Изложены основы гидравлики, технической термодинамики, теории теплообмена. Рассмотрены основы гидростатики, кинематика и динамика движущихся потоков, термические и энергетические характеристики идеальных и реальных газов, основные виды теплообмена, теория подобия гидродинамических и теплообменных процессов.
Пособие предназначено для студентов обучающихся по специальностям: 28020265 «Инженерная защита окружающей среды». Оно может быть использовано студентами других специальностей, изучающих дисциплины «Гидравлика» и «Теплотехника».

Модели жидкости.
С целью упрощения решения многих задач вместо реальной жидкости рассматривают ту или иную модель жидкости, которая обладает лишь некоторыми свойствами реальных жидкостей. Эти свойства являются определяющими в решаемой задаче, поэтому подобные упрощения не дают существенных погрешностей определения искомых величин.

Рассмотрим основные существующие модели жидкости.
Идеальная жидкость - это жидкость, лишенная вязкости.
Несжимаемая жидкость - это жидкость, не изменяющая плотности при изменении давления.

Совершенная жидкость - это несжимаемая жидкость, в которой силы сцепления между молекулами отсутствуют, а собственный объем молекул равен нулю.
Совершенный газ - это сжимаемая жидкость (газ), в которой силы сцепления между молекулами отсутствуют, а собственный объем молекул равен нулю.

Идеальный газ - совершенный газ. лишенный вязкости.
Бароклинная жидкость - это газ. плотность которого является функцией давления и температуры.
Баротропная жидкость - это газ. у которого плотность зависит только от давления.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие
Основные обозначения
Введение
Часть I. ОСНОВЫ ГИДРАВЛИКИ
1. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЖИДКОСТЕЙ
1.1. Основные физические свойства жидкостей
1.2. Модели жидкости
2. ГИДРОСТАТИКА
2.1. Дифференциальные уравнения равновесия жидкости
2.2. Гидростатический закон. Гидростатическое давление
2.3. Условия равновесия жидкостей в сообщающихся сосудах
2.4. Простейшие гидравлические машины
2.5. Основные методы и приборы измерения давления
2.6. Закон Архимеда
2.7. Равновесие и устойчивость тел. погруженных в жидкость. Равновесие тела, плавающего на поверхности жидкости
2.8. Равновесие земной атмосферы
3. ГИДРОДИНАМИКА
3.1. Основы кинематики
3.1.1. Линии и трубки тока. Уравнение расхода
3.1.2. Движение жидкой частицы сплошной среды
3.1.3. Вихревое и безвихревое течение
3.1.4. Циркуляция скорости
3.2. Основы динамики
3.2.1. Силы, действующие на частицу сплошной среды. Напряженное состояние элементарного объема. Закон трения Стокса
3.2.2. Дифференциальное уравнение неразрывности
3.2.3. Дифференциальные уравнения переноса количества движения. Уравнения Эйлера и Навье-Стокса
3.2.4. Дифференциальное уравнение энергии
3.3. Движение вязкого потока
3.3.1. Режимы течения жидкости
3.3.2. Особенности турбулентного течения
3.3.3. Уравнения движения и энергии для ламинарного и турбулентного режима течения жидкости
3.3.4. Модели турбулентности
3.4. Движение жидкости с малой вязкостью
3.4.1. Пограничный слой
3.4.2. Движение невязкого потока
4. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ СОПРОТИВЛЕНИЯ
4.1. Сопротивления по длине
4.2. Местные гидравлические сопротивления
Часть II. ОСНОВЫ ТЕРМОДИНАМИКИ
5. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКАЯ СИСТЕМА И ЕЕ ПАРАМЕТРЫ
5.1. Термодинамическая система и ее состояние
5.2. Термические параметры состояния
6. ИДЕАЛЬНЫЙ ГАЗ
6.1. Уравнение состояния идеального газа
6.2. Смеси идеальных газов
7. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ СИСТЕМ
7.1. Внутренняя энергия. Энтальпия
7.2. Работа. Теплота
7.3. Теплоемкость
8. ПЕРВОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ
8.1. Формулировка первого начала термодинамики
8.2. Первое начало термодинамики для основных термодинамических процессов
9. ВТОРОЕ НАЧАЛО ТЕРМОДИНАМИКИ
9.1. Формулировка второго начала термодинамики
9.2. Цикл Карно
9.3. Интеграл Клаузиуса
9.4. Энтропия и термодинамическая вероятность
10. РЕАЛЬНЫЙ ГАЗ
10.1. Уравнения состояния реальных газов
10.2. Пары. Парообразование при постоянном давлении
10.3. У равнение Клайперона-Клаузиуса
10.4. pТ-диаграмма фазовых переходов
Часть III. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ТЕПЛОМАССООБМЕНА
11. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ ТЕОРИИ ТЕПЛОМАССООБМЕНА
11.1. Виды теплообмена
11.2. Основные понятия и законы молекулярного и конвективного теплообмена
12. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПОДОБИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ
12.1. Математическая формулировка задач гидрогазодинамики и теплопередачи
12.2. Основы теории подобия физических процессов
12.3. Определяющий размер и определяющая температура
12.4. Выявление обобщенных переменных из математической формулировки задачи
12.5. Получение чисел подобия на основе анализа размерностей
13. ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ И ТЕПЛОПЕРЕДАЧА ПРИ СТАЦИОНАРНОМ РЕЖИМЕ
13.1. Теплопроводность веществ
13.2. Теплопроводность и теплопередача через плоскую стенку
13.3. Теплопроводность и теплопередача через цилиндрическую стенку
13.4. Теплопроводность и теплопередача через шаровую стенку
14. ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ ПРИ НЕСТАЦИОНАРНОМ РЕЖИМЕ
14.1. Условия подобия нестационарных температурных полей
14.2. Нестационарная теплопроводность плоской стенки
15. ТЕПЛООТДАЧА
15.1. Факторы, влияющие на интенсивность теплоотдачи
15.2. Связь между теплоотдачей и трением
15.3. Законы трения и теплообмена для турбулентного пограничного слоя
15.4. Теплоотдача при вынужденной конвекции плоской пластины
15.4.1. Теплоотдача пластины при ламинарном пограничном слое
15.4.2. Теплоотдача пластины при турбулентном пограничном слое
15.5. Теплоотдача при внешнем обтекании одиночной трубы и трубных пучков
15.6. Теплоотдача при течении жидкости в трубах и каналах
15.7. Теплоотдача при свободной конвекции
15.8. Теплоотдача при фазовых превращениях
15.8.1. Теплоотдача при конденсации
15.8.2. Теплоотдача при кипении
15.8.3. Теплоотдача при кипении в условиях движения жидкости по трубам
15.9. Интенсификация теплоотдачи
16. РАДИАЦИОННЫЙ ТЕПЛООБМЕН
16.1. Основные понятия и определения
16.2. Основные законы радиационного теплообмена
16.3. Радиационный теплообмен между твердыми телами, разделенными прозрачной средой
16.4. Защитные экраны
16.5. Радиационный теплообмен между газом и оболочкой
17. ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ
17.1. Основные виды теплообменных аппаратов
17.2. Тепловой расчет рекуперативного теплообменного аппарата
17.3. О гидравлическом расчете рекуперативного теплообменного аппарата
17.4. Способы повышения эффективности теплообменных аппаратов
Список литературы.

