Гидравлика
.pdf
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ЮЖНО-УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
621(07) П361
ГИДРАВЛИКА
Методические указания по изучению дисциплины
Челябинск
2013
1
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ЮЖНО-УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
621(07) П361
ГИДРАВЛИКА
Методические указания по изучению дисциплины
Челябинск
2013
Министерство образования и науки Российской Федерации Южно-Уральский государственный университет Филиал ФГБОУ ВПО «ЮУрГУ» (НИУ) в г. Кыштыме Кафедра технологии обработки материалов
621(07) П361
ГИДРАВЛИКА
Методические указания по изучению дисциплины
Под редакцией Д.В. Ардашева
Челябинск Издательский центр ЮУрГУ
2013
1
УДК 532.1/3(076.5) + 621.22(076.5) П361
Одобрено учебно-методической комиссией филиала ЮУрГУ в г. Кыштыме
Рецензент докт. техн наук, проф. П.П. Переверзев
П371 Гидравлика: методические указания по изучению дисциплины / составитель С.Ф. Плаксин, под ред. Д.В. Ардашева. – Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2013. – 18 с.
Методические указания освещают вопросы организации и содержания дисциплины «Гидравлика» очной и заочной формы обучения по направлению 151900.62 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств» по профилю «Технология машиностроения». В указаниях изложено содержание дисциплины: темы лекций, лабораторных работ, практических занятий, задание на контрольную работу, приведены требования к ее оформлению, а также оформлению отчетов по практическим и лабораторным работам.
УДК 532.1/3(076.5) + 621.22(076.5)
© Издательский центр ЮУрГУ, 2013
ОГЛАВЛЕНИЕ
1 |
Общие методические указания |
4 |
2 |
Объем и содержание дисциплины |
4 |
3 |
Вопросы для самопроверки |
7 |
4 |
Правила выполнения лабораторных работ |
9 |
5 |
Контрольные вопросы к лабораторным работам |
10 |
6 |
Порядок выполнения лабораторной работы |
11 |
7 |
Составление и сдача отчета по лабораторной работе |
11 |
8 |
Темы рефератов |
12 |
9 |
Вопросы для подготовки к зачёту |
15 |
3
1. Общие методические указания
Настоящие методические указания разработаны для студентов, обучающихся специальности 151900.62 согласно рабочим учебным планам. Содержание курса определено государственным стандартом высшего профессионального образования (2000г.). Для освоения высокопроизводительных машин, обеспечивающих внедрение прогрессивных технологических процессов, современный специалист должен знать: основные законы гидравлики, основы теории гидромашин, их конструкции, принципы работы и методы рациональной эксплуатации, основные принципы построения, элементы конструкции систем гидропривода металлорежущих станков – владеть фундаментальными знаниями в области гидравлики.
Цель изучения дисциплины – получить знания, необходимые для решения инженерных задач, связанных с использованием и применением жидкостей в различных областях техники.
Для изучения дисциплины необходима литература:
1.«Гидравлика»/пособие/ В.А. Кудинов, Э.М. Карташов. – М.: Высш. шк.,
2008.
2.«Гидравлика и гидроприводы» /учеб. Пособие/В.С. Кукис. – Челябинск: Челяб. гос. пед. ун-та, 2008.
3.«Гидравлика, гидромашины и гидроприводы»/ учебное пособие для лабораторных работ/ С.Ф. Плаксин; под ред. В.И. Гузеева. – Челябинск: ИздЮУрГУ , 2007.
4.Башта Т.М. и др. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы. М., Машиностроение, 1982.
5.Сборник задач по гидравлике, гидромашинам и гидроприводу. Под ред. Некрасова Б.Б., Высшая школа, 1989.
6.Е.Ф. Ложков. Сборник задач по гидравлике. Учебное пособие. Челябинск.
ЧПИ. 1984. Ч. I – 79 с.
2. Объем и содержание дисциплины
Объем и содержание учебной дисциплины отображен в таблице 1.1.
