Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Министерство сельского хозяйства РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования
«Пермская государственная сельскохозяйственная академия имени академика Д.Н.Прянишникова»
Кафедры: «Технологического и энергетического оборудования» и
«Технического сервиса автомобилей и тракторов»
В.С. Кошман, А.Т. Манташов
Гидравлика, теплотехника
и газовая динамика
Термины и определения
Учебное пособие
Пермь
ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА
2013
УДК 621.65./69; 631.371.(075.8)
ББК 31.56; 40.7
К -763, М – 23
Р е ц е н з е н т ы: к.т.н., доцент В.А. Волков, к.б.н., доцент В.М. Корнев, к.ф-м.н., доцент Н.К. Шестакова (кафедра физики Пермской ГСХА); к.т.н., доцент Л.В. Крашевский (кафедра «Безопасности жизнедеятельности» Пермской ГСХА).
Кошман В.С.
К-763 Гидравлика, теплотехника и газовая динамика. Термины и определения: учебное пособие / В.С. Кошман, А.Т. Манташов; М-во с.-х. РФ, ФГБУ ВПО Пермская ГСХА – Пермь: Изд-во ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА, 2013. – 55 с.
В учебном пособии приведены определения основных терминов теплотехники, гидравлики и газовой динамики, используемые буквенные обозначения физических величин, а также единицы их измерения в СИ.
Учебное пособие предназначено для студентов очной и заочной форм обучения всех специальностей инженерного факультета.
Учебное пособие рекомендовано к использованию при курсовом и дипломном проектировании.
УДК 621.65./69; 631.371.(075.8)
ББК 31.56; 40.7
К -763, М – 23
Рассмотрено на заседаниях кафедры технологического и энергетического оборудования (протокол № 3 от 27 ноября 2012 г.) и кафедры технического сервиса автомобилей и тракторов (протокол № 3 от 11 ноября 2012 г.).
Рекомендовано к изданию методической комиссией инженерного факультета (протокол № 5 от 15 января 2013 г.).
@ ФГБОУ ВПО Пермская ГСХА, 2013
О г л а в л е н и е
Предисловие …………………………………………………………. 4
Греческий и латинский алфавиты …………………………………… 5
Единицы физических величин .…………………………………….... 6
Базовые понятия и определения ………………………………… ... 9
Часть I. Гидравлика …………………………………………………. 13
Часть II. Теплотехника ………………………………………………. 34
Часть III. Газовая динамика ………………………………………… 52
Библиографический список ………………………………………… 55
Предисловие
В настоящем учебном пособии приводятся и разъясняются основные термины теплотехники, гидравлики и газовой динамики, даны обозначения физических величин и принятые единицы их измерения.
Термин (от лат. terminus – предел, пограничный знак) – однозначное слово или сочетание слов, являющееся названием какого – либо понятия в той или иной области знания, мышления, практической деятельности.
Определение термина – это объяснение, раскрывающее и разъясняющее содержание и смысл термина.
Термины, как слова, которым соответствуют определенные понятия, изолированные или входящие в состав суждений или умозаключений, являются элементами языка науки.
Доведение нового учебного материала до студентов без использования новых для них терминов, требующих особого объяснения, как правило, вызывает затруднения. Разъяснение используемых терминов способствует осознанному восприятию учебных дисциплин, присущих им физических объектов и физических явлений, процессов, состояний, свойств, научных фактов, законов, теорий.
Под физической величиной понимают характеристику физических объектов, общую множеству объектов в качественном отношении (например, длина, масса), но индивидуальную для каждого из них (например, длина трубопровода, масса сжатого газа в баллоне). Каждая физическая величина имеет обозначение (обозначения) и единицы их измерения, а в конкретных случаях – численное значение.
Обозначения физических величин используются для их представления в текстах, таблицах, на графиках. Обозначениями (символами) физических величин, как правило, являются отдельные буквы русского, латинского и греческого алфавитов, иногда снабженные дополнительными метками: нижними или верхними индексами, штрихами и т.д. Поскольку число букв в алфавитах ограничено, то в учебной литературе можно встретить использование одних и тех же букв для обозначения разных физических величин. Кроме того, некоторые физические величины в отдельных областях науки обозначаются разными символами.
Данное учебное пособие, по существу, представляет собой толковый словарь, предназначенный для оказания помощи студентам инженерного факультета в усвоении теплотехники, гидравлики, газовой динамики.
Приведенные в пособии обозначения могут носить рекомендательный характер при преподавании других дисциплин на факультете.
Авторы считают своим приятным долгом выразить благодарность профессорско-преподавательскому составу кафедр физики и безопасности жизнедеятельности за ценные пожелания, высказанные при рецензировании пособия.
Обозначения и единицы измерения физических величин
|
Наименование |
Обозначение |
Наименование единицы измерения |
Обозначение единицы измерения |
|
Основные единицы |
|||
|
Длина |
метр |
м |
|
|
Масса |
m |
килограмм |
кг |
|
Время |
; t |
секунда |
с |
|
Термодинамическая температура |
T |
кельвин |
К |
|
Температура Цельсия |
t |
градус Цельсия |
0С |
|
Количество вещества |
М |
моль |
моль |
|
Производные единицы |
|||
|
Площадь |
F; S |
квадратный метр |
м2 |
|
Объем |
V |
кубический метр |
м3 |
|
Плотность |
килограмм на кубический метр |
кг/м3 |
|
|
Удельный объем |
кубический метр на килограмм |
м3/кг |
|
|
Удельный вес |
γ |
ньютон на кубический метр |
Н/м3 |
|
Молярная масса |
килограмм на моль |
кг/моль |
|
|
Давление |
р |
паскаль |
Па |
|
Скорость |
c |
метр в секунду |
м/с |
|
Средняя скорость |
метр в секунду |
м/с |
|
|
Скорость звука |
a |
метр в секунду |
м/с |
|
Пьезометрическая высота |
h |
метр |
м |
|
Полный напор |
H |
метр |
м |
|
Геометрический напор |
z |
метр |
м |
|
Массовый расход, массовая подача |
килограмм в секунду |
кг/с |
|
|
Объемная подача. Объемный расход |
кубический метр в секунду |
м3/с |
|
|
Вес |
G |
ньютон |
Н |
|
Сила |
P |
ньютон |
Н |
|
Сила трения |
Т |
ньютон |
Н |
|
Энергия |
E |
джоуль |
Дж |
|
Мощность |
N |
ватт |
Вт |
|
Количество теплоты |
Q |
джоуль |
Дж |
|
Приведенная теплота |
q |
джоуль на килограмм |
Дж/кг |
|
Работа |
L |
джоуль |
Дж |
|
Приведенная работа |
l |
джоуль на килограмм |
Дж/кг |
|
Внутренняя энергия |
U |
джоуль |
Дж |
|
Приведенная внутренняя энергия |
u |
джоуль на килограмм |
Дж/кг |
|
Энтальпия |
I; H |
джоуль |
Дж |
|
Удельная энтальпия |
i; h |
джоуль на килограмм |
Дж/кг |
|
Энтропия |
S |
джоуль на кельвин |
Дж/К |
|
Удельная энтропия |
s |
джоуль на килограмм -кельвин |
Дж/(кг·К) |
|
Теплота фазового перехода |
r |
джоуль на килограмм |
Дж/кг |
|
Газовая постоянная |
R |
джоуль на килограмм- кельвин |
Дж/(кг·К) |
|
Универсальная газовая постоянная |
джоуль на моль- кельвин |
Дж/(мольК) |
|
|
Ускорение свободного падения |
g |
метр на секунду в квадрате |
м/с2 |
|
Модуль упругости |
E |
паскаль |
Па |
|
Коэффициент температурного расширения |
паскаль в минус первой степени |
Па -1 |
|
|
Коэффициент объемного сжатия |
кельвин в минус первой степени |
К -1 |
|
|
Динамический коэффициент вязкости |
паскаль - секунда |
Па |
|
|
Кинематический коэффициент вязкости |
квадратный метр в секунду |
м2/с |
|
|
Теплоемкость удельная массовая |
c |
джоуль на килограмм- кельвин |
Дж/(кг·К) |
|
Теплоемкость удельная молярная |
|
джоуль на моль- кельвин |
Дж/(мольК) |
|
Теплоемкость удельная объемная |
джоуль на кубический метр - кельвин |
Дж/(м3 К) |
|
|
Теплоемкость удельная при постоянном давлении |
джоуль на килограмм- кельвин |
Дж/(кг·К) |
|
|
Теплоемкость удельная при постоянном объеме |
|
джоуль на килограмм - кельвин |
Дж/(кг·К) |
|
Тепловой поток |
ватт |
Вт |
|
|
Плотность теплового потока |
ватт на квадратный метр |
Вт/м2 |
|
|
Температурный градиент |
grad T |
кельвин на метр |
К/м |
|
Коэффициент теплопроводности |
ватт на метр - кельвин |
Вт/(м·К) |
|
|
Коэффициент теплоотдачи |
ватт на квадратный метр - кельвин |
Вт/(м2·К) |
|
|
Коэффициент теплопередачи |
k |
ватт на квадратный метр - кельвин |
Вт/(м2·К) |
|
Коэффициент температуропроводности |
а |
квадратный метр в секунду |
м2/с |
|
Лучистый тепловой поток |
Ф |
ватт |
Вт |
|
Излучательная способность |
Е |
ватт на квадратный метр |
Вт/м2 |
|
Интенсивность излучения |
I |
ватт на кубический метр |
Вт/м3 |
|
Часовая тепловая нагрузка |
килоджоуль в час |
кДж/ч |
|
|
Удельная отопительная характеристика объекта |
от.х. |
килоджоуль на метр кубический-час -кельвин |
кДж/(м3 |
|
Тепловая мощность |
N |
киловатт |
кВт |
|
Площадь сечения потока |
квадратный метр |
м 2 |
|
|
Сила давления |
Р |
ньютон |
Н |
|
Сила внутреннего трения |
Т |
ньютон |
Н |
|
Напряжение внутреннего трения |
паскаль |
Па |
|
|
Шероховатость |
метр |
м |
|
|
Норма потребления воды |
q |
литр в сутки на человека |
л/(сутчел) |
|
Частота вращения |
n |
секунда в минус первой степени |
с -1 |
Базовые понятия и определения
Материя
Материя – объективная реальность, существующая независимо от человеческого сознания и отображаемая им.
