В. В. Богачев теоретические основы


НазваниеВ. В. Богачев теоретические основы
страница1/8
Дата публикации13.06.2013
Размер0.79 Mb.
ТипУчебное пособие
userdocs.ru > Математика > Учебное пособие
  1   2   3   4   5   6   7   8


Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Северо-Кавказский государственный технический университет»


В. В. Богачев

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

РАБОТЫ НАГНЕТАТЕЛЕЙ
Учебное пособие

(курс лекций)

Ставрополь

Издательство СевКавГТУ

2010

УДК

ББК

Б
Рецензенты:


Богачев, В. В.

Б Теоретические основы работы нагнетателей : учебное пособие (курс лекций) / В. В. Богачев. – Ставрополь : СевКавГТУ, 2010. – 82 с.

УДК

ББК




© Богачев В. В., 2010

© ГОУВПО «Северо-Кавказский государственный технический университет», 2010

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 5
^ ЛЕКЦИЯ 1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕХНИЧЕСКОЙ МЕХАНИКИ ЖИДКОСТЕЙ. ПАРАМЕТРЫ РАБОТЫ НАГНЕТАТЕЛЕЙ 6

1.1. Уравнение неразрывности потока 6

1.2. Уравнение движения 7

1.3. Гидравлические сопротивления 10

Контрольные вопросы 12
^ ЛЕКЦИЯ 2. УРАВНЕНИЕ ЭЙЛЕРА ДЛЯ РАБОТЫ ЛОПАСТНОГО КОЛЕСА 13

2.1. Уравнение Эйлера для работы лопастного колеса 15

2.2. Характеристики лопастных нагнетателей 16

Контрольные вопросы 18
^ ЛЕКЦИЯ 3. ПОТЕРИ ДАВЛЕНИЯ В НАГНЕТАТЕЛЯХ.

ПОДОБИЕ ЛОПАСТНЫХ НАГНЕТАТЕЛЕЙ 19

3.1. Потери перед рабочим колесом 19

3.2. Потери в рабочем колесе 20

3.3. Потери за рабочим колесом 21

3.4. Подобие лопастных нагнетателей 27

3.5. Универсальные характеристики 29

3.6. Общие характеристики 31

3.7. Безразмерные (отвлеченные) характеристики 32

Контрольные вопросы 33
^ ЛЕКЦИЯ 4. РАБОТА НАГНЕТАТЕЛЯ В СЕТИ 34

4.1. Потери давления в сети 34

4.2. Работа насоса в сети 37

4.3. Метод наложения характеристик 38

4.4. Присоединение нагнетателя к сети 39

4.5. Выходные элементы вентиляционных установок 41

Контрольные вопросы 42
^ ЛЕКЦИЯ 5. СОВМЕСТНАЯ РАБОТА НАГНЕТАТЕЛЕЙ 43

5.1. Параллельное включение нагнетателей 43

5.2. Методика построения характеристик 45

5.3. Последовательное включение нагнетателей 48

5.4. Нагнетатели с одинаковой характери­стикой 50

5.5. Нагнетатели с разными характеристи­ками 50

Контрольные вопросы 52
^ ЛЕКЦИЯ 6. ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ НАГНЕТАТЕЛЕЙ В СЕТЯХ 53

6.1. Неточность расчета потерь давления в сети 53

6.2. Отключение и дросселирование сети 54

6.3. Негерметичность сети 55

6.4. Изменение температуры 55

6.5. Перемещение механических примесей 57

Контрольные вопросы 59
^ ЛЕКЦИЯ 7. УСТОЙЧИВОСТЬ РАБОТЫ НАГНЕТАТЕЛЕЙ 60

7.1. Возникновение неустойчивых режимов работы 60

7.2. Помпаж 62

7.3. Кавитация 63

Контрольные вопросы 67
^ ЛЕКЦИЯ 8. РЕГУЛИРОВАНИЕ НАГНЕТАТЕЛЕЙ 68

8.1. Способы регулирования 68

8.2. Дросселирование 69

8.3. Регулирование перепуском 71

8.4. Изменение частоты вращения рабочего колеса 72

8.5. Регулирование частоты вращения нагнетателя

с по­мощью гидромуфты 73

8.6. Изменение относительной скорости 76

8.7. Закручивание потока перед рабочим колесом 77

8.8. Осевой направляющий аппарат 78

Контрольные вопросы 80
^ СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 81