Таблица 1.1
Объем и содержание дисциплины
№ темы |
Наименование и краткое содержание занятия |
Литература |
Страница |
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
Лекции |
|
|
1 |
Предмет гидравлики. |
1 |
3 |
|
Роль российских и зарубежных ученых в становлении |
2 |
5 |
|
гидравлики и ее практических применений |
4 |
4 |
2 |
Силы, действующие на жидкость. |
1 |
17 |
|
Давление в жидкости. Единицы давления. |
1 |
19 |
|
Основные свойства жидкости: плотность, удельный |
|
|
|
вес, сжимаемость, температурное расширение, силы |
1 |
9 |
|
поверхностного натяжения, вязкость, единицы |
|
|
|
4 |
|
|
Продолжение таблицы 1.1
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
|
|
3 |
Гидростатическое давление и его свойства. Основное |
1 |
19 |
|
уравнение гидростатики. |
1 |
25 |
|
Закон Паскаля. |
4 |
15 |
|
Поверхность уровня. |
|
|
|
Геометрическая высота. |
|
|
|
Пьезометрическая высота. |
4 |
21 |
|
Гидростатический напор. |
|
|
|
Избыточное давление. |
|
|
|
Вакуум. |
|
|
4 |
Основные понятия кинематики и динамики жидкости . |
1 |
25 |
|
Установившееся и неустановившееся течение жидко- |
4 |
17 |
|
сти |
|
|
|
Линия тока, трубка тока, элементарная струйка. |
|
|
|
Расход. Уравнение расхода . |
4 |
34 |
|
Уравнение Бернулли для элементарной струйки иде- |
4 |
36 |
|
альной жидкости. |
1 |
75 |
|
Уравнение Бернулли для реальной жидкости. |
4 |
37 |
|
Гидравлические потери. |
1 |
80 |
|
Коэффициент потерь. |
4 |
44 |
|
Местные потери и потери на трение по длине. Формула |
4 |
48 |
|
Дарси. |
4 |
93 |
5 |
Основы гидравлического подобия. Геометрическое по- |
1 |
91 |
|
добие. |
|
|
|
Кинематическое подобие. |
|
|
|
Динамическое подобие. |
|
|
6 |
Теория ламинарного течения. |
1 |
110 |
|
Потеря напора на трение по длине. |
|
|
|
Закон распределения скоростей по сечению трубы при |
|
|
|
ламинарном течении. Коэффициент потерь на трение |
|
|
|
при ламинарном течении. |
|
|
7 |
Турбулентное течение. |
1 |
117 |
|
Коэффициент потерь на трение при турбулентном те- |
|
|
|
чении. |
|
|
|
Формулы Конакова и Блазиуса. Турбулентное течение |
|
|
|
в шероховатых трубах. Графики Никурадзе. |
|
|
|
Формула Альтшуля. |
|
|
8 |
Местное гидравлическое сопротивление. |
4 |
93 |
|
Внезапное расширение русла. |
|
|
|
Постепенное расширение русла. |
|
|
|
Сужение русла. |
|
|
|
Поворот русла |
|
|
9 |
Истечение через малые отверстия в тонкой стенке при |
1 |
173 |
|
постоянном напоре. |
4 |
106 |
|
Истечение через цилиндрический и коноидальный |
|
|
|
насадки. |
|
|
|
Истечение через отверстия при опорожнении сосудов. |
|
|
5
Продолжение таблицы 1.1
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
|
|
10 |
Простой трубопровод постоянного сечения. Соединения |
1 |
154 |
|
простых трубопроводов: последовательное, параллельное |
4 |
118 |
|
и разветвленное. |
|
|
|
Сложные трубопроводы. |
|
|
11 |
Общие сведения о гидромашинах. |
4 |
154 |
|
Насосы и гидродвигатели. |
|
|
|
Классификация насосов. |
|
|
|
Основные параметры насосов: подача, напор, мощность, |
|
|
|
КПД. |
|
|
|
Уравнение Эйлера для центробежных машин. Теоретиче- |
|
|
|
ский напор насосов. |
|
|
|
Треугольники скоростей. |
|
|
|
Характеристики центробежного насоса |