Все в мире материально. Атомы и их составные части, химические элементы, клетки живого организма, люди, планеты – различные формы существования материи. Неотъемлемым свойством материи, всеобщей формой ее существования, является движение в пространстве и во времени.
Движение
Движение – в философии: форма существования материи; в физи- ке: изменение положения тела или его частей относительно других тел.
Движение в пространстве связано с длиной пройденного пути и временем, затраченным на этот путь.
Расстояние
Расстояние – геометрическое понятие, содержание которого зависит от того, для каких объектов оно определяется.
Например, расстояние между двумя точками – длина соединяющего их отрезка прямой; расстояние от точки до прямой (или плоскости) – длина отрезка перпендикуляра, опущенного из этой точки на данную прямую (или плоскость).
Длина
Длина – протяжение в том направлении, в котором две крайние точки линии лежат на наименьшем расстоянии друг от друга.*
Длина обозначается ℓ (L). В СИ в качестве основной единицы длины принят м е т р. Долгое время эталоном м е т р а служила одна десятимиллионная часть четверти Парижского меридиана. С 1983 года принято новое определение метра: метр равен расстоянию, проходимому в вакууме плоской электромагнитной волной за 1/ 299 792 458 долей секунды.
______
* Длина отрезка прямой – расстояние между его концами, длина ломанной – сумма длин ее звеньев; длина кривой – предел длины вписанной в нее ломаной, когда число ее звеньев, неограниченно возрастает, причем длина каждого звена стремится к нулю. Измерение длины отрезка основано на сравнении его с отрезком, длина которого принимается за единицу.
Масса
Масса – в философии: количественная мера материи тела; в физике: мера инертности тела по отношению к действующей на него силе.
В качестве единицы массы в СИ принят к и л о г р а м м. Килограмм равен массе эталона, хранящегося в Международном бюро мер и весов во Франции. Прототипом эталона определили массу 1дм3 чистой воды при ее наибольшей плотности (t = 4 0С). Обозначают массу m.
Моль
В СИ за единицу количества вещества принят м о л ь (М). Моль равен количеству вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в углероде – 12, массой 0,012 кг. Установлено, что в 12 г углерода имеется 6 ·1023 атомов. Такое количество структурных элементов в любом другом веществе имеет другую массу. Отсюда, один килограмм какого – либо химического элемента имеет строго определенное число молей.
Моль – расчетная единица, эталона для его воспроизведения не существует. Массу одного моля вещества называют м о л я р н о й массой.
Молярную массу обозначают μ. Единица молярной массы СИ – килограмм на моль (кг/моль).
Время
Время – в философии: объективная форма существования материи;
в физике – продолжительность протекания какого-либо процесса.
Единица времени СИ – с е к у н д а (с), обозначение: τ (либо t). Секунду до относительно недавнего времени (до1960 г.) определяли как 1/86 400 часть средних солнечных суток. Успехи в атомной физике позволили создать более точные эталоны времени.
Физический закон
Физический закон – это найденная на опыте и установленная путем обобщения опытных данных количественная или качественная объективная зависимость одних физических величин от других.
Модель сплошной среды
Модель, согласно которой в физике рассматривается вещество как непрерывно распределенная по пространству среда, не имеющая ни пустот, ни разрывов и обладающая физическими свойствами реального вещества (твердого тела, капельной жидкости, газа, плазмы).
Применение модели сплошной среды позволяет использовать математический аппарат дифференциального и интегрального исчисления.
Температура
Температура – скалярная физическая величина, характеризующая тепловое состояние системы. Согласно молекулярно – кинетической теории температура связана с интенсивностью движения микроструктурных частиц материи. Численное значение температуры представляет собой величину отклонения теплового состояния тела от теплового равновесия с другим телом, состояние которого принято за начало отсчета.
Шкала для измерения температуры определяется выбранным началом ее отсчета. В настоящее время система единиц СИ предусматривает применение двух температурных шкал: т е р м о д и н а м и ч е с к у ю (абсолютную шкалу) и м е ж д у н а р о д н у ю п р а к т и ч е с к у ю (МПШТ). По первой шкале за начало отсчета условно принимается абсолютный ноль температуры. Единица измерения термодинамической температуры – кельвин, обозначение: Т.
По второй шкале за начало отсчета выбрано состояние, соответствующее таянию льда в воде, это 273,15 К. Температуру по этой шкале выражают в градусах Цельсия (0 С) и обозначают t. Градус (температурный) – общее название различных единиц температуры, соответствующих различным температурным шкалам, 1К = 1 0С.
Связь между температурами по установленным шкалам имеет вид:
Т = t + 273,15.
В ряде стран еще используется внесистемная шкала, выраженная в градусах Фаренгейта (0F). Пересчет температуры со шкалы Фаренгейта на шкалу Цельсия проводится по выражению
t = (tF – 32).
Давление
Давление – физическая величина, характеризующая напряженное состояние сплошных сред, численно – это интенсивность нормальных сил, с которыми одно тело действует на поверхность другого.
Давление обозначается p, за его единицу в СИ принят паскаль (Па).
Один паскаль в неподвижной среде равен давлению, вызываемому нормальной силой 1Н, действующей на поверхность, равную 1 м2 (1Па=1Н/м2). Допускается применение следующих единиц: бар (1бар = 15 Па), техническая атмосфера (1ат = 1 кгс/см2 = 0,981105 Па), физическая атмосфера (1атм = 1,01105 Па), миллиметр ртутного столба (1 мм рт.ст. = 133,3 Па), миллиметр водяного столба (1 мм вод. ст. = 9,81 Па).
Давление в системе, отсчитываемое от нулевого значения, называется а б с о л ю т н ы м и обозначается pабс. Абсолютное атмосферное давление, именуют б а р о м е т р и ч е с к и м (pбар.). Давление в системе, превышающее атмосферное (барометрическое), называют и з б ы т о ч н ы м (ризб), а недостающее до атмосферного – р а з р я ж е н и е м (рраз), или вакуумметрическим давлением (рвак).
Удельный объем
Удельный объем – физическая величина, равная отношению объема тела к его массе:
=V/ m,
где – удельный объем, м3/кг;
V – объем, м3;
m – масса, кг.
Плотность
Плотность – физическая величина, равная отношению массы тела к его объему:
ρ = m/V,
где ρ – плотность, кг/м3.
m – масса, кг;
V – объем, м3.
Удельный вес
Удельный вес – вес единицы объема тела:
= G/V = ρ g,
где γ – удельный вес, Н/м3;
G – вес тела в объеме V, Н;
g – ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2.
В отличие от плотности ρ удельный вес не является физической характеристикой тела, так как зависит от места измерения.
Энергия
Энергия – это общая количественная мера движения и взаимодействия всех видов материи.
Энергия независимо от конкретных форм проявления обозначается Е. За единицу энергии в СИ принят д ж о у л ь (Дж). Джоуль – это энергия, затраченная системой при перемещении точки вследствие приложения силы 1 Н на расстояние 1 м в направлении действия силы, то есть 1 Дж = 1 Н ٠ 1 м. Вычислить абсолютное значение энергии невозможно, так как нет ноля отсчета энергии. Такое положение не играет существенной роли для практики, потому что при исследовании энергообмена важна не абсолютная величина энергии, а ее изменение.
Часть I. Гидравлика
Г и д р а в л и к о й называют прикладную науку о законах равновесия и движения жидкостей и способах приложения этих законов к решению задач инженерной практики.
Жидкость
Жидкостью называется физическое тело, обладающее свойством текучести, то есть способностью изменять форму под действием сколь угодно малых сил.
Понятие «жидкость» включает в себя как капельные жидкости, так и газы. В небольших количествах вне сосуда жидкость (в обычном понимании) принимает форму капли, что и определило ее название. При силовом взаимодействии капельные жидкости почти не изменяют свой объем (то есть почти не сжимаются), но легко изменяют свою форму. Газы могут менять свой объем и форму под действием внешних и внутренних сил.
Жидкая частица
Жидкая частица – это физически бесконечно малый объем, в котором параметры сплошной среды сохраняют постоянные значения и не зависят от изменения объема.
Масса жидкой частицы неизменна, а объем и форма могут меняться.
Внешние и внутренние силы
Внешние силы – это силы, приложенные к частицам рассматриваемого объема жидкости со стороны жидкости, окружающей этот объем.
Внутренние силы – это силы, возникающие внутри жидкости в результате воздействия на нее внешних сил.
Массовые силы
Под массовыми понимают силы, непрерывно распределенные по массе (объему) жидкости и пропорциональные массе жидкости.
Примерами массовых сил являются сила тяжести и сила инерции.
Поверхностные силы
Под поверхностными понимают силы, которые непрерывно распределены по поверхностям и пропорциональны величинам площадей поверхностей, которые ограничивают объемы жидкости, а также мысленно выделены внутри объемов.
В общем случае поверхностная сила имеет две составляющие: нормальную силу давления и касательную силу внутреннего трения Т.
