УДК 532+621.22 ББК 30.123

К43

Ре ц е н з е н т ы: профессор кафедры транспортно-технологических машин Белорусско-Российского университета, доктор технических наук профессор Л.А. Сиваченко; первый проректор Могилевского государственного университета продовольствия, кандидат технических наук доцент А.С. Носиков

Ре к о м е н д о в а н о научно-методическим советом МГУП

Киркор, А.В.

К43 Механика жидкости и газов: учебно-методическое пособие / А.В. Киркор. – Могилев : МГУП, 2017. – 140 с.

ISBN 978-985-6985-38-9

В учебно-методическом пособии содержатся не только общие вопросы расчета трубопроводной системы, но и вопросы, связанные с подбором насосного оборудования для перемещения жидкостей. Оно построено таким образом, что содержит краткие теоретические сведения, основные понятия и определения, расчетные зависимости, а также вспомогательный материал в виде таблиц, графиков, номограмм, необходимые для выполнения расчетнографического задания.

Пособие предназначено для студентов механических специальностей пищевого профиля для самостоятельной работы по освоению курсов «Механика жидкости и газов», «Гидравлика и гидравлические машины». Оно будет полезно студентам, выполняющим гидравлические расчеты трубопроводов, в ходе выполнения курсовой работы по дисциплине «Процессы и аппараты пищевых производств», а также при выполнении курсовых проектов по технологическому оборудованию отрасли и дипломных проектов.

Оно может быть использовано магистрантами, обучающимся по специальностям 1–36 80 06 Машины, агрегаты и процессы (пищевая промышленность) и 1–43 80 01 Энергетика, а также аспирантам, обучающимся по специальности 05.18.12 Процессы и аппараты пищевых производств, работы которых связаны с изучением гидродинамики подвижных сред и гидромеханических процессов.

3.3Сложные трубопроводы

3.3.1Трубопроводы переменного сечения (последовательное

4.3.3. Расчет эксплуатационных характеристик центробежного насоса 60 2

3

ВВЕДЕНИЕ

Ускорение научно–технического прогресса в любой отрасли промышленного производства немыслимо без создания новых машин и технологий, автоматизации производства, разработки и внедрения нового высокоэффективного оборудования. Решение этих задач требует от инженернотехнических работников глубокого знания как физических основ протекающих процессов, так и основ их расчета и проектирования.

В основе подавляющего большинства процессов, протекающих в холодильных установках, лежат процессы перемещения подвижных сред: однородных жидкостей (вода, глицерин, этиленгликоль), жидких хладоносителей на основе водных растворов, паров холодильных агентов. Законы движения подвижных сред, а также способы применения этих законов при решении конкретных инженерных задач рассматриваются в курсе «Механика жидкости и газов». Поэтому знание основ и закономерностей механики подвижных сред является первостепенным условием успешного усвоения последующих специальных курсов.

Именно «Механика жидкости и газов», являясь общенаучной дисциплиной, выступает связующим звеном между общетеоретическими предметами: физикой, математикой, термодинамикой, теоретической механикой и специальными курсами: холодильными машинами, холодильными установками, теплоиспользующими холодильными машинами, оборудованием для кондиционирования воздуха.

Основное назначение данного учебно–методического пособия–помочь студентам выработать навыки для решения конкретных технических задач. Именно эта практическая часть курса способствует развитию инженерного мышления, сознательному овладению материалом, выработке навыков применения теоретических знаний к решению конкретных инженерных задач.

Наличие в пособии подробно разобранных примеров решения типовых задач позволяет студенту понять метод их решения, не прибегая к помощи преподавателя. Приведенные материалы справочного характера будут способствовать рациональной организации самостоятельной работы студентов и сокращению затрат их времени на поиски необходимой литературы.

Структура методического пособия отвечает требованиям, предъявляемым к методике изложения учебного материала, обеспечивает условия для самостоятельной, творческой работы студента и способно в известной степени заменить общение с преподавателем.

1 Общие указания по организации самостоятельной работы студента

Приступая к работе над расчетно–графическим заданием, необходимо детально ознакомиться с программой и методическим пособием. Выполнение задания рекомендуется вести в такой последовательности разделов и тем, в какой они представлены в данном пособии и что также отражено

4

структурной схемой на рисунке 1. В скобках указаны пункты в пособии где рассматривается каждый из этапов расчета.

Рисунок 1 – Структура последовательности выполнения расчетно– графического задания

Процесс проработки материала по расчетно–графическому заданию рекомендуется организовать следующим образом:

1)внимательно прочитать соответствующие разделы программы и тем самым четко уяснить изучаемые вопросы;

2)изучить литературу, рекомендуемую для проработки данной темы. Материал, требующий проработки с указанием учебника и страниц, приведен

вначале каждого раздела. При чтении литературы необходимо выделить наиболее важные и трудные места, а также отметить вопросы, которые не освещены в данном литературном источнике;

3)углубленно проработать теоретические положения по вопросам, входящим в разделы расчетно–графического задания, разобраться с выводами расчетных формул, а также четко усвоить определение отдельных величин и характеристик. При изучении материала очень важно уяснить размерность рассматриваемых величин и характеристик;

4)внимательно просмотреть примеры расчетов, приведенные в каждом разделе настоящего пособия;

5)кратко законспектировать материал по теме. Обязательным элементом конспекта по каждой теме должны быть схемы, эскизы и графики,

5

иллюстрирующие аналитические выводы, теоретические положения курса, принцип работы отдельных гидравлических устройств имашин.