|
|
12 |
Основы теории подобия центробежных насосов. |
4 |
175 |
|
Перечень характеристик центробежных насосов. |
4 |
|
|
Кривая подобных режимов. |
|
|
|
Коэффициент быстроходности. |
|
|
|
Кавитация. Кавитационная характеристика. Кавитаци- |
4 |
200 |
|
онный коэффициент быстроходности |
|
|
|
Насосная установка и ее характеристика. Работа насоса |
|
|
|
на сеть Рабочая точка. Частные случаи насосных устано- |
|
|
|
вок. |
|
|
|
Неустойчивая работа насосной установки (помпаж). |
|
|
|
Регулирование режима работы насоса. |
4 |
190 |
|
Последовательная и параллельная работа насосов на |
|
|
|
сеть. Суммарные характеристики. Работа насоса на раз- |
4 |
194 |
|
ветвленный трубопровод |
|
|
|
|
|
|
13 |
Схема поршневого насоса с кривошипным приводом. |
4 |
275 |
|
Кинематические зависимости для движения поршня и |
|
|
|
закон изменения подачи. Коэффициент неравномерности. |
|
|
|
Методы выравнивания подачи поршневых насосов. |
|
|
|
Воздушные колпаки. |
|
|
|
Кавитация в поршневых насосах. Критический режим |
|
|
|
развитой кавитации. |
|
|
|
Лабораторные работы |
|
|
1 |
Исследование механических свойств жидкости |
3 |
3 |
2 |
Режимы движения жидкости |
3 |
15 |
3 |
Опытная иллюстрация уравнения Д. Бернулли |
3 |
18 |
4 |
Исследование гидравлических сопротивления трения |
3 |
22 |
5 |
Исследования местных гидравлических сопротивлений |
3 |
27 |
6 |
Сопротивление жидкости равномерно падающему шару |
3 |
30 |
7 |
Тарировка дроссельного расходомера |
3 |
32 |
8 |
Пропускная способность отверстий и насадок |
3 |
36 |
9 |
Определение коэффициента фильтрации |
3 |
39 |
10 |
Испытание пластинчатого насоса |
3 |
41 |
11 |
Изучение центробежного насоса и его работа на сеть |
3 |
44 |
|
6 |
|
|
Приступая к изучению дисциплины, необходимо ознакомиться с содержанием тем и методическими рекомендациями по их изучению.
Изучение тем учебной дисциплины рекомендуется вести в той последовательности, в которой они представлены в таблице 1.1 и ниже в методических рекомендациях.
При проработке теоретического курса внимательно изучить выводы основных формул, обращая при этом особое внимание на применяемые при выводе этих формул законы физики. Особо важно помнить допущения, сделанные в ходе вывода формул, так как они ограничивают применимость полученных закономерностей.
3. Вопросы для самопроверки
Для самопроверки знаний по теме ответить на вопросы. Тема 1
1. Назовите предмет и задачи дисциплины. 2. Назовите основные этапы развития гидравлики. 3. Назовите имена учёных основоположников гидравлики. 4. Назовите имена отечественных и зарубежных ученых, связанных с развитием гидравлики.
Тема 2 1. В чем отличие жидкостей от твердых тел и газов? 2. Какова взаимосвязь
между плотностью и удельным весом жидкости? Укажите единицы. 3. Что называется коэффициентом объемного сжатия жидкости? Какова его связь с модулем упругости? 4. Что называется вязкостью жидкости? В чем суть закона вязкого трения Ньютона? 5. В чем принципиальная разница между силами внутреннего трения в жидкости и силами трения при относительном перемещении твердых тел? 6. Какова связь между динамическим и кинематическим коэффициентами вязкости? Укажите их единицы.