Гидравлика — наука, изучающая законы равновесия и движения жидкости, а также методы практического применения этих законов. Законы гидравлики используются при проектировании и строительстве гидротехнических сооружений, гидравлических машин, расчете трубопроводов и т. д.

Первые, очень важные результаты исследований в области гидравлики связаны с именем древнегреческого ученого Архимеда (287-212 гг. до н. э.), открывшего закон о равновесии тела, погруженного в жидкость. Однако посте Архимеда на протяжении почти 1700 лет гидравлика не получила заметного развития.

Новый этап в развитии гидравлики наступил в эпоху возрождения. Здесь следует отметить работы голландского ученого Стевина (1548-1620 гг.), давшего правила определения силы давления на дно и стенки сосудов; итальянского ученого Торричелли (1608-1647 гг.), исследовавшего свойства текущей жидкости и открывшего закон истечения жидкости из отверстия в сосуде; французского математика и физика Паскаля (1623-1662 гг.), сформулировавшего закон о передаче жидкостью давления, оказываемого на ее поверхность.

B XVII-XVIII вв. были установлены важнейшие законы
гидромеханики. Открытие законов механики Ньютоном (1643-1727 гг.) создало необходимую базу для изучения законов движения жидкостей. Ньютон разработал основы теории внутреннего трения жидкостей, развитой в дальнейшем его последователями, в том числе русским ученым Н. П. Петровым (1836 — 1920 гг.). Разработанная им теория получила название гидродинамической теории смазки.

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УО «ГОРОДОКСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ»

ОСНОВЫ ТЕПЛОТЕХНИКИ И ГИДРАВЛИКИ

пособие для учащихся заочного отделения

в вопросах и ответах

часть I

Городок

«Рассмотрено»

на заседании методической комиссии

общепрфессиональных дисциплин

Протокол №_____ от________________

Председатель: ________

Пособие предназначено для учащихся заочного отделения специальностей 2-74 06 01»Техническое обеспечение процессов сельскохозяйственного производства» и 2-74 06 31 «Энергетическое обеспечение сельскохозяйственного производства» для самостоятельного изучения дисциплины «Основы теплотехники и гидравлики».