2 Указания по выполнению расчетно–графического задания (РГЗ)

Номера схем и исходные данные для расчета выбираются по индивидуальному заданию преподавателя (по академическому журналу группы), о чем сообщается студентам на занятиях.

Расчетно–графическое задание должно быть написано разборчиво и аккуратно, с полями для исправлений и заметок при рецензировании. Ко всем техническим расчетам необходимо давать краткие пояснения, схемы и графики, иллюстрирующие расчет и отдельные расчетные величины.

Выполнение задания начинается с изложения условия и приведения расчетной схемы. Далее следует привести исходные данные задания и справочные. Если та или иная гидравлическая характеристика принимается по справочнику или вспомогательной таблице, необходимо указывать источник, откуда она взята, а для эмпирических формул—ее автора. Все данные приводятся в одной системе единиц–Международной системе единиц СИ. Для перевода единиц измерения из других систем единиц измерения в систему СИ возможно использовать таблицу А1приложения А.

В разделе 5 приводится пример гидравлического расчета сложного трубопровода. Он же может быть использован как образец для выполнения и оформления РГЗ.

Текстовая часть работы оформляется на стандартных листах белой бумаги формата А4 в полном соответствии с СТП СМК 4.2.3–01–2011. Общие требования и правила оформления учебных текстовых документов [25] рукописным способом либо с помощью компьютера. Более подробно

требования к оформлению РГЗ приводятся в разделе 7 настоящего пособия. Выполненная работа сдается преподавателю для проверки. По

результатам проверки работа допускается к защите или не допускается. Работа должна быть зачтена после собеседования со студентом во время занятий или консультаций.

6

ОСНОВНЫЕ ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Аэрозоли – системы, состоящие из твердых или жидких частиц, взвешенных в газообразной среде (например пыль, дым, туман).

Вязкость – свойство жидкости сопротивляться сдвигающим усилиям; молекулярный механизм переноса импульса.

Вязкость динамическая µ [Па·с] – характеризует сопротивление жидкости

смещению ее слоев и является одним из основных физических свойств жидкости.

Вязкость кинематическая v [м2/с] – отношение динамической вязкости к плотности жидкости.

Вязкость турбулентная vT – вязкость, которая в отличие от молекулярной, зависит от всех параметров, характеризующих турбулентность, в том числе и от осредненной скорости; vT >> µ .

Гетерогенные (неоднородные) системы – системы, состоящие из двух или нескольких фаз. Фазы, составляющие систему, могут быть в принципе механически отделены одна от другой.

Гидравлические потери ∑hn = hÒÐ + hÌ Ñ ; (м вод.ст.) – часть энергии

теряемой потоком при прохождении им через аппараты и по трубопроводам. Складывается из потерь по длине hÒÐ и потерь на преодоление местных

сопротивлений hMC .

Гидравлический радиус – отношение площади сечения потока S к смоченному периметру канала (трубопровода)χ : rг = S / χ [м].

Гидравлическое сопротивление ∆p [Па]–часть энергии, теряемой потоком при прохождении им через трубы и устройства. Определяется в долях от

скоростного давления ∆ðñê = ρϑ2 / 2 .

∆ð =ζ ρϑ2 2 ,

где ζ −коэффициент сопротивления;

ϑ − средняя скорость потока, м/с.

Дисперсная фаза – внутренняя фаза, находящаяся в тонко раздробленном состоянии.

Дым − система, состоящая из газа и распределенных в нем твердых частиц размерами от 0,3 до 5 мкм; она образуется при горении.

Законы пропорциональности – законы позволяющие установить основные технические показатели подобных насосов при изменении частоты вращения рабочего колеса насоса.

7

Рейнольдса – характеризует режим движения подвижных сред либо режим протекания процесса. Учитывает соотношение сил инерции и сил вязкостного трения. При движении жидкостей и газов в трубах и каналах Re =ϑd ρµ . В процессах осаждения Re =ϑocd÷ρµ . Здесьϑî ñ − скорость осаждения частиц диаметром d÷ .

Фруда – характеризует подобие процессов, протекающих в поле действия силы тяжести, и выражает соотношение сил тяжести и сил инерции:

Fr =ϑ2dg .

Эйлера – характеризует соотношение сил давления и сил инерции в

возникающих в потоке при его движении: потоке: Eu = ∆pρϑ2 . Ламинарный режим – режим, при котором все частицы сплошной и распределенной фазы перемещаются по параллельным траекториям в направлении движения потока. При движении жидкости или газа в трубах и каналах Re ≤ 2320, при осаждении Re ≤ 2, при перемешивании ReM ≤ 300÷500.

Массовый секундный расход – масса жидкости, протекающая через какоелибо сечение потока в единицу времени: Mc = ρ ϑ s,[êã / ñ]

Местные сопротивления – участки линий и аппаратов, где возникают потери энергии потоком из–за генерирования в потоке вихрей. Такими участками являются участки, где меняется скорость потока или направление его движения. Местными сопротивлениями является измерительная и запорно–регулирующая арматура. Величина потерь напора определяется по

уравнению Дарси: hMC = ∑n ξi υ2 ;

i=1 2g

Мощность насоса (N,Вт)– энергия, вносимая насосом в поток перемещаемой жидкости. Различают гидравлическую (полезную) мощность NÃ = ∆pVc = ρgH и электрическую (потребляемую) мощность NÝ = NÃ η .

8