Тема 3 1. Каковы свойства гидростатического давления? 2. Запишите и проанализи-
руйте основное уравнение гидростатики? 3. Что такое поверхность равного давления, и какова ее форма при абсолютном покое жидкости? 4. Как формулируется закон Паскаля и какова его связь с основным уравнением гидростатики? 5. Приведите примеры гидравлических установок, действие которых основано на законе Паскаля. 6. Каковы соотношения между абсолютным давлением, избыточным и вакуумметрическим давлением? Что больше: абсолютное давление, равное 0,12 МПа, или избыточное, равное 0,06 МПа? 7. Чему равна пьезометрическая высота (в метрах водяного столба) для атмосферного давления? 8. Почему центр давления всегда находится ниже центра тяжести смоченной поверхности наклонной плоской стенки?
Тема 4 1. Дайте определение и приведите примеры основных видов движения жидко-
сти: установившегося и неустановившегося, напорного и безнапорного, равномерного и неравномерного, медленно изменяющегося. 2. Что такое линия тока, трубка тока и элементарная струйка? 3. При каких условиях сохраняется постоян-
7
ство расхода вдоль потока? 4. Запишите и проведите анализ дифференциального уравнения неразрывности для несжимаемой жидкости при установившемся движении. 5. Что понимается под полем скоростей и полем давлений? 6. Каковы основные пути определения средней скорости? 7. Запишите уравнение Бернулли для элементарной струйки (потока) идеальной жидкости. Каков физический смысл входящих в него слагаемых? 8. Чем обусловлены различия в записи уравнений Бернулли для идеальной и несжимаемой вязкой жидкостей?
Тема 5 1. Сформулируйте условия гидродинамического подобия потоков жидкости. 2.
Объясните физический смысл критериев Рейнольдса, Фруда и Эйлера. Тема 6
1. От каких характеристик потока зависит режим движения жидкости? 2. Поясните физический смысл и практическое значение критерия Рейнольдса. 3. Что понимается под критической скоростью и критическим числом Рейнольдса? 5. Что понимается под осредненной скоростью? 6. Изобразите эпюру осредненных скоростей в сечении круглой трубы. В чем ее отличие от местных эпюры скоростей при ламинарном режиме движения?
Тема 7 1. Какова структура турбулентного потока жидкости в круглой трубе? 2. Пояс-
ните основные статистические характеристики турбулентного потока жидкости. 3. В чем отличие турбулентного течения от ламинарного?
Тема 8 1. Охарактеризовать режимы движения жидкости. 2. Чем обусловлены мест-
ные потери напора? 3. С какой целью определяется число Рейнольдса? 4. С какой целью используется номограмма Мурина. 5. Дать определение коэффициента местного сопротивления. Каким образом он определяется. 6. Дать классификацию гидравлических сопротивлений. 7. Дать определение коэффициента гидравлического трения. Каким образом он определяется? 8. Чем обусловлены потери напора по длине трубопровода?
Тема 9 1. По какой причине происходит сжатие струи при истечении жидкости через
малое отверстие в тонкой стенке? 2. Почему коэффициенты скорости и расхода по своей величине всегда меньше единице? 3. Чем обусловлен достигаемый положительный эффект при использовании внешнего цилиндрического насадка?
Тема 10
1.Как классифицируются трубопроводы? 2. В чем различие расчетов коротких
идлинных трубопроводов? 3. От каких факторов зависит сопротивление трубопровода? 4. Что такое экономически выгодный диаметр трубопровода и как он определяется? 5. Как определить общее сопротивление трубопровода при последовательном и параллельном соединении участков труб? 6. Как определяются потери напора в трубопроводе с равномерно распределенным путевым расходом при наличии транзитного расхода? 7. Объясните методику расчета сложного разомкнутого трубопровода. 8. Какие принципы положены в основу расчета сложного кольцевого трубопровода?
8