Лахмаков В.С. Гидравлика и гидромеханизация сельскохозяйственных процессов

Подождите немного. Документ загружается.

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Учреждение образования

«БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

АГРАРНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра гидравлики и гидравлических машин

ГИДРАВЛИКА И ГИДРОМЕХАНИЗАЦИЯ

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ

Рекомендовано учебно-методическим объединением

высших учебных заведений Республики Беларусь по образованию в области

сельского хозяйства в качестве практикума для студентов высших учебных

заведений, обучающихся по агроинженерным специальностям

Минск

2008

УДК 532+621.22](075.8)

ББК 30.123+31.56

Г 46

Рекомендовано научно-методическим советом агромеханического факультета

БГАТУ

Протокол № 3 от 03 мая 2007 г.

Составитель: канд. техн. наук, доц. В.С. Лахмаков,

ст. преподаватель В.И. Лаптев,

ст. преподаватель Е.В. Плискевич

Рецензенты: канд. техн. наук, проф., зав. каф. «Гидропневмоавтоматика

и гидропневмопривод» БНТУ П.Р. Бартош;

д-р техн. наук, доц., зав. каф. «Гидравлика» БНТУ И.В. Качанов;

канд. техн. наук, доц. каф. «Гидравлика» БНТУ В.К. Недбальский;

канд. техн. наук, доц., зав. каф. «Технология и механизация

животноводства» БГАТУ Д.Ф. Кольга

Гидравлика и гидромеханизация сельскохозяйственных процессов : практикум /

Г 46 сост. В.С. Лахмаков, В.И. Лаптев, Е.В. Плискевич. – Минск : БГАТУ,

2007. – 294 с.

ISBN 978-985-6770-83-1

Материал практикума соответствует современному уровню развития гидравлики как науки

в теоретическом и практическом плане.

Издание предназначено для студентов технических вузов, а также для учащихся соответст-

вующих колледжей и техникумов.

УДК 532+621.22](075.8)

ББК 30.123+31.56

ISBN 978-985-6770-83-1 © БГАТУ, 2008

ВВЕДЕНИЕ

Основное назначение практикума — помочь студентам получить навыки

применения теоретических знаний для решения конкретных практических задач.

Гидравлика как наука изучает законы равновесия и движения жидко-

стей, законы взаимодействия жидкости с другими телами, а так же методы

применения этих законов к решению практических задач.

Сложность структуры реальной жидкости вносит определенные за-

труднения применения

математического аппарата к решению задач, поэто-

му при аналитическом решении задач необходимо вносить упрощения:

жидкость рассматривать как сложную, однородную, непрерывную среду,

когда все ее параметры можно считать непрерывными функциями коорди-

нат и времени. Вводят так же понятие об идеальной среде, то есть невязкой

жидкости, что позволяет для получения математических зависимостей

уравнений, применять законы теоретической механики.

Приближенное аналитическое решение требует экспериментальной

проверки и корректировки. Кроме того, чтобы построить достоверную ма-

тематическую модель гидравлического явления, необходимо сначала изу-

чить его в лаборатории или в естественных условиях.

Таким образом, экспериментальные исследования занимают в гидравлике

большое место. Особенно важно учитывать условия, в которых можно

применять

формулы и числовые значения коэффициентов в них. Если коэффициенты, то

есть их значения получены опытным путем, то применение их возможно только в

пределах, ограниченных условиями эксперимента. Эти пределы указываются в

справочниках.

Настоящий практикум сочетает в себе возможность проведения лабора-

торных исследований в комплексе с решением практических задач.

1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ЖИДКОСТЯХ, МЕТОДАХ РАСЧЕТА И

ОБРАБОТКИ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

1.1 Практическое занятие

«Физико-механические свойства жидкостей»

Основные сведения

Термин «жидкость» имеет два значения. Так называют агрегатное со-

стояние вещества, промежуточное по своим свойствам между твердым и га-

зообразным, а также тело или вещество, находящееся в жидком состоянии.

Из жидкостей наибольшее применение в сельскохозяйственном произ-

водстве получила вода. Она используется в системах водоснабжения населе-

ния, производства и животноводства. Большие объемы воды перемещаются в

мелиоративных системах.

В сельскохозяйственном машиностроении широкое применение полу-

чили различные минеральные и синтетические масла для смазки, а также в

системах гидропривода. Жидкости, используемые как горючее для

двигате-

лей — бензин различных марок, дизельное топливо.