ВВЕДЕНИЕ

ЛЕКЦИЯ 1

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕХНИЧЕСКОЙ МЕХАНИКИ ЖИДКОСТЕЙ. ПАРАМЕТРЫ РАБОТЫ НАГНЕТАТЕЛЕЙ
Техническая гидроаэромеханика изучает законы движе­ния, относительного покоя и взаимодействия жидкости с твердыми телами, которые либо находятся в ней, либо ее ограничивают. Под жидкостью понимают такую мате­риальную среду, медленная деформация которой при по­стоянном объеме возможна под действием ничтожно ма­лых сил. Жидкости делятся на два класса: малосжимаемые – капельные и сжимаемые – газы. При движении газов со скоростями, значительно меньшими скорости звука, сжимаемостью газа можно пренебречь. В этом случае при исследовании движения газов применяют уравнения движения капельных жидкостей. Техническая механика жидкости базируется на ос­новных законах сохранения массы, энергии и импульса, которые широко применяются в технике.
1.1. Уравнение неразрывности потока

Рассмотрим уста­новившееся движение жидкости в канале произвольного сечения (рис. 1.1).

П

Рисунок 1.1 – Схема потока к вы­воду уравнения сохранения массы


усть поток движется со скоростью с от сечения 1 – 1 к сечению 2 – 2. В соответствии с зако­ном сохранения массы вещества та масса жидкости, ко­торая находится между сечениями 1 – 2 и 2 – 2, для рас­сматриваемого случая движения должна быть постоян­ной. Это означает, что масса жидкости, прошедшая че­рез живое сечение канала площадью ω1 будет равна массе жидкости, прошедшей через живое сечение кана­ла площадью ω2, т. е.



(1.1)

где ρ1 и ρ2 – плотность жидкости, проходящей через сечение 1 – 1 и 2 – 2 соответственно.

Выражение (1.1), являясь следствием закона сохра­нения массы, называется уравнением неразрывности по­тока жидкости. Из уравнения неразрывности потока, часто записываемого в виде



(1.2)

следует, что, если предположить существование внутри установившегося потока жидких струек, для каждой из которых должно выполняться условие (1.2), то они нигде не могут закончиться. Эти струйки либо должны простираться от одной границы рассматриваемого про­странства до другой, либо замыкаться. В тех случаях, когда несжимаемые (капельные) жидкости или газы движутся под действием относительно малых перепадов давления и весь поток рассматривается как одна жидкая струйка, произведение ωc = Q называют объемным рас­ходом потока, а произведение ρωc = М – массовым рас­ходом.
1.2. Уравнение движения

Известно, что основными си­лами, действующими в движущейся жидкости, являют­ся массовые и поверхностные. Если канал, в котором движется жидкость, является неподвижным, то единст­венной массовой силой, действующей в жидкости, будет вес. К поверхностным силам относится силы гидродина­мического давления и силы трения.

Количественной мерой различных форм движения материи служит понятие, называемое в физике энер­гией. Если тело движется, то оно обладает энергией; если тело обладает энергией, оно может совершить ра­боту, которая в дальнейшем (в соответствии с принци­пами сохранения энергии) может перейти в другую фор­му энергии (например, в тепловую).

Рассмотрим установившееся движение вязкой жидко­сти с учетом ее сжимаемости. Как известно, при движе­нии сжимаемых жидкостей работа сил трения оказыва­ет двоякое действие: с одной стороны, являясь реактив­ной силой, она тормозит поток, действуя в противопо­ложном движению направлении; с другой стороны, рабо­та сил трения, целиком превращаясь в теплоту, возвра­щается в поток в виде тепловой энергии, которая может расходоваться на расширение жидкости и, следователь­но, на ускорение ее движения.

Выделим некоторый объем в трубке тока движущей­ся жидкости и ограничим его сечениями 1 – 1 и 2 – 2 (рис. 1.2).

