки, скорости течения в которых отличаются друг от друга. В этом случае удобно привести уравнение (2.33) к другой форме, учитывая,

что расход жидкости постоянен для всех элементов  системы (без ответвлений). Подставив  в условие (2.33) значения и = С}/5, получим

гидравлическая  характеристика, или общий коэффициент  сопротивления системы.

Необходимо  иметь в виду, что расчет трубопроводов  не является решением задачи с одним  определенным ответом. Его результаты зависят от выбора величины диаметров  участков трубопровода или скоростей  в них. Действительно, можно принять  в расчете невысокие значения скоростей и получить небольшие  потери напора. Но тогда при заданном расходе сечения трубопроводов (диаметры) должны быть большими, система будет  громоздкой и тяжелой. Приняв высокие  скорости течения в трубах, мы уменьшим их поперечные размеры, но при этом существенно (пропорционально квадрату скорости) возрастут потери напора и затраты энергии на работу системы. Поэтому при расчетах обычно задаются какими-то средними, «оптимальными», значениями скоростей течения жидкости. Для  водяных систем оптимальная скорость имеет порядок примерно 1 м/с, для  воздушных систем низкого давления — 8— 12 м/с.

Гидравлический  удар представляет собой явление, происходящее в потоке жидкости при быстром  изменении скорости его течения (например, при резком закрытии задвижки в трубопроводе или остановке  насоса). В этом случае кинетическая энергия потока мгновенно переходит в потенциальную энергию и давление потока перед задвижкой резко возрастает. Область повышенного давления затем распространяется от задвижки в сторону еще не заторможенного полностью потока со скоростью, близкой к скорости звука а в этой среде.

Резкое повышение  давления приводит если не к разрушению, то к упругой деформации элементов  трубопровода, что уменьшает силу удара, но усиливает колебания давления жидкости в трубе. Величина скачка давления при полной остановке потока жидкости, имевшего скорость v, определяется по формуле выдающегося русского ученого — профессора Н. Е. Жуковского, полученной им в 1898 г.: Др = раа, где р — плотность жидкости.

С целью предотвращения ударных явлений в крупных  гидравлических системах (например, водопроводных  сетях) запорные устройства выполняют  так, чтобы их закрытие происходило  постепенно.

 

2.Определение  толщины стенок труб подверженных  внутреннему давлению.

 

Толщину стенок труб, подверженных  давлению следует рассчитывать, руководствуясь «Указаниями по расчету трубопроводов  различного назначения» — СН 373—67, а газопроводов высокого давления —  по МРТУ-26-01-10—67.

Толщины стенок труб и деталей  газопроводов из углеродистой стали  необходимо принимать: а) для сред со скоростью коррозии до 0,1 мм в год  — как для неагрессивных " и  малоагрессивных сред; б) для сред со скоростью коррозии 0,1 мм — 0,5 мм в год — как для средне-агрессивных сред.

Толщина стенки труб определяется в соответствии с указаниями

Для строительства подземных  или теплоизолированных наземных газопроводов допускается применение труб, изготовленных  из иолуспокойной или кипящей стали с диаметром условного прохода до 500 лис включительно и толщиной стенки не более 8 мм, по ГОСТ и в расчете на давления, указанные в настоящей таблице, при условиях: а) строительства газопроводов в районах с расчетной зимней температурой воздуха не нище —30° С (за расчетную зимнюю температуру воздуха принимается средняя температура наиболее холодной пятидневки по табл.

Необходимость обогрева, выбор  теплоносителя, диаметр обогревающего  спутника и толщина теплоизоляции  определяются проектом на основании  соответствующих расчетов.

В качестве основного изоляционного  материала допускается использование  минерального войлока с содержанием  до 5% битума для теплоизоляции газопроводов с температурой среды не более 60 °С и минеральной пробки с содержанием до 20% битума для газопроводов с отрицательной температурой при условии защиты их 'асбоцементной штукатуркой толщиной 10—15 мм.

При выборочной ревизии  намеченного участка газопровода  необходимо: а) провести наружный осмотр согласно техническим условиям и  требованиям настоящих Правил; б) произвести внутренний осмотр газопроводов при помощи лупы, лампы РВП или  других средств; внутренняя поверхность  труб при этом должна быть очищена  от грязи и отложений, а в случае необходимости — протравлена; демонтаж трубы для внутреннего осмотра  при наличии фланцевых или  других разъемных соединений производится при помощи разборки этих соединении; при цельносварном газопроводе  производится вырезка участка газопровода, работающего в особо тяжелых  условиях и подверженного эрозии или коррозии проницаемостью глубиной до 0,5 мм в год; в) простучать молотком (при отсутствии изоляции) и промерить в нескольких местах, наиболее подверженных износу, толщину стенки ультразвуковым толщиномером или засверловкой с последующей заваркой отверстий; г) при обнаружении в процессе осмотра дефектов в сварных швах или при возникновении сомнений в их качестве произвести вырезку пробок для металлографических испытаний; для определения качества сварных швов может быть применен магнитографический метод (магнофлокс) или метод просвечивания гамма-лучами; д) проверить механические свойства металла, вырезав образцы в двух различных местах ревизуемого участка трубопровода, наиболее подверженных влиянию температуры, коррозии, эрозии и т.

Должны быть произведены: а) полный обмер трубы с определением толщины стенки как по концам, так и в наиболее утоненной части; для замеров толщин стенок струб и фасонных частей можно применять ультразвуковые толщиномеры или засверловку с последующей заваркой отверстия; б) ревизия резьбы фланцевого соединения; в) определение твердости на наружной поверхности в нескольких точках (для горячих участков); г) определение химического состава металла на внутренней поверхности; д) определение механических свойств металла труб или деталей на продольных образцах, взятых из разных мест по длине трубы или детали, отбракованных по толщине стенки или по другим видам дефектов; е) исследование макро- и микроструктуры металла на образцах, взятых из разных мест по длине трубы и толщине стенки.

Если при ревизии газопроводов будет обнаружено, что первоначаль ная толщина стенки трубы или другой детали под действием коррозии или эрозии уменьшилась, возможность дальнейшей работы газопровода должна быть проверена расчетом: для газопроводов низкого давления — по СН 373—67, для газопроводов высокого давления — по МРТУ-26-01-10—67.

Отдельные укладываемые из нее кольца следует пересыпать слоем  толщиной до 1 мм сухого, чистого, хлопьевидного (чешуйчатого) графита.

При ревизии арматуры, установленной  на газопроводах, предназначенных для  транспортирования среднеагрессивных газов (со скоростью коррозии до 0,5 мм в год), должно быть обеспечено наблюдение за износом корпуса арматуры путем первоначального и последующего замеров его толщины с помощью специальных приборов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Какова сущность второго закона термодинамики.

 

Первый закон термодинамики, закон сохранения и превращения  энергии, дает количественную и в то же время качественную характеристику превращения энергии.

Однако первый закон термодинамики  не указывает направления процессов  и не имеет в этом отношении ограничений. Так первый закон термодинамики не делает различий между преобразованием работы в тепло (l→q) и тепла в работу (q→l). Хотя количественные соотношения при том и другом преобразовании одинаковым образом подчиняются первому закону термодинамики, между этими преобразованиями имеется существенное различие. Превращение работы в тепло - положительное превращение энергии, идущее естественным путем. Превращение тепла в работу – отрицательное превращение энергии, которое осуществляется при соблюдении особых условий. Вот об этих условиях и говорит второй закон термодинамики. В этом отношении второй закон термодинамики является как бы необходимым дополнением к первому закону термодинамики.