Введение. 5

Топливно-энергетический комплекс Республики Беларусь. 6

Рабочее тело и его параметры.. 11

Основные газовые законы.. 12

Основные уравнения термодинамики. 14

Газовые смеси. Закон Дальтона. 16

Теплоемкость: ее виды, расчет расхода тепла на нагрев. 18

Теплоемкость в процессах при постоянном давлении и при постоянном объеме 19

Первый закон термодинамики и его аналитическое выражение. 21

Понятие о термодинамическом процессе их виды.. 22

Изохорный процесс. Его график в - координатах и основные уравнения 23

Изобарный процесс. Его график в - координатах и основные уравнения 24

Изотермический процесс. Его график в - координатах и основные уравнения 26

Адиабатный процесс. Его график в - координатах и основные уравнения 28

Круговой процесс. Его график и КПД.. 30

Цикл Карно и его КПД.. 31

Водяной пар. Основные определения. 33

Процесс парообразования в - координатах. 35

Идеальный цикл паросиловой установки и его КПД.. 37

С. Их классификация. 40

Идеальные циклы для Д. В.С. Их КПД.. 42

Реальные циклы ДВС, определение мощности. 45

Тепловой баланс и удельный расход топлива в ДВС.. 48

Схема работы и индикаторная диаграмма одноступенчатого компрессора 49

Индикаторная диаграмма действительного компрессора. 51

Многоступенчатые поршневые компрессоры.. 53

Понятие о работе центробежных, осевых и ротационных компрессоров 56

Способы передачи тепла. 58

Передача тепла теплопроводностью через однослойную плоскую стенку 60

Теплопроводность через многослойную стенку. 62

Теплопроводность через цилиндрические стенки. 64

Конвективный теплообмен. 66

Теплообмен излучением.. 67

Теплообменные аппараты. Их типы.. 70

Основы расчета теплообменных аппаратов. 72

Сложный теплообмен через плоскую стенку. 75

Теплопередача через цилиндрическую стенку. 78

Введение

Дисциплина «Основы теплотехники и гидравлики» предусматривает изучение учащимися основ термодинамики и гидравлики, принципов работы котельных и сушильных установок, двигателей внутреннего сгорания, компрессоров, холодильных машин, солнечных водонагревателей и насосов. Главной энергетической проблемой, которая стоит перед наукой является улучшение технико-экономических показателей работы теплотехнического и энергетического оборудования, что, несомненно, приведет к снижению расхода топлива и повышение КПД.

Теплоэнергетика – главнейшая отрасль промышленности и сельского хозяйства , которая занимается преобразованием природных тепловых ресурсов в тепловую, механическую и электрическую энергию. Неотъемлемой частью теплоэнергетики является техническая термодинамика , которая занимается изучением физических явлений связанных с превращением теплоты в работу. На основании законов термодинамики производятся расчеты тепловых двигателей, теплообменных аппаратов. Определяются условия наибольшей экономичности энергетических установок. Большой вклад в развитие теплотехники внесли, создавшие классические труды по термодинамике.

Систематизировали законы конвективного и лучистого теплообмена.

Заложили основы проектирования и конструирования паровых котлов и двигателей.

Знания законов технической термодинамики и умения их применения на практике дает возможность усовершенствовать работу тепловых двигателей и снизить расход топлива, что очень актуально в настоящее время, когда цены на углеводородное сырье возрастают, и объемы потребления возрастают.

Вопрос 1

Топливно-энергетический комплекс Республики Беларусь

Высшим приоритетом энергетической политики Республики Беларусь наряду с устойчивым обеспечением страны энергоносителями является создание условий для функционирования и развития экономики при максимально эффективном использовании топливно-энергетических ресурсов.

Собственных запасов ТЭР в РБ недостаточно и составляет примерно 15-20% от потребляемого количества. В достаточном количестве имеется торф и древесина, бурый уголь, сланцы довольно низкокалоритные.

Нефть в РБ добывается около 2-х млн. тонн в год. Газа около 320-330 тыс. т. у.т. Остальные энергоноси% закупаются за рубежом в основном из России.

Цена на энергоносители серьезно возросла. Так за 1000м3 газа 115у. е, нефть – за одну тонну 230 у. е. В год РБ покупает около 22 млрд. природного газа и около 18 млн. нефти. Чтобы энергобезопасность страны не зависела от одного поставщика, ведутся переговоры с Азейбарджаном, Ближним Востоком, Венесуэлой, которая в перспективе будет продавать углеводородное сырьё в виде нефти.

В настоящее время большой упор правительства, и комитета энергосбережения на использование местных видов топлива и они должны к 2010 г. сократить расход покупных энергоресурсов на 20-25%.

Торф.

В республике разведано более 9000 торфяных месторождений общей площадью в границах промышленной глубины залежи 2,54 млн. га и первоначальными запасами торфа 5,65 млрд. т. К настоящему времени оставшиеся геологические запасы оцениваются в 4,3 млрд. т, что составляет 75% от первоначальных.

Основные запасы торфа залегают на месторождениях, используемых сельским хозяйством (1,7 млрд. т и 39% оставшихся запасов) или отнесенных к природоохранным объектам (1,6 млрд. т или 37%).

Ресурсы торфа, отнесенные в разрабатываемый фонд, оцениваются в 260 млн. т, что составляет 6% оставшихся запасов. Извлекаемые при разработке месторождений запасы оцениваются я в 110-140 млн. т.

Горючие сланцы.

Прогнозные запасы горючих сланцев (Любанское и Туровское месторождения) оцениваются в 11 млрд. т, промышленные – 3млрд. т.

Наиболее изученным является Туровское месторождение, в пределах которого предварительно разведано первое шахтное поле с запасами 475-697 млн. т, 1 млн. т таких сланцев эквивалентен примерно 220тыс. т. у.т. Теплота сгорания – 1000-1500 ккал/кг, зольность -75%, выход смол 6 – 9,2%, содержание серы 2,6%

По своим качественным показателям белорусские горючие сланцы не являются эффективным топливом из – за высокой зольности и низкой теплоты сгорания. Они требуют предварительной термической переработки с выходом жидкого и газообразного топлива. С учетом того, что стоимость получаемых продуктов выше мировых цен и нефть, а также с учетом экологического ущерба вследствие возникновения огромных золоотвалов и содержания в золе канцерогенных веществ. Добыча сланцев и прогнозируемом периоде нецелесообразна.

Бурые угли.

Общие запасы бурых углей составляет 151,6 млн. т

Разведено детально и подготовлены для промышленного освоения две залежи Житковичского месторождения: Северная (23,5 млн. т) и Найдинская (23,1млн. т), две другие залежи (Южная – 13,8 млн. т и Кольменская – 8,6 млн. т) разведаны предварительно.

Применение бурых углей возможно в сочетании с торфом в виде брикетов .