Свободная поверхность
Свободная поверхность – это поверхность раздела между капельной жидкостью и внешней газообразной средой.
Сжимаемость жидкостей
Под сжимаемостью понимают свойство жидкости изменять свой объем (и плотность) при изменении давления.
Вязкость
Вязкость (или внутреннее трение) – свойство капельных жидкостей и газов оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой.
Закон внутреннего трения Ньютона
Законом внутреннего трения Ньютона называют выражение вида:
T =
где T – cила внутреннего трения, возникающая между слоями жидкости, движущимися с разными скоростями;
dYx – изменение скорости течения при удалении на расстояние dn от поверхности слоя в перпендикулярном к нему направлении;
– модуль градиента скорости;
S – площадь поверхности слоя жидкости.
Ньютоновские и неньютоновские жидкости
Ньютоновскими принято называть жидкости, которые при своем течении строго подчиняются закону внутреннего трения Ньютона. Все иные жидкости относят к неньютоновским.
Именно ньютоновские жидкости являются объектом исследования в гидравлике. Поведение неньютоновских жидкостей рассматриваются в науке, которая называется р е о л о г и е й.
1. Гидростатика
Гидростатика – раздел гидравлики, в котором изучаются условия и
закономерности равновесия жидкостей под действием приложенных к ним сил, а так же воздействие покоящихся жидкостей на погруженные в них твердые тела и стенки сосудов.
Абсолютный покой жидкости
Под абсолютным покоем понимают неподвижность жидкости относительно содержащего ее сосуда, когда сам сосуд не движется относительно земли.
Относительный покой жидкости
Под относительным покоем понимают неподвижность жидкости относительно содержащего ее сосуд, в то время, когда сам сосуд находиться в движении относительно земли.
Внешнее поверхностное давление
Давление на свободной поверхности жидкости называют внешним поверхностным давлением. Его обозначают р0 .
Сила гидростатического давления
Сила гидростатического давления (абсолютного или избыточного), действующая на плоскую твердую стенку – это равнодействующая элементарных сил соответствующего гидростатического давления, действующих на эту стенку.
Она равна величине гидростатического давления в центре смоченной поверхности стенки, умноженной на площадь этой поверхности. Силу гидростатического давления обозначают Р и выражают в ньютонах (Н).
Центр давления
Центр давления – это точка пересечения линии действия силы абсолютного гидростатического давления с плоскостью, в которой лежит воспринимающая эту силу стенка.
Эпюра гидростатического давления
Эпюра гидростатического давления (абсолютного или избыточного), действующего на смоченную поверхность стенки – это объемная фигура, отражающая характер распределения соответствующего давления на рассматриваемой поверхности.
Объем эпюры гидростатического давления равен силе гидростатического давления.
Открытый пьезометр
Открытый пьезометр – это прозрачная трубка небольшого диаметра, один конец которой открыт и сообщается с атмосферой, а второй конец присоединён к точке сосуда с капельной жидкостью, в которой измеряется избыточное давление.
Пьезометрическая высота
Высота столба жидкости в открытом пьезометре, который своим весом способен создать давление, равное избыточному давлению в рассматриваемой точке.
Обозначают пьезометрическую высоту h, а находят как
где p – абсолютное гидростатическое давление в точке;
pa – атмосферное давление;
– удельный вес жидкости.
Закрытый пьезометр
Прозрачная трубка с запаянным одним концом, из которой откачали воздух, а другим концом подсоединили к точке сосуда с капельной жидкостью, в которой измеряют абсолютное гидростатическое давление.
Абсолютная пьезометрическая высота
Высота такого столба жидкости в закрытом пьезометре, который своим весом способен создать давление, равное абсолютному гидростатическому давлению в рассматриваемой точке.
Абсолютная пьезометрическая высота hа = .
Геометрически напор
Геометрический напор (геометрическая высота или удельная потенциальная энергия положения) – это потенциальная энергия положения жидкой частицы, отнесенная к единице ее веса.
Обозначают геометрический напор , выражают в метрах (м). Из определения следует:
где Еп.пол – потенциальная энергия положения жидкой частицы;
G – вес жидкой частицы.
Абсолютный пьезометрический напор
Абсолютный пьезометрический напор – это потенциальная энергия давления жидкой частицы, приходящаяся на единицу ее веса.
Обозначают абсолютный пьезометрический напор , выражают в
метрах (м). Из определения следует:
=,
где p – абсолютно давление;
= – удельный вес жидкости;
– потенциальная энергия давления жидкой частицы;
G – вес жидкой частицы.
Полный гидростатический напор
Полный гидростатический напор – это полная потенциальная энергия, отнесенная к единице веса жидкости.
Обозначают полный гидростатический напор через Нст и вычисляют как Нст = z+ .
Основные уравнения гидростатики
Основное уравнение гидростатики выражает закон сохранения и превращения энергии для случая абсолютного покоя несжимаемой жидкости в гравитационном поле при неизменной величине ускорения свободного падении.
Форма записи: z + = const и p = p0 + ,
где p0 – внешнее поверхностное давление
весовое давление;
h – глубина погружения рассматриваемой точки под свободную по- верхность жидкости.
Основное уравнение гидростатики выражает зависимость гидростатического давления p в любой точке неподвижной несжимаемой капельной жидкости от внешнего поверхностного давления р0 и глубины погружения в том случае, когда из массовых сил на нее действует одна сила тяжести.
Поверхность равного давления
Поверхностью равного давления называют такую выделенную в жидкости поверхность, гидростатическое давление во всех точках которой одно и то же.
Закон Архимеда
На тело, погруженное в жидкость, действует выталкивающая сила, направленная вертикально вверх, численно равная весу жидкости, вытесненной телом.
Выталкивающая сила приложена к центру тяжести объема погруженной части тела.
Закон Паскаля
Давление, производимое на капельную жидкость внешними силами, передается ею одинаково по всем направлениям.
2. ГИДРОДИНАМИКА
Гидродинамика – раздел гидравлики, в котором изучаются закономерности движения несжимаемых жидкостей и их воздействие на обтекаемые ими твердые тела.
Методами гидродинамики изучается так же и движущийся газ, когда его скорость движения существенно меньше скорости звука в этом газе, то есть сжимаемость газа не играет значительной роли.
Поток жидкости
Непрерывное движение большого количества жидкости, характеризующееся направлениями в каждой своей точки.
Напорное движение жидкости
Движение, при котором поток жидкости по всей длине окружен твердыми поверхностями (не имеет свободной поверхности).
Безнапорное движение жидкости
Движение жидкости со свободной поверхностью по всей длине потока.
Местная скорость и её составляющие
Местная скорость – скорость движения жидких частиц в данный момент времени в той или другой неподвижной точке пространства, заполненного движущейся жидкостью.
Местная скорость обозначается V и определяется как
V= ,
где Vx – продольная составляющая;
Vy и Vz – поперечные составляющие местной скорости.
Поле скоростей
Широкая совокупность местных скоростей в данный момент времени в пространстве, заполненном движущейся жидкостью.
Поле давлений
Широкая совокупность давлений в данный момент времени в пространстве, заполненном движущейся жидкостью.
Установившееся и неустановившееся движение жидкости
Установившимся называется движение, если взаимосвязанные между собой поле скоростей и поле давлений потока жидкостей остаются неизменными во времени, а неустановившимся, если они непрерывно изменяются.
Линия тока
Линией тока называется кривая, проведенная через точки в движущейся жидкости таким образом, что векторы скоростей жидких частиц, находящихся в данный момент времени в этих точках, являются к ней касательными.
Трубка тока и элементарная трубка тока
Поверхность, образованная линиями тока, проведенными через каждую точку замкнутого контура конечной длины, называются трубкой тока, а через замкнутый контур бесконечно малой длины – элементарной трубкой тока.
Элементарная струйка жидкости
Элементарная струйка представляет собой часть движущейся жидкости, ограниченную элементарной трубкой тока.
Сечение потока
Сечением потока (или живым сечением потока) называется поверхность, лежащая внутри потока и нормальная ко всем линиям тока.
Смоченный периметр
Линия соприкосновения жидкости с твердыми стенками (со стенками русла) в данном живом сечении.
Гидравлический радиус
Параметр живого сечения потока, величина которого равна отношению площади живого сечения к длине смоченного периметра.
Гидравлический радиус обозначается Rг, выражается в метрах (м) и вычисляется по формуле: Rг =.
Гидравлический диаметр
Условная величина, равная учетверенной величине гидравлического радиуса.
Гидравлический диаметр обозначается Dг , выражается в метрах (м) и определяется как Dг=4 Rг .
Расход жидкости
Расходом жидкости называют количество жидкости, проходящее в единицу времени через сечение потока.
Объемный расход жидкости
Объемным расходом называют количество жидкости в единицах объема, проходящей в единицу времени через сечение потока.
Объемный расход жидкости обозначают и выражают в метрах кубических в секунду (м3/с).
Массовый расход жидкости
Массовый расход жидкости это количество жидкости в единицах массы, проходящей в единицу времени через сечение потока.
Массовый расход обозначают , единица его измерения кг/с . Массовый и объемный расходы жидкости взаимосвязаны: .
Уравнение расхода несжимаемой жидкости
Уравнением расхода несжимаемой жидкости (или уравнением неразрывности Леонардо Да Винчи) называют взаимосвязь = const, выражающая закон сохранения массы вещества для установившегося течения несжимаемой жидкости в канале с водонепроницаемыми стенками.
Средняя скорость
Воображаемая скорость движения жидких частиц (для них одна и та же в данном сечении), обеспечивающая тот же объемный расход, что и действительное неравномерное распределение местных скоростей в данном сечении.
Средняя скорость в сечении потока обозначается буквой и определяется по формуле:
,
где – объемный расход;
– площадь сечения потока жидкости.
