| Последняя цифра шифра | п | Предпоследняя цифра шифра | р 2, МПа | G ∙10-3, кг/ч |
| 1,25 | 0,9 | 0,3 | ||
| 1,22 | 1,0 | 0,4 | ||
| 1,24 | 0,85 | 0,5 | ||
| 1,21 | 0,8 | 0,6 | ||
| 1,20 | 0,95 | 0,7 | ||
| 1,30 | 0,9 | 0,8 | ||
| 1,27 | 0,85 | 0,9 | ||
| 1,26 | 0,9 | 1,0 | ||
| 1,33 | 0,8 | 1,1 | ||
| 1,23 | 0,85 | 1,2 |
Задача 2.8. Определить плотность теплового потока и рассчитать поле температур в плоской трехслойной стенке, состоящей из слоя штукатурки толщиной δш, кирпича толщиной δк и дерева толщиной δд, если температура наружной поверхности штукатурки t c1, а внутренней поверхности дерева t c2. Принять λ ш = 0,78 Вт/м ∙о С, λ к = 0,25 Вт/м ∙о С, λ д = 0,1 Вт/м ∙о С. Построить график изменения температур в стенке.
Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл. 2.8.
Таблица 2.8
Исходные данные для решения задачи 2.8
| Последняя цифра шифра | δш, см | δк, см | δд, см | Предпоследняя цифра шифра | t c1 °С | t c2 °С |
| 4,5 | 23,0 | 4,5 | -5 | |||
| 5,0 | 23,5 | 5,0 | -7 | |||
| 4,5 | 24,5 | 5,5 | -9 | |||
| 6,0 | 24,0 | 5,0 | -12 | |||
| 6,5 | 24,5 | 6,5 | -15 | |||
| 5,0 | 24,0 | 5,0 | -20 | |||
| 5,5 | 23,5 | 5,5 | -16 | |||
| 4,5 | 25,0 | 6,0 | -8 | |||
| 5,0 | 23,5 | 4,5 | -15 | |||
| 4,0 | 25,5 | 5,0 | -10 |
Задача 2.9 По горизонтально расположенной стальной трубе (коэффициент теплопроводности λ = 20 Вт/м∙К) со средней скоростью w течет вода, имеющая температуру t в. Снаружи труба охлаждается окружающим воздухом, температура которого t воз, давление 0,1 МПа. Определить коэффициенты теплоотдачи α 1и α 2соответственно от воды к внутренней стенке трубы и от наружной стенки трубы к воздуху, коэффициент теплопередачи от наружной стенки трубы к воздуху, потери тепла в окружающую среду, если внутренний диаметр трубы равен d 1, внешний - d 2. Для определения α 2принять в первом приближении температуру наружной поверхности трубы t2 равной температуре воды.
Какой режим течения внутри трубы в вашем варианте задачи? Какой режим движения окружающего трубу воздуха? Почему можно при расчете принять взаимное равенство температур наружной поверхности трубы и воды?
Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл. 2.9.
Таблица 2.9
Исходные данные для решения задачи 2.9
| Последняя цифра шифра | t в, °С | w, м/с | Предпоследняя цифра шифра | tвоз, °С | d 1, мм | d 2, мм |
| 0,25 | ||||||
| 0,36 | ||||||
| 0,27 | ||||||
| 0,38 | ||||||
| 0,19 | ||||||
| 0,21 | ||||||
| 0,23 | ||||||
| 0,42 | ||||||
| 0,43 | ||||||
| 0,44 |
Задача 2.10. Определить потери теплоты в единицу времени с 1 м длины вертикально расположенной цилиндрической трубы, охлаждаемой свободным потоком воздуха, если температура стенки трубы t c,температура воздуха в помещении t возд, диаметр трубы d. Степень черноты трубы ε = 0,9.
Для определения коэффициента теплоотдачи α воспользоваться табл. П5.
Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл. 2.10.