Ориентировочная стоимость угольных запасов оценивается 2 т. у.т. в год.

Дрова.

В целом по республике годовой объем централизованных заготовок дров и отходов лесопиления составляет около 0,94 – 1,00 млн. т у. т. Часть дров поступает населению за счет самозаготовок, объем которых оценивается на уровне

0,3-0,4 млн. т. у.т.

Предельные возможности республики по использованию дров в качестве топлива можно определить, исходя из естественного годового прироста древесины, который приближенно оценивается в 25 млн. куб. м или 6,6 млн. т.у. т. в год (если сжигать все, что прирастает), в том числе в загрязненных районах. Гомельской области – 20 тыс. куб. м или 5,3 тыс. т. у.т. Для использования древесины из данных районов в качестве топлива необходимо разработать и внедрить технологии и оборудование по газификации. С учетом того, что к 2015 г. Планируется удвоить заготовку древесины для производства тепловой энергии прогнозируемый годовой объём древесного топлива к 2010 г. Может возрасти до 1,8 млн. т. у.т.

Возобновляемые источники энергии.

Потенциальная мощность всех водотоков Беларуси составляет 850МВт, в том числе технически доступной – 520 МВт, а экономические целесообразный – 250 МВт. За счет гидроресурсов к 2010 г. возможна выработка 40 млн. кВтч и соответственно вытеснение 16 тыс. т. у.т.

На территории РБ выявлено 1840 площадок для размещения ветроустановок с теоретическим потенциалом 1600 МВт и годовой выработки электроэнергии 16 тыс. т. у.т.

Однако, в период до 2015 г. технические возможное и экономически целесообразное использование потенциала ветра не превысит 5% от установленной мощности э и составит 720 – 840 млн. кВтч.

Мировые запасы энергоносителей.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ ХАБАРОВСКОГО КРАЯ

КГБОУ СПО «ХАБАРОВСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ»

Отделение: заочное

Специальность: «Монтаж и эксплуатация

внутренних сантехнических устройств,

кондиционирования воздуха

и вентиляции».

Группа: д 331 кз

Контрольная работа

По дисциплине: «Гидравлика, теплотехника и аэродинамика»

Выполнил: Литвинов А.А.

1. Объясните понятие «рабочее тело». Какие вещества в качестве его используются, какими параметрами характеризуются

2. Дайте определение критического давления и критической температуры, приведите числовые их значения

3. Что такое влажный воздух? Приведите его характеристики

4. Перечислите виды воздушных струй и признаки их разделения

5. Насадки, их типы, с какой целью их применяют

Использованные источники

1. Объясните понятие «рабочее тело». Какие вещества в качестве его используются, как ими параметрами характеризуются

Термодинамика изучает законы взаимных превращений различных видов энергии, связанных с обменом энергией между телами, чаще всего в форме теплоты и работы. Классическая термодинамика не интересуется поведением и свойствами отдельных молекул, объектом исследования являются макроскопические тела, состоящие из большого числа материальных частиц - атомов, молекул, и т.д.

Под термодинамической системой понимают совокупность тел, которые могут обмениваться между собой и с окружающей средой энергией и массой.

Процессы преобразования энергии в различных тепловых машинах осуществляется с помощью вещества, называемого рабочим телом . В качестве рабочих тел могут выступать вещества в жидком, газообразном и твердом состояниях. Они являются «посредниками» в процессе обмена энергией между системой и окружающей средой. Так, например, нагреваемый газ расширяется и совершает механическую работу. В результате происходит преобразование тепловой энергии в механическую.

Рабочее тело характеризуют различные параметры состояния - давление, объем, температура, внутренняя энергия, энтальпия, т.д. В качестве основных параметров состояния принимают: удельный объём, абсолютное давление и абсолютную температуру.

Удельным объёмом называется объём единицы массы вещества:

Масса единицы объёма, т.е. величина обратная удельному объему, называется плотностью:

Очевидно соотношение: .

Абсолютным давлением называется давление газа, обусловленное совокупностью ударов беспорядочно движущихся молекул о стенки сосуда, в котором заключен газ, и представляет собой нормальную силу F, действующую на единицу площади А поверхности стенки:

Кг/м 2 = Па.

В системе СИ давление измеряется в паскалях (Па).

Для измерения давления используют приборы: атмосферного - барометры, выше атмосферного - манометры, ниже атмосферного - вакуумметры. Барометр - единственный прибор, измеряющий абсолютное давление атмосферы (р атм). Давление, которое регистрирует манометр или вакуумметр, называют избыточным (р изб). Оно не является параметром состояния рабочего тела, а лишь показывает на сколько давление в сосуде выше или ниже атмосферного. Действительное давление (р) в сосуде (абсолютное) является параметром состояния и равно сумме:

Давление на шкале вакуумметра обычно указывают со знаком минус.

Величина, характеризующая степень нагретости тела, называется температурой.

Степень нагретости тел связана со среднеквадратичной скоростью движения молекул выражением:

где m = масса молекулы,

k - постоянная Больцмана,

Т - абсолютная температура.

Абсолютная температура измеряется в кельвинах (К) и всегда положительна. Абсолютный нуль - это температура, при которой прекращается тепловое движение молекул, т.е. начало отсчета температуры по шкале Кельвина. Температура по шкале Кельвина связана с температурой по шкале Цельсия соотношением:

В шкалах Кельвина и Цельсия различно лишь начало отсчета, а линейные размеры, соответствующие одному градусу, одинаковы. Поэтому разность температур в 1 о С равна 1 К.