Число Рейнольдса
Безразмерное выражение, являющееся характеристикой потока жидкости:
где – средняя скорость;
d – внутренний диаметр ;
– кинематический коэффициент вязкости.
По физическому смыслу число Рейнольдса есть мера отношения конвективных сил инерции Fкон.ин (направленных поперёк потока) к силам внутреннего трения T (направленным вдоль потока).
Используется как один из критериев динамического подобия потоков жидкости.
Критическое число Рейнольдса
Критическое число Рейнольдса (или расчетное критическое число Рейнольдса) – это то его числовое значение, при котором разрушается ламинарное течение.
Критическое число Рейнольдса обозначается Reкр , для круглых труб условились считать Reкр = 2320.
Ламинарный режим движения (ламинарное течение)
Движение (течение) жидкости, при котором жидкие частицы перемещаются по траекториям вдоль общего течения без поперечного перемешивания.
Турбулентный режим движения (турбулентное течение)
Движение (течение) жидкости, при котором жидкие частицы перемещаются по случайным, неопределенно искривленным траекториям, имеет место постоянное перемешивание жидкости, причем это движение характеризуется наличием пульсации, как местных скоростей, так и давления.
Осредненная местная скорость
Воображаемая продольная (по отношению к потоку) местная скорость, величина которой для данной неподвижной точки пространства, занятого турбулентным потоком, устанавливается как среднее во времени значение пульсирующей продольной актуальной скорости в рассматриваемой точке.
Обозначается , выражается в метрах в секунду (м/с).
Вязкий подслой
Вязкий подслой (или ламинарный подслой) – тонкий слой ламинарно движущейся жидкости, возникающий у стенок русла при турбулентном движении.
Шероховатость трубы
Бугорки или выступы на внутренней поверхности трубы, влияющие на величину путевых потерь напора при турбулентном движении.
Гидравлически гладкая труба
Трубопровод с движущейся жидкостью, в котором выступы шероховатости погружены в вязкий подслой и обтекаются без отрывов и вихреобразований.
Гидравлически шероховатая труба
Трубопровод с движущейся жидкостью, в котором выступы шероховатости не покрываются полностью вязким подслоем, а вклиниваются в турбулентную зону.
Коэффициент кинетической энергии
Коэффициент кинетической энергии (или коэффициент Кориолиса) –это коэффициент, учитывающий отличие кинетической энергии в сечении потока, вычисленной по средней скорости, от значения, вычисленного по действительному распределению местных скоростей.
Обозначается , размерности не имеет.
Скоростной напор
Кинетическая энергия жидких частиц, отнесенная к единице их веса.
Для потока идеальной жидкости это / (2g), для несжимаемой вязкой жидкости учитывается коэффициент Кориолиса, то есть / (2g) .
Уравнение Бернулли для идеальной жидкости
Уравнение Бернулли для идеальной жидкости – это выражение вида
z + = const.
Оно представляет закон сохранения и превращения энергии, как для потока, так и для струйки идеальной жидкости.
Полный гидродинамический напор
Полный гидродинамический напор есть не что иное, как полная механическая энергия жидких частиц, отнесенная к единице их веса.
Полный гидродинамический напор обозначается через Н и определяется в сечении потока идеальной жидкости как
В сечении потока несжимаемой вязкой жидкости:
Уравнение Бернулли для несжимаемой вязкой жидкости
Уравнение вида
выражающее закон сохранения и превращения энергии, называют уравнением Бернулли для несжимаемой вязкой жидкости.
Здесь – полная потеря напора между сечениями потока 1-1 и 2-2.
Эжекция
Под эжекцией понимают подсасывание и увлечение жидкости, которая окружает транзитную струю.
Транзитная струя образована рабочей жидкостью, движущейся с большей скоростью.
Сифон
Самотечная труба, часть которой расположена выше горизонта жидкости в резервуаре (или водоеме), питающем эту трубу.
Потеря напора на трение по длине
Потеря напора на трение по длине (путевая потеря напора) – это снижение полного гидродинамического напора в трубопроводе (русле), равномерно распределенное по длине потока и обусловленное работой сил внутреннего трения (сил вязкости).
Путевую потерю напора обозначают .
Местная потеря напора
Местная потеря напора (или потеря напора на местном сопротивлении) – снижение полного гидродинамического напора, наблюдаемое в отдельных местах потока, где поток претерпевает ту или другую резкую местную деформацию.
Каждую отдельную местную потерю напора обозначают hM .
Полная потеря напора
Обусловленное вязкостью снижение полного гидродинамического напора на определенном участке гидромагистрали, определяемое как сумма потерь напора на трение по длине и на всех местных сопротивлениях.
Полная потеря напора между сечения потока 1-1 и 2-2 обозначается
.
Эквивалентная шероховатость
Воображаемая равномерная шероховатость, которая обеспечивает те же путевые потери напора в трубопроводах, что и реальная неравномерная (техническая) шероховатость.
Эквивалентная шероховатость обозначается и имеет размерность длины. Она зависит от материала и способа изготовления труб, а также от продолжительности эксплуатации труб, в процессе которой могут возникнуть коррозия стенок или инкрустации (образование нароста на стенках).
Относительная эквивалентная шероховатость
Относительная эквивалентная шероховатость – это безразмерный параметр, определяемый как отношение эквивалентной шероховатости к внутреннему диаметру трубопровода : .
Гидравлический коэффициент трения
Гидравлический коэффициент трения (или коэффициент Дарси) – безразмерный коэффициент пропорциональности в формуле Дарси-Вейсбаха, зависящий в самом общем случае от относительной эквивалентной шероховатости и числа Рейнольдса.
Гидравлический коэффициент трения обозначается .
Область гидравлического сопротивления
Область соответствующего графика, отвечающая сочетанию параметров потока жидкости, при которых имеет место вполне определенная зависимость путевой потери напора от числа Рейнольдса и относительной эквивалентной шероховатости.
Коэффициент местного сопротивления
Коэффициент пропорциональности в формуле Вейсбаха, выражающей взаимосвязь между местной потерей напора и скоростным напором в трубопроводе.
Коэффициент местного сопротивления обозначается В общем случае он зависит от вида местного сопротивления и числа Рейнольдса потока жидкости.
Напорный трубопровод
Трубопровод, работающий полными сечениями при отсутствии свободной поверхности.
Простой трубопровод
Напорный трубопровод постоянного внутреннего диаметра, выполненный по длине из одного и того же материала без ответвлений.
Потребный напор
Разность удельной потенциальной энергии давления в начальном и конечном сечении трубопровода, необходимая для обеспечения заданного объемного расхода жидкости при принятых условиях ее напорного движения
( перепад уровней, длина, внутренний диаметр трубы и т.д.).
Потребный напор обозначается через Hп, тогда Hп = .
Кривая потребного напора
График зависимости потребного напора от объёмного расхода жидкости в трубопроводе.
Характеристика трубопровода
График зависимости полной потери напора от объемного расхода жидкости в трубопроводе.
Струя
Струёй называют поток жидкости, ограниченный со всех сторон газообразной или жидкой средой.
Гидравлический удар в трубах
Гидравлический удар – явление резкого изменения и последующего колебания давления в напорном трубопроводе при внезапном изменении скорости движения капельной жидкости, связанное с быстрым закрытием или открытием задвижки (крана, клапана и т.п.), быстрым остановом или пуском гидродвигателя (или насоса).
В указанных случаях при уменьшении или увеличении скорости движения жидкости давление перед запорным устройством резко увеличивается (положительный гидравлический удар) или уменьшается (отрицательный гидравлический удар).
Прямой и непрямой гидравлический удар
Гидравлический удар считается прямым, если закрытие задвижки происходит достаточно быстро: время закрытия задвижки меньше фазы гидравлического удара (tзакр.< Т). При непрямом гидравлическом ударе торможение жидкости происходит при менее быстром срабатывании запорного устройства (tзакр.> Т).
Фаза гидравлического удара
Время, в течение которого ударная волна проходит путь, равный двойной длине трубопровода.
Фаза гидравлического удара обозначается Т и выражается в секундах (с).
Кавитация
Кавитацией называется разрыв сплошного потока жидкости, то есть образование в ней паровых и газовых пузырьков в зонах понижения давления.
Насадка
Насадка (или насадок) – короткий патрубок, подсоединяемый к отверстию с целью изменения параметров истечения.
Подобные потоки жидкости
Подобными называют такие потоки жидкости, у которых каждая характеризующая их физическая величина находится для любых сходственных точек в одинаковом отношении.
3. ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ МАШИНЫ
Насос
Насосом называется гидравлическая машина, в которой механическая энергия привода преобразуется в механическую энергию потока перекачиваемой жидкости.
Гидродвигатель
Гидродвигатель (или гидромотор) – гидравлическая машина, в которой механическая энергия потока жидкости преобразуется в механическую работу выходного звена.
Объемный насос
Насос, работающий по принципу вытеснения жидкости из замкнутой полости.
Шестеренный насос
Это объемный насос с рабочими органами в виде шестерен, обеспечивающих геометрическое замыкание рабочей камеры и передачу крутящего момента.
Динамический насос
Насос, в котором жидкость перемещается под силовым воздействием на нее в камере, сообщающейся с входом и выходом.
Лопастной насос
Динамический насос, в котором жидкость перемещается путем обтекания лопастей.
Осевой насос
Лопастной насос, в котором жидкость перемещается через рабочее колесо в направлении его оси.
Центробежный насос
Центробежным называют лопастной насос, в котором жидкость перемещается через рабочее колесо по радиусу от центра к периферии.
Насос трения
Динамический насос, в котором жидкость перемещается под воздействием силы внутреннего трения.