Таблица 2.10
Исходные данные для решения задачи 2.10
| Последняя цифра шифра | d, мм | Предпоследняя цифра шифра | t c,°С | t возд,°С |
| б | б | |||
Таблица П5
Основные критериальные уравнения для расчета конвективного теплообмена
| Вид теплообмена | Критериальное уравнение |
| Вынужденное течение жидкости в круглых трубах, режим ламинарный | Nu=0,15 Re0,33 Pr 0,43 Gr 0,1 (Pr/Prст)0,25 |
| режим турбулентный | Nu=0,021 Re0,8 Pr0,43 (Pr/Prст)0,25 |
| Вынужденное течение газа в круглых трубах, режим ламинарный | Nu=0,13 Re0,33 Gr0,1 |
| режим турбулентный | Nu=0,018 Re0,8 |
| Естественная конвекция, Gr Pr < 500 | Nu=1,18 (Gr Pr)0,125 |
| 500 Gr Pr < 2∙107 | Nu=0,54 (Gr Pr)0,25 |
| Gr Pr 2∙107 | Nu=0,135 (Gr Pr)0,33 |
| Cвободное ламинарное движение жидкости около горизонтальных труб | Nu=0,5 (Gr Pr)0,23(Pr/Prст)0,25 |
| Омывание жидкости одиночной трубы (Re < 1000) | Nu=0,5 Re0,5 Pr0,38 (Pr/Prст)0,25 |
| Омывание газа одиночной трубы (Re < 1000) | Nu=0,43 Re0,5 |
| Омывание жидкости одиночной трубы (Re > 1000) | Nu=0,25 Re0,6 Pr0,38 (Pr/Prст)0,25 |
| Омывание газа одиночной трубы (Re > 1000) | Nu=0,216 Re0,6 |
| Продольное обтекание пластины жидкостью, режим ламинарный | Nu=0,66 Re0,5 Pr0,33 (Pr/Prст)0,25 |
| Продольное обтекание пластины жидкостью, режим турбулентный | Nu=0,037 Re0,8 Pr0,43 (Pr/Prст)0,25 |
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
«ОСНОВЫ ГИДРАВЛИКИ И ТЕПЛОТЕХНИКИ»
1.1. Основы гидравлики
1.1.1. Введение. Гидравлика как наука. Основные физические свойства жидкостей и газов. Силы, действующие на жидкость. Давление в жидкости.
Методические указания
Следует рассмотреть физические свойства жидкости: плотность, удельный вес, сжимаемость, температурное расширение, вязкость, зависимость вязкости от температуры жидкости. Необходимо уяснить, что такое поверхностные и массовые силы, действующие на жидкость, от каких факторов зависит давление, в каких единицах измеряется, какое давление называется абсолютным, избыточным, вакуумом, что понимают под «атмосферным давлением».
Вопросы для самопроверки
1. Перечислите основные свойства жидкостей и газов.
2. Каково влияние температуры и давления на вязкость капельных жидкостей и газов?
3. Определите понятие идеальной и реальной жидкости.
4. Что такое давление абсолютное, избыточное, вакуум?
5. Чему равно атмосферное давление, в каких единицах измеряется давление?
1.1.2. Основы гидростатики. Гидростатическое давление. Дифференциальные уравнения равновесия жидкости (Уравнения Эйлера). Основное уравнение гидростатики. Закон Паскаля и его практические приложения. Силы давления покоящейся жидкости на плоские и криволинейные стенки. Эпюры гидростатического давления. Закон Архимеда.
Методические указания
Следует обратить внимание на понятие «гидростатическое давление», изучить два свойства гидростатического давления. Для измерения давления в жидкости применяют приборы, которые могут измерять как атмосферное давление, так и избыточное давление (пьезометры, манометры, вакуумметры). Рассмотрите основное уравнение гидростатики, обратите внимание на физический смысл величин, входящих в данное уравнение.
В инженерной практике применяется расчет силы манометрического (избыточного) давления жидкости на поверхности. Необходимо знать формулы для вычисления избыточной силы давления жидкости на плоские и криволинейные поверхности. Следствием основного уравнения гидростатики является закон Паскаля, на применении которого основано действие гидравлических устройств: гидравлического пресса и гидроаккумулятора.
Эпюры давления служат исходными данными для проведения расчётов на прочность и устойчивость конструкций, взаимодействующих с жидкостями. В большинстве случаев строят эпюры избыточного давления вместо полного,, а атмосферное давление не учитывают из-за его взаимного погашения с той и другой стороны ограждающей конструкции. При построении таких эпюр для плоских и криволинейных поверхностей используют линейную зависимость давления от глубины pизб = ρgh и первое свойство гидростатического давления.
Вопросы для самопроверки
1. Что называется гидростатическим давлением? Каковы свойства гидростатического давления?