В технике для измерения температур используют различные свойства тел: расширение при нагревании в жидкостных термометрах, изменение давления при постоянном объеме в газовых термометрах, изменение электрического сопротивления проводника при нагревании, изменение термо ЭДС в цепи термопары и т. д.

2 . Дайте определение критического давления и крит ической температуры, приведите числовые их значения

Критическое давление -- давление вещества (или смеси веществ) в его критическом состоянии. При давлении ниже критического давления система может распадаться на две равновесные фазы -- жидкость и пар. При критическом давлении теряется физическое различие между жидкостью и паром, вещество переходит в однофазное состояние. Поэтому критическое давление можно определить ещё как предельное (наивысшее) давление насыщенного пара в условиях сосуществования жидкой фазы и пара. Критическое давление представляет собой физико-химическую константу вещества. Критическое состояние смесей отличается зависимостью критического давления от состава и, таким образом, осуществляется не в единственной критической точке, а на кривой, все точки которой характеризуются критическими значениями давления, температуры и концентрации.

Критическая температура - это температура вещества в его критическом состоянии. Для индивидуальных веществ критическая температура определяется как температура, при которой исчезают различия в физических свойствах между жидкостью и паром, находящимися в равновесии. При критической температуре плотности насыщенного пара и жидкости становятся одинаковыми, граница между ними исчезает и теплота парообразования обращается в нуль. Критическая температура -- одна из неизменяющихся характеристик (констант) вещества. Значения критических температур и давления некоторых веществ приведены таблице:

3. Что такое влажный воздух? Приведите его характеристики

В технике часто используются смеси газов с парами, которые при определенных условиях легко конденсируются. Наиболее характерным примером парогазовых смесей является атмосферный воздух, в котором всегда находятся пары воды. Смесь сухого воздуха с водяным паром называется влажным воздухом . Знание свойств влажного воздуха имеет большое значение при проектировании и эксплуатации сушильных и вентиляционно-увлажнительных установок.

При небольших давлениях можно рассматривать сухой воздух и водяной пар, который в нем содержится, как идеальные газы. В этом случае для них справедливы закономерности, сформулированные для смеси идеальных газов.

Согласно закона Дальтона, абсолютное давление влажного воздуха Р бар равняется, как правило, атмосферному давлению, - сумма парциальных давлений сухого воздуха Р с.в и водяного пара Р п

Р = Р с.в + Р п

Водяной пар находится во влажном воздухе в перегретом состоянии. В этом случае парциальное давление водяного пара ниже давления насыщения Р н влажного воздуха при данной температуре. Смесь сухого воздуха и перегретого водяного пара называется влажным ненасыщенным воздухом. Если снижать температуру ненасыщенного влажного воздуха при постоянном давлении, то можно достичь состояния, когда Р п = Р н, т.е. давление и температура водяного пара соответствуют состоянию насыщения. Смесь сухого воздуха и насыщенного водяного пара называется насыщенным влажным воздухом . Температура, до которой необходимо охладить влажный воздух при постоянном давлении, чтобы он стал насыщенным, называется температурой точки росы t p .

Следовательно, температура точки росы в каком-либо состоянии влажного воздуха численно равна температуре насыщения, соответствующей данному парциальному давлению пара Р п.

Для характеристики паровоздушной смеси необходимо знать ее состав. О составе влажного воздуха судят по его влажности и влагосодержанию. Различают абсолютную и относительную влажность.

Абсолютной влажностью воздуха называется количество водяного пара, приходящегося на 1 м 3 влажного воздуха, т.е.

Учитывая, что объем влажного воздуха V в.в равен объему пара V п, абсолютная влажность воздуха численно равна плотности содержащегося в нем водяного пара с п.

Отношение абсолютной влажности с п и максимально возможной абсолютной влажности с н, соответствующей t п, характеризует степень насыщения и называется относительной влажностью воздуха .

Значения ц могут изменяться в пределах от ц = 0 (сухой воздух) до ц = 100 % (влажный насыщенный воздух).

Учитывая, что пар, находящийся в воздухе, рассматривается как идеальный газ, (Р п v п = Р н v н), т.е.

Парциальное давление в состоянии насыщения Р н определяют из таблиц насыщенного пара по температуре t п = t в.в. Парциальное давление Р п находят также из таблиц по температуре точки росы.

Так как в процессах, происходящих с влажным воздухом (подогрев, охлаждение), количество сухого воздуха m с.в не изменяется, то целесообразно все удельные величины относить к 1 кг сухого воздуха. Масса водяного пара, приходящаяся на 1 кг сухого воздуха, называется влагосодержанием.

При принятом допущении об идеальности водяного пара и воздуха можно записать:

Р п V п = m п R п T п; Р в V в = m в R в T в;

Считая, что V п = V в и T п = T в, получим

Если учесть, что Р бар = Р в + Р п и Р п = цР н, то

Плотность влажного воздуха с в.в можно определить как сумму плотности пара с п и плотности сухого воздуха с в при их парциальных давлениях. Очевидно, что

Энтальпию влажного воздуха относят к 1 кг сухого воздуха или к (1+d) кг влажного воздуха и определяют как сумму энтальпий 1 кг сухого воздуха и d кг водяного пара, т.е.

I = i в + i п d = c рв t + i п d.