В практике сельскохозяйственного производства используют материа-

лы, называемые гидросмесями. Гидросмесь — это материал, получаемый пе-

ремешиванием достаточно мелких твердых или пластичных частиц с жидко-

стью. Типичные гидросмеси — корм для свиней, строительные растворы и др.

Плотность жидкости ρ (кг/м

) характеризуется распределением массы

m (кг) по объему V (м

) и определяется по формуле:

=ρ

ес γ и плотность ρ связаны между собой на основе второго

закона Ньютона:

(1.1)

Удельный в

(1.2)

где g

тности и удельного веса основных жидкостей

приведены в приложении 1.

— ускорение свободного падения.

Средние значения пло

Сжимаемость жидкостей весьма незначительна, т. е. они хорошо сопро-

тивляются сжатию, проявляя упругие свойства в соответствии с законом Гука:

∆

−

где ние объема;

емного модуля упругости некоторых жидкостей

приве

ратуры, которое характеризуется коэффициентом температурного расширения:

(1.3)

∆V — соответствующее измене

∆p — приращение давления;

— объем при начальном давлении;

— объемный модуль упругости жидкости.

Средние значения объ

дены в приложении 2.

Температурное расширение жидкостей происходит с увеличением темпе-

∆

=β

, (1.4)

где ∆t

нения температуры и приведен для некоторых жидкостей в прило-

жении

щим на границе слоев жидкости, двигаю-

щихся

ой Ньютона касательные напряжения вязкости

определяются соотношением:

— изменение температуры.

Коэффициент температурного расширения зависит от давления, диапа-

зона изме

Вязкость — свойство жидкостей и газов сопротивляться двигающим

(касательным) усилиям, возникаю

с различными скоростями.

В соответствии с гипотез

∂

µ±=τ , (1.5)

где µ — иент вязкости; динамический коэффиц

n∂

— градиент скорости.

U∂

В формулах гидравлики динамический коэффициент вязкости связан

нием: соотноше

н =

, (1.6)

где ν — кинематический коэффициент вязкости, зависящий от температуры,

приведен в приложение 4.

ипение — свойство жидкости образовывать пар по всему объему

жидкости. Жидкость закипа ней равно давлению насы-

щенны

Примеры расчетов

ичество воды, которое необходимо подать насосом в

00 м,

полностью заполненного при атмосферном давлении, чтобы давление в нем

ном давлении:

ет, если давление в

х паров

н.п

при данной температуре (приложение 5).

1. Определить кол

абсолютно жесткий трубопровод диаметром

d = 300 мм и длиной l = 1

поднялось до 5 МПа.

Порядок расчета.

А) Определяем вместимость трубопровода при атмосфер

.м1,7100

3,014,3

тр

=×

= l

Б) Находим дополнительный объем воды, который необходимо подать в тру-

бопровод, используя закон Гука (1.3), для чего предварительно находится по

приложению 2 модуль упругости воды Е

= 2 060 МПа.

.л2,170172,0

0602

1,7 ×=

тр

∆

=∆−

о жестким

и заполнен бензином на высоту Н = 1 м, при температуре t

= 20 °C. Опреде-

лить на -

туры t

= 50 °C.

Порядок расчета.

2. Сосуд размерами d = 1 м, H

= 120 см считается абсолютн

какую высоту h поднимется поршень, если сосуд нагреть до темпера

Весом поршня пренебречь.

Определяем объем жидкости при температуре t

= 20 °С .

114,3

×πd

м785,01

=×== HV

2. Определяем изменение объема жидкости после нагревания, предва-

рительно приняв β

= 0,0008 К

-1

, риложение 3.

в 0,785 8 10 30 0,01884м .

VV t

−

∆= ∆= ×× × =

3. Высота поднятия по выражения:

ршня определяется из

мм.24024,0

114,3

401884,0

1.2 Практическое занятие

«Измерение гидравлических параметров и их обработка»

∆

Основные сведения

При выполнении лабораторных работ необходимо измерять гидравли-

чески параметры физических величин скорости, давления, напора, расхода е

жидкости и т. д. Изме чин необходимо при рение параметров физических вели

определении коэффициента гидравлического трения, местных сопротивле-

ний, фильтрации, к.п.д. насоса, а также на производстве для контроля за тех-

ническими процессами, наладке систем водоснабжения и канализации.

Основные единицы физических величин представлены в приложение 6.

Прямые и косвенные измерения

Измерением называется совокупность действий, выполняемых при по-

мощи средств измерения с целью нахождения числового значения измеряе-

мой величины в принятых единицах физических величин.