2. Как выражается основное уравнение гидростатики?
3. В чем заключается закон Паскаля?
4. Что называется эпюрой гидростатического давления?
5. Что называется поверхностью уровня?
6. Как определяется сила, действующая на плоскую поверхность, погруженную в жидкость, и где она приложена?
7. Чем обусловлено смещение точки приложения силы избыточного давления относительно центра тяжести?
1.1.3. Основы кинематики. Модели сплошной среды. Методы описания и виды движения жидкости. Ускорение жидкой частицы в методе Эйлера. Расход элементарной струйки и потока. Уравнения неразрывности жидкости и газов в дифференциальной и интегральной формах.
Методические указания
В этой теме рассматриваются зависимости скорости и давления в каждой точке потока жидкости от координат и времени. Течение жидкости может быть неустановившимся (нестационарным) или установившимся (стационарным). Необходимо уяснить понятия траектории, линии тока, элементарной струйки жидкости, трубки тока, потока напорного и безнапорного, свободной струи, свойства, их характеризующие.
При рассмотрении струйной модели движения жидкости, когда поток представляется как совокупность элементарных струек жидкости, имеющих различные скорости течения, следует отметить, что в каждой точке живого сечения скорости различны вследствие трения элементарных струек между собой. Обратите внимание на распределение скоростей по живому сечению потока, отметьте, при каких условиях принимается значение средней скорости потока жидкости, одинакова ли ее величина в различных живых сечениях по длине потока при неравномерном и равномерном движении.
Уравнение неразрывности потока жидкости для несжимаемой жидкости в гидравлической форме является основным при описании движения жидкости в трубопроводах и каналах. Уравнение неразрывности для сжимаемой жидкости в дифференциальной форме описывает движение потока жидкости, в условиях изменения формы потока.
Вопросы для самопроверки
1. Какие виды движения жидкости вам известны?
2. Что понимают под траекторией, линией тока, элементарной струйкой и потоком?
3. Как представляют струйную модель движения жидкости?
4. Как выражается уравнение неразрывности потока для несжимаемой и сжимаемой жидкости в гидравлической форме, в дифференциальной форме?
1.1.4. Основы гидродинамики. Дифференциальные уравнения движения идеальной жидкости (Эйлера) и их интегралы. Уравнение Бернулли для моделей невязкой, вязкой, несжимаемой и сжимаемой жидкости при установившемся движении. Геометрический и энергетический смысл уравнения Бернулли. Пьезометрическая и напорная линии. Гидравлический и пьезометрический уклоны.
Методические указания
В разделе рассматривается связь между силами, существующими в потоке жидкости и характеристиками движения этой жидкости. При изучении темы нужно проанализировать систему дифференциальных уравненийЭйлера для движения идеальной жидкости, которые устанавливают связь между силами в жидкости и законами её движения, обратить внимание на физический смысл частных производных, описывающих изменение скорости жидкости во времени и в пространстве.
При рассмотрении вывода уравнения Бернулли для элементарной струйки невязкой жидкости при установившемся движении под действием сил тяжести нужно уяснить геометрическую и энергетическую интерпретацию уравнения Бернулли, знать слагаемые, входящие в уравнение Бернулли, их название, размерность и графическое изображение.
Следует обратить внимание на практическое приложение уравнения Бернулли, на основе которого выполнены приборы для определения скорости движения жидкости и расхода жидкости: трубка Пито, Пито-Прандтля, водомер Вентури.
Вопросы для самопроверки
1. Какие гидравлические элементы потока вам известны?
2. Приведите уравнение Бернулли для идеальной жидкости.
3. Как выражается закон сохранения энергии для потока реальной жидкости?
4. Что выражают слагаемые уравнения Бернулли?
5. Какими показателями характеризуются пьезометрический напор, скоростной напор и полный напор?
6. В каких единицах измерения выражаются напоры?
7. Каков энергетический смысл уравнения Бернулли?
8. Какими формами механической энергии обладает поток жидкости?
Какая из этих форм является специфической для жидкостей и газов?
9. Как сказывается изменение одного вида энергии вдоль потока на изменении другого?
10. Как влияет изменение скорости потока по течению на изменение давления?
11. Что представляет собой коэффициент Кориолиса? Зависит ли численное значение коэффициента Кориолиса от режима движения жидкости?