Для температуры и давлений, применяемых в сушильной технике, приблизительно можно считать c рв = 1,0 кдж /(кг . град), а для водяного пара i п = (r + c рm t) = (2500 + 1,9 t) кдж/кг.

I-d-диаграмма влажного воздуха. Определение параметров и исследование процессов влажного воздуха значительно упрощается и становится наглядным, если использовать I-d-диаграмму влажного воздуха, предложенную в 1918 г. Л.К. Рамзиным. На этой диаграмме по оси ординат откладывают значения энтальпии влажного воздуха I кдж/кг сух. возд., а по оси абсцисс - влагосодержание d г/кг сух. возд.

Из удобства (увеличения рабочей площади диаграммы) ось абсцисс направлена под углом 135 0 к оси ординат. Поэтому линии J=const оказываются наклоненными под углом 45 о к горизонту. Для сокращения размеров диаграмм значения d с оси абсцисс сносят на горизонтальную условную ось 0 - 0ґ.

На диаграмму наносят сетку изотерм по уравнению. Эти изотермы представляют собой прямые с небольшим наклоном вверх. На каждой из них находят точки с одинаковыми значениями ц, а соединив их, получают сетку кривых ц = const. Кривая ц = 100 % изображает состояние влажного насыщенного воздуха и является пограничной кривой. Эта кривая разделяет область ненасыщенного влажного воздуха (сверху) и область тумана (снизу), в которой влага частично находится в капельном состоянии.

Диаграмма строится для давления влажного воздуха Р бар = 745 мм рт.ст., что соответствует среднему годовому барометрическому давлению.

Линии ц = const поднимаются до изотермы 99,4 0 С (температура насыщения при Р = 745 мм рт.ст.), после чего почти вертикально поднимаются вверх, т.к. при t > t н величина ц зависит только от d.

На диаграмме нанесены также линии (показаны пунктирами) постоянной температуры «мокрого» термометра , под которой понимается температура воды, если поверхность ее обдувается потоком ненасыщенного влажного воздуха. Если поверхность воды обдувается потоком насыщенного воздуха (ц = 100 %), то температура воды будет совпадать с температурой воздуха. Поэтому на I-d-диаграмме изотермы влажного воздуха («сухого» термометра), соответствующие одному и тому же значению температур, пересекаются на линии ц = 100 %.

В нижней части диаграммы построена линия парциального давления

Состояние влажного воздуха на I-d-диаграмме (точка А) можно определить по каким-либо двум параметрам (ц и t или Р п и t), после чего находят I и d. Для этого состояния можно найти и температуру точки росы, для чего из точки А проводят вертикаль (d = const) до пересечения с ц = 100 %; т.е. изотерма, проходящая через эту точку, будет соответствовать температуре точки росы t р. термодинамика энергия энтальпия

На I-d-диаграмме показаны основные процессы влажного воздуха. Так, учитывая, что в процессе подогрева влажного воздуха (например, в калорифере сушильной установки) количество водяного пара не изменяется, процесс подогрева будет изображаться вертикальной прямой d = const (А - В). При этом температура воздуха увеличивается от t А до t В, а относительная влажность уменьшается от ц А до ц В.

Разница ординат I А - I В дает расход тепла на подогрев (1+d) кг влажного воздуха. Теоретический процесс увлажнения воздуха в сушильной камере происходит по кривой I = const, т.к. часть энтальпии, затраченной на испарение влаги, возвращается в виде энтальпии водяного пара (если пренебречь величиной энтальпии, которую имела жидкость до испарения). На I-d-диаграмме этот процесс изображается отрезком ВД. Разница d Д - d В определяет количество влаги, испаренной 1 кг сухого воздуха.

4. Перечислите виды воздушных струй и признаки их разделения

Вентилирование помещений любого назначения представляет собой процесс переноса определенных объемов воздуха, вытекающего из приточных отверстий. Скорость и направление истечения воздуха из отверстий, форма и количество отверстий, их расположение, а также температура воздуха в струе определяют характер воздушных потоков в помещении. Приточные струи взаимодействуют между собой, с тепловыми струями, возникающими около нагретых поверхностей, и с потоками воздуха, образующимися вблизи вытяжных отверстий.

Строительные конструкции помещения (колонны, стены, пол, потолок) и технологическое оборудование при на бегании на них потоков воздуха оказывают существенное влияние на скорость и направление их дальнейшего распространения. Кроме того, в производственных помещениях на скорость и направление движения воздуха большое влияние могут оказывать действие различных механизмов технологического оборудования, а также струи, истекающие из отверстий или не плотностей оборудования, находящегося под избыточным давлением.

Воздушные потоки -- струи, образующиеся в помещении, -- переносят поступающие в воздух вредные выделения (конвективное тепло, пары, газы и пыль) и формируют в объеме воздуха помещения поля скоростей, температур и концентраций.

Струей называют поток жидкости или газа с конечными поперечными размерами.

В технике вентиляции приходится иметь дело со струями воздуха, истекающего в помещение, также заполненное воздухом. Такие струи называют затопленными.

В зависимости от гидродинамического режима струи могут быть ламинарными и турбулентными. Приточные вентиляционные струи всегда турбулентны.

Различают струи изотермические и неизотермические. Струю называют изотермической, если температура во всем объеме ее одинакова и равна температуре окружающего воздуха. Для вентилирования помещений в подавляющем большинстве случаев применяются неизотермические струи.

