Гидравлика, гидравлический привод и газовая динамика (стр. 1 )

Министерство образования Российской Федерации

Владивостокский государственный университет

экономики и сервиса

________________________________________________________

Гидравлика,
гидравлический привод
и газовая динамика

Учебное пособие

Владивосток

Издательство ВГУЭС

2003

ББК 22.253.3

  О 76

Рецензенты: , д-р техн. наук, профессор;

, канд. техн. наук, доцент

,

О 76 Гидравлика, гидравлический привод и газовая динамика: Учебное пособие. – Владивосток: Изд-во ВГУЭС, 2003. – 132 с.

В работе представлены задачи по гидравлике, гидравлическим машинам, гидроприводам и газовой динамике с кратким изложением теории по каждому из разделов, а также справочный материал для их решения.

Для студентов специальности 23.01.00 – "Эксплуатация и обслуживание транспортных и технологических машин и оборудования (автомобильный транспорт)".

ББК 22.253.3

© Издательство Владивостокского
государственного университета

экономики и сервиса, 2003

ВВЕДЕНИЕ

Грамотная эксплуатация и обслуживание транспортных машин и оборудования невозможны без знаний законов гидравлики и газовой динамики, а также без умения приложения их для решения практических задач: определения давления в жидкостях, сопротивления каналов, сил, действующих на тела, помещенные в поток. Кроме того, будущие специалисты должны иметь представление о принципах работы и основных характеристиках гидравлических машин, гидродинамических передач и объемных гидроприводов, широко распространенных на автомобильном транспорте.

Учебное пособие состоит из трех частей. В первой части представлены задачи по гидростатике, динамике несжимаемой жидкости, расчетам гидравлических систем, гидравлическим машинам. Вторая часть посвящена гидравлическим передачам и гидроприводам. В третьей – рассмотрены особенности процессов, происходящих в сжимаемых средах, и собраны задачи, связанные с одномерным изоэнтропическим течением газа, со скачками уплотнения и течениями с трением при наличии энергообмена.

Каждый раздел имеет в своем составе теоретическую часть, задачи (некоторые из них многовариантны) и справочный материал. Главы, предполагаемые для самостоятельного изучения студентами, снабжены примерами расчетов. Все это позволяет использовать данную работу для обучения по заочной форме.

При составлении (первая и вторая части подготовлены С. А. Ос­тренко, третья – ) использованы задачи из следующих первоисточников.

Давидсон газовой динамики в задачах. – М.: Высшая школа, 1965. 224 с.

, , Фаддеев по гидромеханике для судостроителей: Учеб. пособие. 2-е изд., перераб. и доп. – Л.: Судостроение, 1984. 232 с.

, Пермяков и гидравлические системы: Сб. задач. – Владивосток: Изд-во ВГУЭС, 1997. 120 с.

Примеры расчетов по гидравлике: Учеб. пособие для вузов / , , ; Под ред. . – М.: Стройиздат, 1977. 255 с.

Сборник задач по машиностроительной гидравлике: Учеб. пособие для машиностроительных вузов / , , ­видз и др.; Под ред. и . 4-е изд., перераб. – М.: Машиностроение, 1981. 464 с.

Часть 1
Гидравлика и гидравлические системы

Свойства жидкостей

Основной механической характеристикой жидкости является плотность, определяемая для однородной жидкости отношением ее массы М к объему W:

Значения плотностей капельных жидкостей при температуре 20оС приведены в таблице П-1.

Сопротивление жидкостей изменению своего объема характеризуется коэффициентом объемного сжатия, который равен относительному изменению объема жидкости при изменении давления на единицу:

где DW – изменение объема W, соответствующее изменению давления на величину Dp.

Связь между плотностями жидкости при различных давлениях можно представить в виде

.

Величина, обратная коэффициенту объемного сжатия, представляет собой объемный модуль упругости:

.

Коэффициент температурного расширения характеризует относительное изменение объема жидкости при изменении температуры на один градус:

где DW – изменение объема W, соответствующее изменению температуры на величину Dt.

Для воды при нормальных условиях можно принимать

.

Расчет плотности жидкости при различных температурах выполняют по формуле

.

Значение коэффициентов объемного сжатия и температурного расширения воды при различных температурах и давлениях приведены в табл. П 1.2 и П 1.3 соответственно.

Сопротивление жидкости изменению своей формы характеризуется их динамической вязкостью (внутренним трением) m, Па×с. Отношение динамической вязкости жидкости к ее плотности называют кинематической вязкостью:

.

Поверхностное натяжение жидкости обусловлено силами взаимного притяжения молекул поверхностного слоя, стремящимися сократить свободную поверхность жидкости. Оно характеризуется коэффициентом поверхностного натяжения s, Н/м. Вследствие поверхностного натяжения жидкость, имеющая криволинейную поверхность, испытывает дополнительное усилие, увеличивающее или уменьшающее давление в жидкости на величину

,

где r1 и r2 – главные радиусы кривизны рассматриваемого элемента поверхности.

В трубках малого диаметра d дополнительное давление от поверхностного натяжения приводит к изменению уровня жидкости в них на высоту

,

где g – ускорение свободного падения.

Задачи

Задача 1. В отопительной системе здания содержится воды. Сколько воды дополнительно войдет в расширительный сосуд при нагревании от 20 до 90оС?

Задача 2. При гидравлических испытаниях внутренних систем водоснабжения допускается падение испытательного давления в течение 10 минут на . Определить допустимую величину утечки при испытании системы вместимостью .

Задача 3. Для аккумулирования дополнительного объема охлаждающей жидкости, вытесняемой из системы охлаждения двигателя в результате ее нагрева, к системе охлаждения в верхней точке присоединяют расширительный бачок, сообщающийся с атмосферой. Определить наименьший объем расширительного бачка, при котором полное его опорожнение исключается. Допустимое колебание температуры жидкости в системе в процессе работы двигателя 90–100˚С. Объем системы . Охлаждающая жидкость – вода.

Задача 4. Канистра вместимостью была доверху заполнена бензином, температура которого составляла 20˚С. Какое избыточное давление создастся в канистре в случае хранения ее в боксе при температуре 35˚С. Деформацией канистры пренебречь.

Задача 5. Определить высоту подъема воды в стеклянном капилляре диаметром при температуре воды и . Зависимость коэффициента поверхностного натяжения воды от температуры имеет вид .

Гидравлический удар

Гидравлическим ударом называют резкое повышение давления, возникающее в напорном трубопроводе при внезапном торможении потока жидкости. Он представляет собой колебательный процесс (в реальной жидкости – затухающий), возникающий в упругом трубопроводе с капельной жидкостью при внезапном изменении ее скорости. Гидравлический удар чаще всего возникает при быстром закрытии или открытии крана или иного устройства управления потоком. Повышение давления в трубопроводе в результате гидравлического удара определяют по формуле :

где r – плотность жидкости, кг/м3; V0 – начальная скорость течения жидкости, м/с; Еж – среднее для данного Dpуд значение адиабатного модуля упругости жидкости, Па; r – радиус трубопровода, м; d – толщина стенки, м; Ес – модуль упругости материала стенки, Н/м2 (для стали Ст 3 модуль упругости равен (1,5–2)×1011 Н/м2, а для чугуна – (1,0–1,3)×1011 Н/м2; с – скорость распространения ударной волны, м/с.

Когда уменьшение скорости в трубе происходит не до нуля, а до значения V1, возникает неполный гидравлический удар и формула Жуковского приобретает вид