Вихревой насос
Насос трения, в котором жидкость перемещается по периферии рабочего колеса в тангенциальном направлении.
Струйный насос
Насос трения, в котором жидкость перемещается внешним потоком жидкости.
Консольный насос
Насос, у которого рабочие органы расположены консольно на валу приводного двигателя.
Самовсасывающий насос
Насос, обеспечивающий самозаполнение подводящего трубопровода и рабочей камеры жидкостью.
Объемная подача насоса
Количество жидкости в единицах объема, перекачиваемой насосом в единицу времени, называют объемной подачей.
Объемная подача насоса обозначается н и выражается в метрах кубических в секунду (м3/с).
Напор насоса
Напор насоса – это приращение удельной полной механической энергии жидкости, проходящей через насос.
Напор насоса обозначается Нн и выражается в джоулях на ньютон (Дж/Н) или метрах (м).
Полезная мощность насоса
Полезная мощность насоса – это полная механическая энергия, воспринимаемая потоком перекачиваемой насосом жидкости в единицу времени.
Полезная мощность насоса обозначается Nп.н. и выражается в ваттах (Вт).
Полный коэффициент полезного действия насоса
Под полным коэффициентом полезного действия насоса понимают отношение полезной мощности насоса к мощности, потребляемой насосом.
Полный коэффициент полезного действия насоса обозначается ; по своей величине он всегда меньше единицы: . В теории насосов определяется как произведение гидравлического , объемного и механического коэффициентов полезного действия:
Мощность насоса
Мощность, потребляемая насосом.
Мощность насоса обозначается Nн , выражается в ваттах ( Вт).
Предельное давление насоса
Наибольшее давление на выходе из насоса, на которое рассчитана конструкция насоса.
Предельное давление насоса обозначается рпр и выражается в паскалях (Па).
Давление насоса
Давление насоса – это величина, определяемая зависимостью
рн = р2 – р1 + + g(z2 – z1),
где р2 и р1 – абсолютное давление на выходе и на входе в насос;
–средняя скорость;
–коэффициент Кориолиса;
– плотность перекачиваемой насосом жидкости;
– высота центра тяжести сечения потока на выходе из насоса и на входе в насос;
g – ускорение свободного падения.
Подпор
Разность высоты уровня жидкости в опорожняемой ёмкости и центра тяжести сечения потока на входе в насос.
Характеристика насоса
Графическая зависимость основного технического параметра (показателя) насоса от давления для объемных насосов и от объемной подачи для динамических насосов при постоянных значениях частоты вращения, коэффициентов вязкости и плотности жидкости.
Рабочая точка
Точка пересечения кривой потребного напора сети с действительной напорной характеристикой насоса на координатной плоскости напор – по- дача (расход) при условии работы насоса на сеть.
Рабочая часть характеристики насоса
Зона (область) характеристики насоса, в пределах которой рекомендуется его эксплуатация.
Номинальный режим насоса
Режим работы насоса, обеспечивающий заданные технические показатели.
Оптимальный режим насоса
Режим работы насоса при наибольшем численном значении коэффициента полезного действия.
4. Гидротехническое обеспечение обитаемости объектов
Водоснабжение
Под водоснабжением следует понимать обеспечение водой обитаемых объектов с целью удовлетворения питьевых, хозяйственных, технологических и противопожарных нужд.
Питьевая вода
Питьевая вода – вода, по своему качеству отвечающая требованиям, установленным для хозяйственных и питьевых целей, гарантирующих ее безопасность и безвредность для здоровья человека.
Система водоснабжения
Система водоснабжения – это совокупность технических устройств, предназначенных для обеспечения потребителей водой.
Схема водоснабжения
Схема водоснабжения – это техническая документация, поясняющая в виде условных изображений и обозначений реальное расположение и взаимосвязи между составляющими системы водоснабжения.
Источник водоснабжения
Источник водоснабжения (или водный объект) – это место естественного или искусственного скопления воды, используемой для водоснабжения.
Водоносный пласт
Водоносный пласт (или водоносный горизонт) – водопроницаемый пласт земной коры, насыщенный водой.
Грунтовая вода
Подземная вода первого от поверхности земли водоносного горизонта, расположенного над первым водоупорным слоем.
Межпластовые воды
Воды, находящиеся в водоносных пластах и залегающие между пластами водоупорных пород.
Артезианская вода
Артезианская вода – это напорная подземная вода, заключенная в удаленных от поверхности земли водоносных слоях между водонепроницаемыми пластами.
Водозабор
Отбор воды из источника питания (водоём, водосток, подземный источник) с целью использования ее для нужд водоснабжения, гидроэнергетики, ирригации.
Водозаборное сооружение
Гидротехническое сооружение для отбора воды из источника питания с целью использования ее для нужд водоснабжения, гидроэнергетики, ирригации.
Шахтный колодец
Шахтный колодец – водозаборное сооружение в виде вертикальной выработки с постоянной крепью из бетона, кирпича, камня.
Трубчатый колодец
Трубчатый колодец – водозаборное сооружение в виде буровой скважины, стенки которой закреплены водопроводными обсадными трубами.
Такие колодцы обычно используются, когда глубина залегания водоносного слоя свыше 20 метров.
Дебит колодца
Расход воды, поступающей из водоносного пласта в колодец.
Родник
Родник (или ключ) – естественный сосредоточенный выход подземной воды на поверхность земли.
Водовод
Водовод – гидротехническое сооружение в виде канала, тоннеля, лотка, трубопровода и т.п. для подачи воды к месту ее потребления.
Водонаборные башни и водонапорные резервуары
Водонапорная башня – гидротехническое сооружение в системе водоснабжения для регулирования напора и расхода воды в водопроводной сети, создания ее запаса и выравнивая работы насосных станций.
Водонапорный резервуар в отличие от водонапорной башни не имеет опорной конструкции (ствола), его обычно устанавливают на возвышенной отметке местности и в основном используют как регулирующую емкость; часто он служит для хранения пожарного и аварийного запасов воды.
Водопроводная сеть
Водопроводная сеть – совокупность водопроводных линий (трубопроводов) для подачи воды к местам потребления.
Поение животных
Поение животных – удовлетворение питьевой потребности животных
Потребность в воде зависит от вида, возраста, живой массы и продуктивности животных, а так же от сезона года, температуры помещения, состава рациона.
Норма водопотребления
Норма водопотребления (или удельное водопотребление) – назначаемое периодически уточняемое количество воды, необходимое для удовлетворения потребности в ней определенного водопотребителя и устанавливаемое для обеспечения рационального использования воды и научно обоснованного проектирования систем водоснабжения.
При проектных расчетах часто используют показатель суточной нормы водопотребления.
Суточная норма потребления
Суточная норма потребления воды (или суточное удельное водопотребление) – это назначаемое количество воды, необходимое для удовлетворения суточных потребностей в ней определенного водопотребителя.
Суточная норма водопотребления обозначается через q и выражается, например, для одного с/х животного в литрах в сутки на голову (л/(сут гол)).
Среднесуточный расход воды
Среднесуточный расход воды – воображаемый суточный объемный расход воды на том или ином объекте.
Среднесуточный расход можно оценить по формуле
,
где – суточная нома водопотребления для i-ой группы водопотребителей;
– число водопотребителей в i-ой группе;
n – число групп водопотребителей.
Максимальный суточный расход воды
Максимальный суточный расход воды – это объемный расход воды на объекте в сутки наибольшего водопотребления.
Максимальный суточный расход воды обозначается через Qсут.max и имеет единицу измерения метр кубический в сутки (м3/сут).
Минимальный суточный расход воды
Минимальный суточный расход воды – это объемный расход воды на объекте в сутки наименьшего потребления.
Минимальный суточный расход воды обозначается через Qсут.min и выражается в метрах кубических в сутки (м3/сут).
Расчетные суточные расходы воды
Расчетные суточные расходы воды – это объемные расходы воды на объекте в сутки наименьшего и наибольшего водопотребления.
Расчетные суточные расходы воды вычисляются по формулам:
и ,
где – коэффициенты суточной неравномерности водо- потребления.
Режим водопотребления
Режим водопотребления – это изменение объемного расхода воды на объекте по часам суток максимального водопотребления.
Средний часовой расход в сутки максимального
водопотребления
Средний часовой расход в сутки максимального водопотребления – это расчетный объемный расход воды, который вычисляется по формуле:
.
В системах сельскохозяйственного водоснабжение на средний часовой расход воды Qч.ср рассчитывают водозаборы, насосные станции первого подъема, сооружения для очистки воды и водоводы.
Максимальный часовой расход воды
Максимальный часовой расход воды – расчетный объемный расход воды на объекте, вычисляемый по формуле:
,
где – коэффициент часовой неравномености водопотребления.
В системах сельскохозяйственного водоснабжения на максимальный часовой расход воды рассчитывают водонапорные башни и водопроводные сети.
Свободный напор
Свободный напор (или свободный набор в точке водовода, водопроводной сети) – это высота столба воды в открытом пьезометре, который
мысленно подсоединён к данной точке.
Свободный набор обозначается H, имеет единицу измерения м и вычисляется по формуле:
Н ,
где – избыточное давление в рассматриваемой точке;
– удельный вес воды.
Диктующая точка
Диктующая точка – это точка водопроводной сети, в которой свободный напор в час максимального водопотребления будет наименьшим.
Диктующая точка наиболее удалена как от водонапорной башни, как и от условной плоскости сравнения. Если в ней будет создан необходимый свободный напор, то во всех других точках сети он будет больше.
Водоподготовка
Водоподготовка – технологические процессы обработки воды для приведения ее качества в соответствие с требованиями потребителей воды.