Струю называют свободной, если она истекает в достаточно большое пространство и не имеет никаких помех для своего свободного развития. Если на развитие струи ограждающие конструкции помещения оказывают какое-либо воздействие, то такую струю называют несвободной, или стесненной. Вентиляционные приточные струи развиваются в помещениях ограниченных размеров и могут испытывать влияние ограждающих конструкций. При определенных условиях влияние ограждений на развитие приточных струй можно не учитывать и считать такие струи свободными.

Струя, истекающая из отверстия, расположенного вблизи какой- либо плоскости ограждения помещения (например, потолка), параллельно этой плоскости, будет настилаться на нее. Такую струю называют настилающейся.

Все приточные струи можно разделить на две группы: 1--с параллельными векторами скоростей истечения; 2 -- с векторами скоростей истечения, составляющими между собой некоторый угол.

Геометрическая форма приточного насадка определяет форму и закономерности развития истекающей из него струи. По форме различают струи конические, плоские и веерные или кольцевые.

Компактные струи образуются при истечении воздуха из круглых, квадратных и прямоугольных отверстий. Струя, истекающая из круглого отверстия, остается осесимметричной по всей длине своего развития (круглая струя). При истечении из квадратного или прямоугольного отверстия струя в начале не будет осесимметричной, но на некотором расстоянии от насадка преобразуется в осесимметричную. При истечении воздуха из круглого отверстия с диффузорами для принудительного расширения образуется также компактная струя, которая будет осесимметрична по всей длине; такую струю называют конической.

Плоские струи образуются при истечении воздуха из щелевых отверстий бесконечной длины. В реальных условиях плоской считают струю, истекающую из длинного щелевидного насадка с соотношением сторон 1о:2В0^20. Струя, истекающая из щели с соизмеримым соотношением сторон, не остается плоской, а постепенно трансформируется сначала в эллипсовидную, а потом в круглую.

Если струя истекает из кольцевой щели под углом к оси подводящего воздух канала ре 180°, то ее называют кольцевой, при р около 135° -- полой конической, при р=90° -- полной веерной. У полных веерных струй угол распределения воздуха в пространство составляет 360°; при меньшем угле распределения струя будет неполной веерной.

Независимо от формы все струи, у которых при истечении нет принудительного изменения их направления, на некотором расстоянии от насадка расширяются; угол бокового расширения а=12°25". Угол расширения конической струи при истечении почти совпадает с углом направляющих диффузоров, а затем постепенно уменьшается и на расстоянии 10 d0 становится равным углу естественного бокового расширения (12°25").

Изучение струй проводилось многими отечественными и зарубежными исследователями применительно к различным областям техники. Наиболее глубокое и полное исследование струй принадлежит Г. Н. Абрамовичу, а применительно к задачам вентиляционной техники широкие исследования струй проведены И. А. Шепелев.

5. Насадки, их т ипы, с какой целью их применяют

Насадкой называется отрезок трубы, длина которого в несколько раз больше внутреннего диаметра. Рассмотрим случай, когда к отверстию в стенке резервуара присоединен насадок диаметром d, равным диаметру отверстия.

На рис. 2 показаны наиболее распространенные виды насадок, применяемые на практике.

Рис.2 виды насадок: а - цилиндрический внешний; б - цилиндрический внутренний; в - конический расходящийся; г - конический сходящийся; д - коноидально-расходящийся; е - коноидальный.

Цилиндрические насадки встречаются в виде деталей гидравлических систем машин и сооружений. Конические сходящиеся и коноидальные насадки применяют для увеличения скорости и дальности полета струи воды (пожарные брандспойты, стволы гидромониторов, форсунки, сопла и др.).

Конические расходящиеся насадки применяют для уменьшения скорости и увеличения расхода жидкости и давления на выходе во всасывающих трубах турбин и др. В эжекторах и инжекторах также имеются конические насадки, как основной рабочий орган. Водопропускные трубы под насыпями дорог (с точки зрения гидравлики) также представляют собой насадки.

Рассмотрим истечение через внецилиндрический насадок (рис. 3).

Струя жидкости при входе в насадок сжимается, а потом расширяется и заполняет все сечение. Из насадка струя вытекает полным сечением, поэтому коэффициент сжатия, отнесенный к выходному сечению, а коэффициент расхода

Составим уравнение Д. Бернулли для сечений 1-1 и 2-2

где - потери напора.

Для истечения из открытого резервуара в атмосферу аналогично истечению через отверстие уравнение Д. Бернулли приводится к виду

Потери напора в насадке складываются из потерь па входе и на расширение сжатой струи внутри насадка. (Незначительными потерями в резервуаре и потерями по длине насадка ввиду их малости можно пренебречь.) Итак,

По уравнению неразрывности можем записать:

Подставляя значение в уравнение (2), имеем

Полученное значение потерь напора подставим в уравнение (144), тогда

Отсюда скорость истечения

Обозначая

получим для скорости уравнение

Определим расход жидкости

Но для насадка и

где - коэффициент расхода насадка; - площадь живого сечения насадка.

Таким образом, уравнения для определения скорости и расхода жидкости через насадок имеют тот же вид, что и для отверстия, но другие значения коэффициентов. Для коэффициента сжатия струи (при больших значениях Re и) можно приближенно принять, и тогда по формулам (5) и (6) получается. Фактически происходят и потери по длине, поэтому для истечения воды в обычных условиях можно принимать.

Сравнивая коэффициенты расхода и скорости для насадка и отверстия в тонкой стенке, устанавливаем, что насадок увеличивает расход и уменьшает скорость истечения.