Р

Рисунок 1.2 – Схема потока к вы­воду уравнения сохранения энергии
ассматривая установившееся движение, за­пишем для этого объема уравнение сохранения энергии в следующей формулировке: работа внешних сил плюс подведенная теплота расходуются на изменение механи­ческой и внутренней энергии рабочего тела. Как извест­но, внешними силами, действующими при перемещении жидкости от сечения 1 – 1 к сечению 2 – 2, являются силы давления и силы трения. Пусть за некоторый про­межуток времени под действием сил давления произо­шло перемещение объема жидкости, заключенного меж­ду сечениями 1 – 1 и 2 – 2, в сечения 1’ – 1’ и 2' – 2'. Это означает, что вблизи сечения 1 – 1 (см. рис. 1.2) исчез­нет элемент массы



а около сечения 2 – 2 появится равный ему элемент массы



Спроектируем все силы на направление движения массы жидкости. Силы гидродинамического давления, действующие на боковую поверхность выделенного объе­ма, составляющих в направлении движения не дадут, и их работа по перемещению массы жидкости равна нулю. Таким образом, суммарная работа сил давления, под действием которых произошло перемещение жидкоcти из сечения 1 – 1 в сечение 2 – 2, определится выражением:



(1.3)

Обозначим удельную работу сил трения, возникаю­щую в потоке движущейся жидкости при перемещении ее из сечения 1 – 1 в сечение 2 – 2, ΔR. Таким образом, суммарная удельная работа внешних сил, совершаемая при перемещении потока жидкости из сечения 1 – 1 в се­чение 2 – 2, с учетом направления действия этих сил за­пишется в виде p1V1 – p2V2 – ΔR.

Вследствие работы вязких сил возможный приток теплоты в трубку тока между сечениями 1 – 1 и 2 – 2 будет равен MΔq, где Δq – количество теплоты, полу­ченное каждой единицей массы жидкости, прошедшей путь между этими сечениями. Таким образом, Δq – удельное количество теплоты, поступающей в массу жидкости между сечениями 1 – 1 и 2 – 2.

В соответствии с законом сохранения энергии удель­ные работа внешних сил и подведенная теплота долж­ны привести к изменению удельных механической и внутренней энергий потока жидкости. Удельную внут­реннюю энергию массы жидкости обозначим через U.

Масса жидкости, находящейся между сечениями 1 – 1 и 2 – 2, остается постоянной, поэтому изменение удель­ной энергии при перемещении жидкости из сечения 1 – 1 в сечение 2 – 2 определится как разность удельных энер­гий элементов массы dm2 и dm1. Таким образом, закон сохранения удельной энергии для выделенного элемен­та трубки тока может быть записан в виде



(1.4)

Полученное выражение (1.4) часто используется в дифференциальной форме:

d(c2/2)+gdZ+dU = –d(pv) – d(pv)dR+dq. (1.5)

Уравнение сохранения энергии (1.5) может быть до­полнено уравнением, вытекающим из первого начала термодинамики, согласно которому подведенная к си­стеме теплота увеличивает ее внутреннюю энергию и со­вершает работу расширения, т. е.

dq = dU+pdv. (1.6)

Подставляя выражение (1.6) в уравнение (1.5) и интегрируя имеем выражение



(1.7)

представляющее собой уравнение Д. Бернулли, учиты­вающее как сжимаемость жидкости, так и работу сил трения. Каждый член уравнения (1.7) определяет удель­ную энергию или удельную работу.
1.3. Гидравлические сопротивления

Для расчета водо­проводных сетей уравнение Д. Бернулли часто исполь­зуется в виде выражения (1.7). Каждое из этих уравнений содержит в качестве слагаемого член, учитывающий работу сил трения в потоке и называе­мый «потерей напора» hw.

На практике встречаются два вида гидравлических потерь: потери по длине и местные потери. Потери по длине наблюдаются в каналах постоянного сечения и увеличиваются пропорционально длине канала. Они зависят как от состояния внутренней поверхности стенок канала, так и от режима движения жидкости. В качест­ве геометрической характеристики, определяющей со­стояние поверхности стенок канала, принята относитель­ная эквивалентная шероховатость. Режим движе­ния жидкости определяется числом Рейнольдса Re = cd, где с – характерная скорость движения потока жидкости, d – характерный размер потока, ν – кинема­тическая вязкость жидкости.