Осветление воды
Водоподготовка с целью удаления из воды взвешенных и коллоидных частиц веществ.
Опреснение воды
Водоподготовка с целью обессоливания воды до концентрации, установленной для питьевых целей.
Умягчение воды
Водоподготовка с целью снижения жесткости воды.
Дегазация воды
Дегазация воды – это удаление из воды растворенных газов.
Канализация
Канализация – составная часть системы водоснабжения и водоотведения, предназначенная для удаления твердых и жидких продуктов жизнедеятельности человека, хозяйственно-бытовых и дождевых сточных вод с целью их очистки в дальнейшем.
Осушение земель
Осушение земель – это устранение избытка воды из почвы.
Орошение земель
Орошение земель – это искусственное увлажнение почвы для повышения ее плодородия.
Оросительная система
Оросительная система – это система гидротехнических сооружении для орошения земель
Часть II. Теплотехника
Т е п л о т е х н и к о й называют научную дисциплину и отрасль техники, охватывающие методы и способы преобразования различных видов энергии в теплоту, ее транспортирование и использование при помощи тепловых машин, аппаратов и установок.
1. Термодинамика
Термодинамика – это наука о наиболее общих свойствах макроскопи- ческих физических систем, находящихся в состоянии термодинамическо -
го равновесия, и о процессах перехода между этими состояниями.
Термодинамика, являясь разделом теоретической физики, представляет собой одну из самых обширных областей современного естествознания – науку о превращениях различных видов энергии друг в друга.
Теоретической основой теплотехники является техническая термодинамика. Техническая термодинамика рассматривает закономерности взаимопреобразования теплоты и работы; устанавливает взаимосвязь между тепловыми и механическими процессами, которые совершаются в тепловых и холодильных машинах; изучает процессы, происходящие в газах и парах, а также свойства этих тел при различных физических условиях.
Термодинамическая система
Материальное тело либо совокупность материальных тел, выделенных в пространстве в качестве объекта исследования термодинамическим
методом, называется термодинамической системой.
Термодинамическая система предполагает возможным энергообмен между телами внутри системы, а так же обмен веществом и энергией с окружающей средой.
По роли отдельных тел, входящих в термодинамическую систему, их делят на рабочие тела (РТ), источники теплоты (ИТ) и объекты работы (ОР).
Закрытая термодинамическая система
Термодинамическую систему, которая не обменивается с окружающей средой веществом, называют закрытой.
Энергоизолированная термодинамическая система
Энергоизолированной называют закрытую термодинамическую систему, которая не обменивается с окружающей средой никакими видами энергии.
Адиабатная термодинамическая система
Адиабатной называют закрытую термодинамическую систему, у которой отсутствует теплообмен с окружающей средой.
Состояние системы
В термодинамическую систему могут входить вещества, находящиеся в твердом, жидком. газообразном и ионизированном (плазменном) с о с т о- я н и я х. Состояние системы описывается совокупностью физических величин, именуемых п а р а м е т р а м и с о с т о я н и я.
Термодинамические параметры состояния
К термодинамическим относят те параметры состояния, которые могут быть определены путем измерений (например, давление, температура, масса, объем).
Калорические параметры
Калорические параметры также описывают состояние системы, но их значения определяются только расчетным путем (например, энтальпия, энтропия и др.).
Особенностью калорических параметров является то, что их изменение зависит только от начальных и конечных состояний системы. По этой причине калорические параметры состояния еще называют ф у н к ц и я м и
с о с т о я н и я.
Внутренняя энергия термодинамической системы
Под внутренней энергией понимают калорический параметр, харак-
теризующий совокупность энергии теплового движения микрочастиц сис- темы.
Внутреннюю энергию обозначают U и выражают в джоулях (Дж).
Энтальпия термодинамической системы
Калорический параметр термодинамической системы, равный сумме
внутренней энергии и потенциальной энергии давления, называется энтальпией.
Энтальпия обозначается I. Согласно определению: I = U + pV. За единицу энтальпии принят джоуль (Дж).
Энтропия
Энтропия есть калорический параметр состояния термодинамической системы (функция состояния), характеризующий направление проте-
кания процесса теплообмена между системой и внешней средой.
Энтропию обозначают S, выражают в джоулях на кельвин (Дж/К).
Теплота
Под теплотой понимают количество энергии, которой термодинами-
ческая система обменивается с окружающей средой микроскопическим путем (теплообменом).
Теплоту обозначают Q. За единицу теплоты принят джоуль (Дж). В термодинамике подводимую теплоту от среды к системе принято считать положительной, отводимую – отрицательной.
Работа
Под работой понимают количество энергии, которой термодинами-
ческая система обменивается с окружающей средой в результате макроскопического упорядоченного направленного движения.
Работа обозначается L. За единицу работы принят джоуль (Дж). Энергия в форме работы, передаваемая от системы к среде принимается положительной, от среды к системе – отрицательной.
Равновесное состояние системы
Равновесное состояние термодинамической системы характеризуется
неизменностью ее параметров во времени при отсутствии воздействия внешней среды.
В термодинамике постулируется, что изолированная система с течением времени всегда приходит в состояние термодинамического равновесия и никогда самопроизвольно выйти из него не может.
Термодинамический процесс
Процесс перехода системы из одного равновесного состояния в другое равновесное состояние называют термодинамическим процессом.
Равновесный термодинамический процесс
Равновесным считают процесс, при котором в каждый момент времени во всех точках системы одноименные параметры имеют одинаковые значения.
Обратимый термодинамический процесс
Обратимым процессом называют такой термодинамический процесс, который протекает через одни и те же равновесные состояния в прямом и обратном направлениях.
Работа расширения термодинамического процесса
Работа расширения – это часть энергии рабочего тела, затраченной на совершение процесса по увеличению объема РТ.
Приведенную работу расширения обозначают lрас . Для термодинамического процесса 1 – 2 ее определяют, используя выражение
Работа техническая термодинамического процесса
Работа техническая или полезная – это работа расширения в термодинамическом процессе без энергии, затраченной на преодоления поля сил давления окружающей среды.
Обозначают приведенную техническую работу l тех и вычисляют
Первый закон термодинамики
Первый закон термодинамики – это не что иное, как закон сохранения и превращения энергии: энергия не возникает из ничего и не исчезает, а переходит из одного вида в другой.
Применительно к процессам, протекающим в термодинамических системах, его формулировка следующая: полная энергия изолированной термодинамической системы при любых происходящих в системе процессах остается неизменной.
Для системы, находящейся в энергетическом взаимодействии с окружающей средой, изменение энергии возможно путем двух форм энергообмена – теплоты и работы, то есть:
Второй закон термодинамики
В общем случае второй закон термодинамики обобщает особенности теплоты, проявляющиеся при ее передаче и преобразовании.
Эквивалентные формулировки второго закона термодинамики:
«Энергия в форме теплоты самопроизвольно переходит от теплых тел к холодным; для обратного перехода надо затратить работу (Р.Клаузиус, 1850 г.).
«В периодически действующем двигателе невозможно всю подведенную теплоту без компенсации превратить в работу» (В.Томсон, 1851 г.).
«Все естественные процессы являются переходом от менее вероятных к более вероятным состояниям» (Л.Больцман, 1870 – 1876 г.г.).
Математической записью второго закона термодинамики является выражение:
dS ,
здесь знак равенства относится к обратимым процессам, а неравенства – к необратимым.
Эксергия
В термодинамике максимально возможную техническую работу
системы называют эксергией.
Обозначают эксергию системы Ex. За единицу эксергию в СИ принят джоуль (Дж). Ее приведенное значение (ex = Еx/m) имеет единицу измерения Дж/кг.
Цикл
Циклом или круговым процессом называют совокупность термодинамических процессов, в результате осуществления которых рабочее тело возвращается в свое первоначальное состояние.
Рабочее тело
Рабочим телом термодинамической системы называют материальное тело, посредством которого в термодинамическом процессе осуществляется преобразование теплоты в работу или работы в теплоту.
Рабочими телами, как правило, являются газообразные вещества – газы и пары, которые способны значительно изменять свой объем при изменении внешних условий.
Термический КПД
Под термическим КПД понимают отношение теплоты, преобразо-
ванной в полезную работу цикла, ко всей подведенной теплоте.
Обозначают η t и вычисляют с помощью выражения η t = .
Удельная газовая постоянная
Удельная газовая постоянная – физическая величина, равная отношению произведения давления на удельный объем газа к абсолютной температуре.
Обозначают удельную газовую постоянную R , единица измерения джоуль на килограмм-кельвин (Дж/(кг Из определения: R =. При известной молярной массе газа R = .
Универсальная газовая постоянная
Газовую постоянную одного моля газа называют универсальной, так как для любого газа при одинаковых состояниях ее числовое значение одно и то же.
Универсальная газовая постоянная обозначается и имеет единицу измерения джоуль на моль-кельвин (Дж/(мольК)). Числовое значение
= 8314 Дж/(мольК).
Политропный процесс
Обратимый процесс перехода рабочего тела из начального равновесного состояния в конечное равновесное состояние при условии неизменной теплоемкости называют политропным процессом.
Удельную массовую теплоемкость политропного процесса обознача-ют cn . Характер изменения состояния рабочего тела определяется численным значением c n , которое может быть .
Уравнение политропного процесса имеет вид:
p v n = const.
Показатель степени у удельного объема n называют показателем политропы. Его можно определить, используя выражения
Изобарный процесс
Термодинамический процесс, в котором давление не изменяется, называют изобарным.
В изобарном процессе сn = cp.. Для этого процесса показатель политропы n = 0.
Изохорный процесс
Термодинамический процесс, в котором удельный объем не изменяется, называют изохорным.
В изохорном процессе сn = cv . Этот процесс протекает при n =.