Например, масса в месте измерения составляет 1 000 кг. Это означает,

что измеренная масса в 1 000 раз больше по сравнению с единицей физиче-

ской величины, равной 1 кг. В соответствии с ГОСТ 8.417–81 единицы физи-

ческих величин следует писать после числовых значений физических вели-

чин и помещать в строку с ними (без переноса на следующую строку).

Для безразмерных величин результаты расчетов характеризуются од-

ними числовыми величинами. Безразмерные относительные величины часто

выражаются в процентах (%) и промиллях (‰). Промилле — тысячная доля

относительной безразмерной физической величины.

По способу получения числового значения измеряемой физической ве-

личины различают прямые и косвенные измерения.

Прямые измерения называются такие, при которых измеряемая вели-

чина отсчитывается в соответствующих единицах непосредственно по шкале.

Таким обрезом выполняются измерения температуры термометром, давления

механическим манометром, времени — секундомером и т. д.

Косвенными называются такие измерения, при которых искомое чи-

слово значение определяется на основании известной функциональной за-е

висимости между измеря ами, числовые значения емой величиной и величин

которых могут быть получены с помощью прямых измерений. Косвенные

измерения — это, например, измерения площади прямоугольника по его сто-

ронам, плотности тела по его массе и геометрическим размерам, расхода

жидкости по перепаду давления и геометрическим размерам сужающего уст-

ройства и т. д.

Погрешности измерений

Измерение любой физической величины, как бы тщательно оно не

производилось, не позволяет получить ее истинное значение. Отклонения ре-

зул мерения от истинного значения объясняются несовершенством ьтатов из

применяемых методов и средств, изменениями измеряемой величины и усло-

ви ыми особенностями экспериментатора. й измерения, индивидуальн

В зависимости от источников возникновения отклонений различают:

а) инструментальные погрешности, обусловленные применяемыми средства-

ми измерения;

б) методические погрешности, характеризующие используемый метод из-

мерения;

в) субъективные погрешности, вносимые экспериментатором (например, при

отсчете по шале прибора).

При измерении определяется не истинное (точное) значение, а лишь

приближенное. При любом уровне развития техники измерений всегда при-

сутствуют неустранимые, неизбежные отклонения от истинного значения

измеряемой величины.

Истинным А называется такое значение физической величины, которое

идеально отражает в количественном и качественном отношениях соответст-

вующее свойство физического объекта.

Истинное значение физической величины найти невозможно, поэтому

вмест щее к истинному действительное зна-о него используется приближаю

чение, которое находится м путем. экспериментальны

За действительное значение измеряемой величины принимаются: при

однократном измерении — результат этого измерения X, а при многократных

измерениях — среднеарифметическое Х из результатов — n отдельных изме-

рений — Х

(наблюдений).

Таким образом, соответственно

А = Х или А = Х =

Х...Х

. (1.7)

Погрешностью называется отклонение измеренного значения величины

от е чественной оценки используются абсо-е истинного значения. Для коли

лютные и относительные погрешности.

Абсолютной погрешностью называется разность между измеренным и

истинным значениями намеряемой величины:

∆х

= Х

– А, (1.8)

где ∆х

— абсолютная погрешность данного измерения;

— результат этого измерения.

Абсолютная погрешность имеет такую же единицу физической вели-

чины, как и измеряемая величина.

тносительной погрешностью называется отношение абсолютной по-

грешности к истинному значению измеряемой величины:

. (1.9)

Относительная погрешность является безразмерной величиной, часто

ее выр

при измерении физических величин

которых занесены вер-

ные ц

ся цифры, если абсолютная погрешность

числа не

превы

торых данное условие не выполняется, то есть соизме-

римые остью, называются сомнительными.

лю

ра

ьзоваться

ажают в процентах.

Правила округления чисел

Числовые значения величин, полученные в результате измерений и ис-

пользуемые в дальнейших расчетах, всегда являются приближенными.

В общем случае в начале приближенного числа записываются нули,

показывающие его порядок, далее следуют разряды, в

ифры, и в младших разрядах содержатся сомнительные (запасные)

цифры.

Верными называют

шает половины единицы разряда, в котором записана рассматриваемая

цифра. Цифры, для ко

с погрешн

В некоторых источниках верными считают цифры, для которых абсо-

тная погрешность числа не превышает единицы разряда, где записывается

ссматриваемая цифра.

В данной работе для

выделения верных цифр будет испол

первое определение.

Примеры: