Методические указания к курсовой работе по дисциплине «Механика жидкости и газа» для студентов специальности 5В071700 «Теплоэнергетика (стр. 1 )

Титульный лист методических указаний

Форма Ф СО ПГУ 7.18.4/20

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова

Кафедра теплоэнергетики

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к курсовой работе

по дисциплине «Механика жидкости и газа»

для студентов специальности 5В071700 «Теплоэнергетика

Павлодар

Лист утверждения методических указаний		Форма Ф СО ПГУ 7.18.4/20
	УТВЕРЖДАЮ Проректор по УР ___________ «___»_____________20__г.

Составитель : магистр, ст. преподаватель__________

Кафедра теплоэнергетики

Методические указания

к курсовой работе

по дисциплине «Механика жидкости и газа»

для студентов специальности 5В071700 «Теплоэнергетика

Рекомендована на заседании кафедры

«___»______________20__г., протокол №__

Заведующий кафедрой _____________ С «____» ________20__г.

Одобрена УМС энергетического факультета

«___»______________20__г., протокол №____

Председатель УМС _____________ М «____» ________20__г.

Одобрено:

Начальник УМО _____________ «____» ________20__г.

Одобрена учебно-методическим советом университета

«___»______________20__г. Протокол №____

1 Общие методические указания

1.1 Цель и объем курсовой работы

Одной из основных задач гидромеханики и газовой динамики является расчёт гидрав­лических сопротивлений, возникающих при течении жидкости или газа в проточных каналах газовых и жидкостных машин и аппаратов: реактивных двигателей самолётов и ракет, газо­вых, паровых и водяных турбин электростанций, центробежных и осевых компрессоров, впускных и выпускных систем поршневых двигателей внутреннего сгорания, в теплообменных аппаратах и т. д. Инженеру теплоэнергетику, работающему в области ДВС, турбин, компрессоров или теплообменных аппаратов, необходимо уметь конструировать проточную часть установки таким образом, чтобы затраты энергии на перемещение жидкости или газа были минимальными.

Целью данной контрольной работы (КР) является усвоение методики расчёта гидрав­лических сопротивлений на примере расчёта сложного трубопровода с теплообменными ап­паратами, установленными в его ветвях. На базе изучения теоретических положений курса гидромеханики и газовой динамики студенту прививаются навыки применения теории к ин­женерному расчёту. Полученные в процессе выполнения КР практические навыки расчёта гидравлических сопротивлений будут в дальнейшем использованы при курсовом проектиро­вании теплоиспользующих установок.

Выполнению данной КР предшествует изучение литературы по программе курса "Меха­ника жидкости и газа". Должны быть усвоены темы: гидравлические сопротивления, гидрав­лический расчёт трубопроводов.

Результатом гидравлического расчёта сложного трубопровода является определение расходов в отдельных ветвях трубопровода, потерь на отдельных участках трубопровода, мощности насоса или вентилятора, необходимой для перемещения жидкости или газа, по­строение линий полного и статического давлений для одной из ветвей трубопровода.

В объем курсовой работы входят:

а) расчетно-пояснительная записка, выполненная на стандартном формате писчей бумаги размером 210х287мм, объемом 15-20 страниц;

б) схема сложного трубопровода (совместно со схемой теплообменного аппарата), выполненная на листе формата А3 совместно с линиями полного и статического давления для третьей ветви трубопровода.

1.2 Общие требования к оформлению расчетно-пояснительной записки

Расчетно-пояснительная записка должна содержать:

1. Титульный лист.

2.Задание на курсовую работу.

3. Введение

4. Методику расчета.

5. Расчет.

6. Выводы

7. Список использованной литературы.

8. Оглавление.

1.3 Задание на курсовую работу

Определить массовые расходы в параллельных ветвях трубопровода G1, G2 и мощность насоса, если задан суммарный массовый расход жидкости G0 и известны конст­руктивные характеристики элементов трубопровода. Сжимаемостью газа пренебречь. Жид­кость (газ) подаётся насосом при постоянной температуре и начальном давлении р. Потеря­ми на линии от насоса до разветвления и в самом разветвлении пренебречь.