Изотермический процесс
Термодинамический процесс, в котором температура не изменяется, называют изотермическим.
В изотермическом процессе сn = cT = . В изотермическом процессе показатель политропы n = 1.
Адиабатный процесс
Термодинамический процесс, который протекает без теплообмена с окружающей средой, называют адиабатным.
В адиабатном процессе сn = cq =, тогда показатель политропы n = к. Здесь через к обозначено отношение теплоемкости при постоянном давлении к теплоемкости при постоянном объеме, то есть к = . Это отношение в термодинамике называют показателем адиабаты.
Уравнение адиабаты имеет вид:
p v к = const.
Влажный воздух
Смесь сухого воздуха с водяным паром называют влажным воздухом.
Абсолютная влажность
Под абсолютной влажностью понимают массу водяного пара находящуюся в одном метре кубическом влажного воздуха.
Из определения следует, что абсолютная влажность – это плотность пара во влажном воздухе, т.е. = Единица измерения абсолютной влажности килограмм на метр кубический (кг/м3).
Относительная влажность
Отношение действительного значения абсолютной влажности к максимально возможному ее значению при той же температуре называется
относительной влажностью.
Обозначают относительную влажность : или = .
Влагосодержание
Массу водяного пара, приходящуюся на 1 кг сухого воздуха, называют
влагосодержанием.
Обозначают влагосодержание через d, измеряют в г/кг. Из определе-
ния следует: d =
Степень сухости
Массовая доля сухого пара во влажном называется степенью сухости.
Обозначают степень сухости через x и вычисляют как x = mc /m,
где mc – масса сухого пара; m – масса влажного пара.
Дросселирование
Дросселированием называют процесс понижения давления в газовом
потоке при преодолении местного сопротивления (примеры местных сопротивлений: кран, клапан, задвижка, капиллярная трубка).
Дроссельный эффект
Отношение бесконечно малого изменения температуры к бесконечно малому изменению давления при дросселировании называется дроссельным
эффектом.
Это отношение обозначают , тогда =
Опыты Джоуля и Томсона показали, что для реального газа может менять знак: быть меньше нуля, равным нулю либо больше нулю.
Температура инверсии
Изменение знака дроссельного эффекта именуют инверсией, а температура, при которой = 0, называется температурой инверсии. Ее обозначают Tинв .
Тепловая машина Карно
Экзотическая тепловая машина, имеющая максимально возможное значение термического КПД за счет того, что в ней подвод и отвод теплоты осуществляется при изотермическом процессе, а сжатие и расширение рабочего тела происходит в адиабатном процессе.
Тепловой двигатель
Тепловой двигатель – это машина, в которой для получения механической работы используется теплота.
Двигатель внутреннего сгорания
Тепловой двигатель, в котором химическая энергия топлива преобразуется в теплоту внутри расширительной машины, называют двигателем внутреннего сгорания (ДВС).
Изохорный ДВС
Изохорным называют тот ДВС, в котором сгорание топлива происходит при постоянном объеме, а для совершения работы используется поршневая машина.
Изобарный ДВС
Изобарным называют тот ДВС, в котором сгорание топлива происходит при постоянном давлении, а для совершения работы используется поршневая машина.
Газотурбинный двигатель
Газотурбинный двигатель относится к ДВС, в котором сгорание топлива осуществляется, в большинстве случаев, в изобарном процессе, а в качестве расширительной машины используется газовая турбина.
Турбореактивный двигатель
Турбореактивный двигатель относится к ДВС, в котором сгорание
топлива осуществляется в изобарном процессе, а в качестве расширительной машины используется газовая турбина и реактивное сопло.
Степень сжатия
Под степенью сжатия в поршневых ДВС понимают отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания.
Обозначают степень сжатия .
Степень повышения давления
Отношение давления конечного к начальному в процессе сжатия отдельно в ступени (либо в компрессоре целом) называют степенью повышения давления, обозначают ст ,то есть ст= ркон./рнач .
Объемная подача компрессора
Под объемной подачей понимают количество кубических метров газа, выходящего из компрессора в единицу времени и приведенного к давлению и температуре на входе в компрессор. Обозначают подачу компрессора, и выражают в м3/с .
Холодильная машина
Машина, осуществляющая искусственное охлаждение с помощью под-
водимой энергии, называется холодильной машиной.
Хладагент
Хладагент – рабочее тело холодильной машины.
Холодильный эффект
Холодильный эффект – это количество теплоты (q2), отводимое от
охлаждаемого объекта одним килограммом хладагента.
Холодильная мощность
Количество теплоты, отводимое от охлаждаемого объекта в единицу времени, называют холодильной мощностью. Обозначают холодильную мощность Nx , выражают в ваттах (Вт).
Для определения Nx используют выражение:
Nx = q2 ,
где q2 – холодильный эффект;
– секундный массовый расход хладагента.
Холодильный коэффициент
Холодильный коэффициент устанавливает энергетическую эффективность холодильных установок и численно равен отношению количества теплоты, отведенного от охлаждаемого тела, к количеству затраченной на охлаждение энергии.
Обозначают холодильный коэффициент , из определения = .
2. Теория теплообмена
Теплообмен
Теплообмен –это самопроизвольный необратимый процесс переноса теплоты в пространстве с неоднородным полем температуры.
Температурное поле
Температурным полем называют совокупность значений температуры во всех точках рассматриваемого пространства в некоторый фиксированный момент времени.
Температурный градиент
Градиент температуры есть вектор, направленный по нормали к изотермической поверхности в сторону увеличения температуры и численно равный частотной производной от температуры по нормали к поверх-
ности:
Тепловой поток
Количество теплоты, проходящее в единицу времени через изотерми-
ческую поверхность, называют тепловым потоком.
Тепловой поток обозначают , единица измерения ватт (Вт).
Плотность теплового потока
Тепловой поток, отнесенный к единице площади поверхности, называют плотностью теплового потока.
Обозначают плотность теплового потока , выражают в ваттах на метр квадратный (Вт/м2). Из определения:
Теплопроводность
Теплообмен посредством теплового движения микроструктурных частиц вещества (молекул, атомов, электронов, ионов) в той или иной среде называют теплопроводностью.
Закон теплопроводности
Тепловой поток, проходящий через элемент изотермической поверх-
ности dF , пропорционален grad T:
= qrad T dF .
Так как направления теплового потока и градиента температуры противоположны, в выражении за знаком равенства проставлен минус. Величина коэффициента пропорциональности , названа коэффициентом теплопроводности.
Коэффициент теплопроводности
Коэффициент теплопроводности – величина, характеризующая теплопроводящие свойства материала. Обозначение , c единицей измерения ватт на метр-кельвин (Вт/(м К)).
Числовое значение коэффициента теплопроводности определяет коли-
чество теплоты, проходящей через единицу изотермической поверхности в единицу времени, при условии, что grad T = 1.
Дифференциальное уравнение теплопроводности
Дифференциальным уравнением теплопроводности для трехмер-
ного нестационарного температурного поля называют уравнение вида:
где Т – температура;
– время;
а – коэффициент температуропроводности;
x, y, z – координаты.
Данное уравнение в общем виде устанавливает связь между временными и пространственными изменениями температуры в любой точке тела.
Коэффициент температуропроводности
Коэффициент температуропроводности – величина, характеризующая скорость распространения изотермических поверхностей в нестационарных тепловых процессах.
Обозначают коэффициент температуропроводности a и выражают в метрах квадратных в секунду (м2/с).
Для вычисления величины коэффициента температуропроводности используется выражение а =
Конвекция
Под конвекцией (от лат. conviction – перемещение, доставка) понимают теплообмен, осуществляемый макроскопическими элементами жидкой или газообразной среды при их перемещении.
Конвективный теплообмен
Перенос теплоты в теплоносителе конвекцией и теплопроводностью именуют конвективным теплообменом.
Теплоотдача
Конвективный теплообмен между теплоносителем и поверхностью обтекаемого им тела называют теплоотдачей.
Основной закон теплоотдачи
Плотность теплового потока пропорциональна температурному напору:
= ,
где коэффициент пропорцианальности, именуемый коэффициентом
теплоотдачи;
температурный напор, равный разности температур теплоно- сителя и поверхности.
Коэффициент теплоотдачи
Коэффициент теплоотдачи характеризует интенсивность конвективного теплообмена на границе теплоноситель – стенка.
Обозначают коэффициент теплоотдачи и выражают в ваттах на метр квадратный-кельвин (Вт/(м2·К)). Численно коэффициент теплоотдачи равен тепловому потоку, приходящемуся на единицу поверхности в единицу времени при температурном напоре, равном единице.
Дифференциальное уравнение теплоотдачи
Дифференциальным уравнением теплоотдачи называют выражение
вида:
Теория теплового подобия
Теория теплового подобия – это система понятий и правил, обеспечивающих возможность переноса результатов экспериментов по определению коэффициентов теплоотдачи с одних объектов на другие.
Теория теплового подобия позволяет, не интегрируя описывающие теплоотдачу дифференциальные уравнения, получить из них критерии подобия и, используя экспериментальные данные, установить критериальные зависимости для определения во всех подобных эксперименту процессах теплоотдачи.
Критерии теплового подобия
Под критериями теплового подобия понимают безразмерные комплексы, составленных из определенных комбинаций величин, описывающих тот или иной процесс теплоотдачи.
В большинстве задач по определению коэффициента теплоотдачи используются следующие критерии теплового подобия:
Критерий Нуссельта, Nu = ,
где α – коэффициент теплоотдачи,
l – характерный геометрический размер;
λ – коэффициент теплопроводности.
Критерий Нуссельта характеризует теплообмен на границе стенка – теплоноситель и устанавливает численное отношение между интенсивностью теплоотдачи и тепловой проводимостью (λ / l) теплоносителя.