Характерной особенностью насадка является то, что давление в сжатом сечении меньше атмосферного. Это положение доказывается уравнением Бернулли, составленным для сжатого и выходного сечений.

Во внутренних цилиндрических насадках сжатие струи на входе больше, чем у внешних, и поэтому значения коэффициентов расхода и скорости меньше. Опытами найдены коэффициенты для воды.

В наружных конических сходящихся насадках сжатие и расширение струи на входе меньше, чем в наружных цилиндрических, но появляется внешнее сжатие на выходе из насадки. Поэтому коэффициенты, и зависят от угла конусности. С увеличением угла конусности до 13° коэффициент расхода растет, а с дальнейшим увеличением угла уменьшается. термодинамика энергия энтальпия

Конические сходящиеся насадки применяют в тех случаях, когда нужно получить большую выходную скорость струи, дальность полета и силу удара струи (гидромониторы, пожарные стволы и т. п.).

В конических расходящихся насадках внутреннее расширение струи после сжатия больше, чем в конических сходящихся и цилиндрических, поэтому потери напора здесь возрастают и коэффициент скорости уменьшается. Внешнего сжатия при выходе нет.

Коэффициенты и зависят от угла конусности. Так, при угле конусности значения коэффициентов можно принимать равными; при (предельный угол) . При струя вытекает, не касаясь стенок насадка, т. е. как из отверстия без насадка.

Значении коэффициентов , и для насадок

Конические расходящиеся насадки применяют в тех случаях, когда необходимо уменьшить скорость истечения, например, насадки для подачи смазочных масел и т. п. В конических расходящихся насадках в месте сжатия струи создается большой вакуум, поэтому их еще применяют там, где требуется создать большой эффект всасывания (эжекторы, инжекторы и т. п.).

Коноидальные насадки имеют очертания формы струи, вытекающей через отверстие в тонкой стенке. Для этих насадок значение коэффициентов составляет: .

Их применяют в пожарных брандспойтах, но редко, так как изготовление их очень сложное.

Использованные источники

1. О.Н, Брюханов, В.И. Кробко, А.Т. Мелик-Аракелян « Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики», Издательство: ИНФРА-М, 2010 г.

2. Брюховецкий О.С. «Основы гидравлики», - М.:Недра,1991 г. - 156с.

3. Лобачев П.В. «Насосы и насосные станции»,- М Строй-издат, 1990, -320 с.

4. Ухин Б.В. Гидравлика. - М.: ИД ФОРУМ 2008.

5. А.В. Теплов. Основы гидравлики. - М.: Высшая школа, 1990

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Схема опытной установки и описание принципа её действия. Порядок выполнения опыта и составление диаграммы влажного воздуха. Расчёт плотности воздуха на выходе из калорифера, массового расхода воздуха, проходящего через установку, расхода сухого воздуха.

контрольная работа , добавлен 23.01.2014


Статистика атмосферы и простейшее приложение. Уравнение состояние сухого воздуха и его использования для расчёта плотности воздуха. Виртуальная температура и запись уравнения влажного воздуха в компактной универсальной форме. Основные const термодинамики.

краткое изложение , добавлен 19.11.2010


Понятие и виды сушки, особенности ее статики и кинетики. Определение плотности, количества и энтальпии водяного пара. Цели и физико-химические способы осушки газов. Физические основы и методы кристаллизации, расчет ее материального и теплового баланса.

презентация , добавлен 29.09.2013


Определение влагосодержания и энтальпии воздуха, поступающего в калорифер и выходящего из сушильной камеры, температуры воздуха, поступающего в сушильную камеру. Определение удельных расходов воздуха и теплоты, требуемых для испарения 1 кг влаги.

контрольная работа , добавлен 17.01.2015


Расчёт состояния и параметров пара в начале и конце процесса, коэффициента теплоотдачи у поверхности панели. Расчёт газовой постоянной воздуха, молекулярной массы и количества теплоты. H-d-диаграмма влажного воздуха. Понятие конвективного теплообмена.

контрольная работа , добавлен 02.03.2014


Понятие абсолютной, относительной влажности воздуха и влагоемкости. Давление водяного пара атмосферы при различных температурах. Краткая характеристика основных методов оценки влажности и температуры воздуха. Аспирационный и простой психрометры.

лабораторная работа , добавлен 19.11.2011


Газовая постоянная воздуха. Изотермическое сжатие и адиабатное расширение воздуха. Измерение теплоемкости твердых тел. Измерение теплопроводности твердых тел. Теплопроводность однослойных и многослойных стенок. Соотношения между единицами давления.

методичка , добавлен 22.11.2012


Определение реакции баллона на возросшее давление. Анализ газовой постоянной и плотности смеси, состоящей из водорода и окиси углерода. Аналитическое выражение законов термодинамики. Расчет расхода энергии в компрессорах при политропном сжатии воздуха.

контрольная работа , добавлен 04.03.2013


Выбор температуры уходящих газов и коэффициента избытка воздуха. Расчет объемов воздуха и продуктов сгорания, а также энтальпии воздуха. Тепловой баланс теплового котла. Расчет теплообменов в топке, в газоходе парового котла. Тепловой расчет экономайзера.

курсовая работа , добавлен 21.10.2014


Определение расчетных параметров наружного и внутреннего воздуха для теплого и холодного периодов. Теплопоступления от искусственного освещения и солнечной радиации. Выбор схемы распределения воздуха в кондиционируемом помещении, подбор калориферов.