Необходимые данные для расчёта взять из таблиц 8, 9 и Б.1. Вариант задания выбирает­ся по номеру студента в списке группы.

Привести расчетную схему сложного трубопровода (рисунок 12) включив в центральную ветвь трубопровода упрощенную схему подогревателя (с указанием направленя движения теплоносителей) согласно своему заданию.

2 Методика расчёта

2.1 Расчёт коэффициентов сопротивлении

Движение жидкости (газа) происходит под действием перепада давления на входе и вы­ходе трубопровода (канала). Часть этого перепада давления идёт на разгон и подъём движу­щегося вещества, а часть — на преодоление различных гидравлических сопротивлений. Часть перепада давления, идущая на преодоление гидравлического сопротивления, называ­ется потерянным давлением или потерями давления Δрпот, Па.

По геометрическим условиям и сущности процесса различают гидравлические сопро­тивления по длине и местные сопротивления.

2.1.1 Расчёт коэффициента гидравлического трения.

Сопротивления по длине распределе­ны равномерно по всей длине трубопровода в виде "гидравлического трения". Потери давле­ния на трение в чистом виде имеют место в прямых трубах постоянного сечения при равно­мерном движении жидкости, когда значение средней скорости и распределение скоростей остаются неизменными по длине трубы.

Потери давления на трение определяются по формуле Дарси-Всйсбаха

(1)

где λ - коэффициент гидравлического трения; l - длина трубы, м;

ρ - плотность, кг / м3 ;

w - средняя по сечению скорость, м/с;

d3 - эквивалентный диаметр канала, м.

Эквивалентным диаметром называется отношение учетверённой площади живого сече­ния А к смоченному периметру П, т. е.

.

Живым сечением называют часть поперечного сечения канала, заполненную жидкостью. Смоченным периметром называют ту часть периметра живого сечения, по которой жидкость соприкасается со стенками канала.

Для круглых труб, заполненных жидкостью, эквивалентный диаметр равен геометриче­скому

Для каналов с прямоугольным сечением со сторонами аив эквивалентный диаметр оп­ределяется по формуле

(2)

Для каналов кольцевого сечения с внешним диаметром D и внутренним d эквивалент­ный диаметр определяется по формуле

dэ=D - d. (3)

Коэффициент гидравлического трения λ в общем случае зависит от числа Рейнольдса (Re) и от относительной шероховатости Δ/d и определяется по формуле

(4)

где Δ - эквивалентная абсолютная шероховатость;

Re = - число Рейнольдса; v - кинематическая вязкость, м2 /с (значения v для некоторых жидкостей и газов приведены в приложении Б).

Под эквивалентной шероховатостью понимают такую высоту выступов шерохова­тости, сложенной из песчинок одинакового размера, которая даёт при подсчёте одинако­вую с заданной шероховатостью величину А. Значения эквивалентной шероховатости для различных материалов и состояния труб приведены в таблице 1 (таблица 4.1 [1])

Таблица 1- Средние значения эквивалентной шероховатости

Материал и вид трубы	Состояние трубы	Δ, мм
Тянутые трубы из стекла и цветных металлов	Новые, технически гладкие	0,005
Старые (загрязнённые)	0,015
Бесшовные стальные трубы	Новые и чистые, тщательно уложенные	0,03
После нескольких лет эксплуатации	0,20
Стальные трубы сварные	Новые и чистые	0,05
С незначительной коррозией после очистки	0,15
Умеренно заржавленные	0,50
Старые заржавленные	1,0
Сильно заржавленные или с большими отложениями	3,0
Оцинкованные стальные трубы	Новые и чистые	0,15
После нескольких лет эксплуатации	0,50
Чугунные трубы	Новые	0,30
Бывшие в употреблении	1,0

Расчёт коэффициентов местных сопротивлений. Местные сопротивления представ­ляют короткие участки трубопроводов, на которых скорости потока изменяются по значению или направлению в результате изменения размеров или формы сечения трубопровода, а так­же направления его продольной оси. Потери давления, возникающие при деформации потока в местных сопротивлениях, называются местными потерями давления Δрм. п.. Они определя­ются по формуле Вейсбаха