Потери на участке длиной L вычисляются по форму­ле Дарси – Вейсбаха. Для определения потерь напора она используется в виде



потерь давления – 



Если потери по длине возрастают пропорционально длине канала, то потери в местных сопротивлениях от длины не зависят. Эти потери возникают всегда, когда имеется деформация потока. Под деформацией понима­ют сужение и последующее расширение потока, вызванные либо изменением направления движения (поворот сети), либо установкой в сети трубопроводной арматуры (краны, вентили, задвижки, шиберы, дроссели, шайбы, муфты и т. д.).

Потери напора (или давления) в местных сопротив­лениях также тесно связаны с работой сил трения. Для понимания механизма потерь, возникающих при турбу­лентном движении в местных сопротивлениях, рассмот­рим явление, называемое внезапным расширением по­тока. Пусть поток, вытекая из трубы меньшего диаметра, по­падает в трубу большего диаметра. Дви­гаясь в продольном направлении со скоростью с, части­цы жидкости массой т обладают количеством движе­ния тс. Вследствие поперечных пульсаций скорости эти частицы попадают в область, находящуюся вне преде­лов струи, вытекающей из узкого сечения. В результате проявления вязкости часть количества движения такой жидкой частицы передается тем частицам, которые на­ходятся вне узкой части струи. Эти жидкие частицы, получив некоторую часть количества движения, начи­нают перемещаться в продольном направлении, расши­ряя тем самым зону жидкости, находящуюся в движе­нии. Так, в результате поперечных пульсаций при пере­даче количества движения от одной частицы к другой происходит постепенное расширение потока. Увеличение площади сечения расширяющейся струи происходит вместе с увеличением расхода потока жидкости вдоль нее. Поскольку должно выполняться условие неразрыв­ности потока, то расход жидкости, вытекающей из сече­ния 1 – 1, должен быть равен ее расходу, вытекающему из сечения 2 – 2. Следовательно, та часть жидкости, ко­торая была вовлечена в движение вязкими силами, должна вернуться. Таким образом, в расширяющейся части потока возникает постоянно вращающаяся масса жидкости (валец). Энергия, расходуемая потоком на поддержание движения в вальце за счет работы вязких сил, и является потерей напора в местном сопротивле­нии. Потери в местных сопротивлениях принято оп­ределять по формулам:



Коэффициенты местного сопротивления ζ определяются экспериментально.
  1   2   3   4   5   6   7   8

Похожие:

В. В. Богачев теоретические основы icon7 теоретические предпосылки и основы науки «деловое общение» Решающую...
Решающую роль в становлении науки «деловое общение» сыграло развитие философско-этического и психологического знания, в рамках которого...
В. В. Богачев теоретические основы iconМетодические рекомендации для выполнения курсовых работ по дисциплине...
Методические рекомендации по написанию курсовых работ по дисциплине «Теоретические основы финансового менеджмента» для студентов...
В. В. Богачев теоретические основы icon15. Теоретические и практические основы организационного развития...
Тема 15. Теоретические и практические основы организационного развития предприятий в зарубежном и отечественном менеджменте1
В. В. Богачев теоретические основы iconНаучно-теоретические основы и методологические подходы по реализации...
Предмет дисциплины: научно-теоретические основы и методологические подходы по реализации внешнеэкономических стратегий отечественных...
В. В. Богачев теоретические основы iconМетодические указания к выполнению расчетов переходных процессов...
Методические указания к выполнению расчетов переходных процессов в линейных электрических цепях по дисциплинам "Теоретические основы...
В. В. Богачев теоретические основы iconТеоретические основы логопсихологии § Понятия, цели, задачи логопсихология

В. В. Богачев теоретические основы iconТеоретические основы метрологии. Основные понятия, связанные с объектами измерения

В. В. Богачев теоретические основы iconПлан: Введение и краткий исторический обзор. Предмет, задачи, система...
Васильев А. Н., Яблоков Н. П. Предмет, система и теоретические основы криминалистики. М.,1984
В. В. Богачев теоретические основы iconЛитература Приложение 1
Теоретические основы изучения логического запоминания у детей подросткового возраста
В. В. Богачев теоретические основы iconТема Теоретические основы, терминология и методы охраны природы (2...
Темы семинарских занятий по курсу «Основы рационального природопользования и охраны природы»
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2015
контакты
userdocs.ru
Главная страница