Критерий Рейнольдса, Re = ,
где c – скорость теплоносителя;
l – характерный геометрический размер;
ν – коэффициент кинематической вязкости.
Критерий Рейнольдса характеризует режим течения теплоносителя и устанавливает соотношение между силами инерции и силами вязкости.
Критерий Прандтля, Pr = ,
где ν – коэффициент кинематической вязкости;
a – коэффициент температуропроводности.
Критерий Прандтля характеризует физические свойства жидкости, является мерой подобия температурных и скоростных полей в потоке теплоносителя.
Критерий Грасгофа, Gr = ,
где g – ускорение земного притяжения;
β – коэффициент объемного расширения теплоносителя;
∆T – разность температур между теплоносителем и стенкой;
l – характерный геометрический размер;
ν – коэффициент кинематической вязкости.
Критерий Грасгофа характеризует кинематическое подобие при свободном движении теплоносителя и устанавливает соотношение подъемной силы, возникающей вследствие разности плотностей жидкости и силы молекулярного трения.
В ряд критериев подобия входит характерный геометрический размер. В качестве характерного выбирают тот геометрический размер, который
определяет развитие процесса течения теплоносителя около омываемой им поверхности. Этот размер называют определяющим.
Для труб круглого сечения таким определяющим размером является внутренний диаметр трубы. Для каналов некруглого сечения в качестве определяющего размера выбирается эквивалентный диаметр, который вычисляется по формуле: d экв = ,
где F – площадь поперечного сечения канала;
П – смоченный периметр нормального сечения канала.
Критериальное уравнение
Критериальным называют уравнение, которое зависимость между величинами, описывающими конвективный теплообмен в дифференциальной или другой форме, представляет зависимостью между критериями подобия.
Тепловое излучение
Тепловое излучение – это процесс распространения части внутренней энергии излучающего тела посредством электромагнитных волн определенной длины со скоростью 299790 км/c.
Практическое применение в теплоэнергетике имеет тепловое (инфракрасное) излучение в диапазоне длины волны λ = (0,8·10-6 … 0,8·10-3) м.
Лучистый теплообмен
Перенос энергии между телами системы (или системами) тепловым излучением называют лучистым теплообменом.
Полный лучистый поток
Энергия, излучаемая во всем диапазоне теплового спектра всей поверхностью тела в единицу времени, называется полным (или интегральным) лучистым потоком.
Полный лучистый поток обозначается Ф, за единицу измерения принят ватт (Вт).
Излучательная способность
Полный лучистый поток, испускаемый с единицы поверхности, носит название излучательной способности тела, которую обозначают E и выражают в ваттах на метр квадратный (Вт/м2).
Интенсивность излучения
Отношение излучательной способности тела в бесконечно малом интервале длин волн к величине этого интервала носит название интенсив-
ности излучения.
Интенсивность излучения обозначается , за единицу измерения принят ватт на метр кубический (Вт/м3). Из определения следует:
Закон Планка
Согласно закону Планка, спектральная интенсивность излучения абсолютно черного тела I0λ является функцией абсолютной температуры T и
длины волны излучения λ.
Планк теоретически, исходя из квантовой природы лучистой энергии, установил следующую закономерность:
где c1 – первая постоянная Планка, c1 = 3,74 1016, Вт·м2 ;
c2 – вторая постоянная Планка, c2 = 1,44 102, м К ;
λ – длина волны;
T – температура ;
e – основание натуральных логарифмов.
Закон Стефана-Больцмана
Излучательная способность абсолютно черного тела пропорциональна абсолютной температуре в четвертой степени.
И.Стефан и Л. Больцман установили закономерность:
= c0 ,
где Е0 – излучательная способность абсолютно черного тела;
с0 – постоянная Стефана-Больцмана, с0 = 5,67 Вт/(м2 К4);
Т – температура излучаемого тела.
Степень черноты
Степень черноты – это характеристика излучающего тела, равная отношению его излучательной способности к излучательной способности абсолютно черного тела при той же температуре, то есть ε = E/E0 .
Теплопередача
Под теплопередачей понимают процесс переноса теплоты от одно-
го теплоносителя к другому через разделяющую их стенку.
Коэффициент теплопередачи
Коэффициент теплопередачи характеризует интенсивность переноса теплоты от одного теплоносителя к другому.
Его обозначают к , за единицу измерения принят ватт на метр квадратный-кельвин (Вт/(м2 Численно коэффициент теплопередачи равен количеству теплоты, переданному от одного теплоносителя к другому через единицу разделяющей их поверхности в единицу времени при разности температур теплоносителей в один градус.
Вычисляется коэффициент теплопередачи по выражению
к = .
3. Теплотехническое обеспечение обитаемости объектов
Источник энергии
Под источником энергии следует понимать материальное тело (или тела), доля энергетического потенциала которого может быть передана другим объектам.
Топливо
Топливом, строго говоря, следует называть вещество или совокупность веществ, энергия связи микрочастиц которого поддается освобождению.
Горючее
Химический элемент (либо химическое соединение), подвергающийся окислению (теряет электроны) в процессе сгорания.
Окислитель
Химический элемент (либо химическое соединение), подвергающийся восстановлению (присоединяет электроны) в процессе сгорания.
Химическое топливо
Совокупность горючего и окислителя называют химическим топ-
ливом, а его составляющие – компонентам химического топлива.
Массовый стехиометрический коэффициент
Под массовым стехиометрическим коэффициентом понимают наименьшее теоретически необходимое количество килограммов окислителя, потребное для полного окисления одного килограмма горючего.
Обозначают массовый стехиометрический коэффициент К0 и выражают в , где (ок - окислитель, г - горючее).
Действительное соотношение компонентов топлива
Подаваемое количество килограммов окислителя на один килограмм горючего называют действительным соотношением компонентов.
Обозначают К, тогда К = mок/ mг.
Коэффициент избытка окислителя
Отношение действительного соотношения компонентов топлива к стехиометрическому называют коэффициентом избытка окислителя.
Его обозначают , из определения: .
Горение топлива
Под горением понимают быстропротекающую химическую реакцию компонентов топлива, сопровождающуюся выделением значительного количества теплоты и обычно ярким свечением продуктов сгорания.
Пламя
Пламенем принято называть ту зону газового объема, в котором протекают процесс горения.
Фронт пламени
Поверхность, отделяющая горящую зону от невоспламененной
топливной смеси, называется фронтом пламени.
Скорость горения
Под скоростью горения топлива понимают скорость распространения фронта пламени по нормали к его поверхности.
Скорость горения обозначают uн и выражают в метрах в секунду (м/с) .
Высшая теплота сгорания топлива
Количество теплоты, выделившееся при сгорании 1 кг топлива при условии конденсации водяных паров из продуктов сгорания, называют высшей теплотой сгорания топлива.
Высшую теплоту сгорания обозначают Qв и выражают в джоулях на килограмм (Дж/кг).
Если водяные пары (несконденсированные) удаляются с продуктами сгорания, то количество выделившееся теплоты будет меньше. Эту теплоту называют низшей теплотой сгорания и обозначают Qн с единицей Дж/кг.
Тепловая мощность
Теплоту, выделяемую теплогенератором в единицу времени, называют тепловой мощностью.
Тепловую мощность обозначают Nτ и выражают в ваттах (Вт).
Коэффициент полезного действия теплогенератора
Отношение теплоты, выделенной теплогенератором для полезного использования, ко всей затраченной энергии называют коэффициентом полезного действия теплогенератора (КПД брутто),
ηтг = Qпол / Qт .
Система теплоснабжения
Система теплоснабжения – это комплекс технических устройств, обеспечивающих энергией в форме теплоты объекты обитания.
Тепловая сеть
Тепловая сеть – это совокупность трубопроводов и устройств, обеспе-
чивающих посредством теплоносителя (горячей воды или пара) транспортировку теплоты от источника теплоснабжения к потребителям.
Тепловой пункт
Тепловой пункт – это комплекс устройств, расположенных в обособленном помещении, состоящих из теплообменных аппаратов и элементов теплотехнического оборудования.
Отопление
Отопление – искусственный обогрев объектов обитания с целью возмещения в них тепловых потерь и поддержания на заданном уровне температуры, отвечающей комфортному значению для человека или других живых организмов.
Часовая тепловая нагрузка
Часовая тепловая нагрузка – это количество теплоты, используемое для отопления объекта в течение часа.
Обозначают часовую тепловую нагрузку Qч.н. и выражают в кДж/ч .
Система горячее водоснабжения
Система горячее водоснабжение (ГВС) – это совокупность устройств, обеспечивающих нагрев воды, распределение по водоразборным приборам и учет ее расхода.
Вентиляция
Вентиляция (от латинского «ventilation» –проветривание) – это регулируемый воздухообмен.
Кратность воздухообмена
Под кратностью воздухообмена понимают отношение подачи свежего воздуха к объему помещения.
Обозначают кратность воздухообмена через Кр и выражают в 1/ч.
Из определения
Система кондиционирования
Система кондиционирования воздуха (СКВ) – это комплекс технических устройств, предназначенных для обработки, перемещения, автоматического регулирования его параметров, дистанционного контроля и управления при распределении воздуха по объектам обитания.
ЧАСТЬ III. ГАЗОВАЯ ДИНАМИКА
Г а з о в а я д и н а м и к а – раздел гидрогазодинамики, изучающий закономерности движения газа с учетом его сжимаемости.
Адиабатное течение
Течение, в котором отсутствует теплообмен между частицами газа, а также между газом и окружающими его поверхностями.
Изоэнтропное течение
Течение газа с постоянной энтропией на всем его протяжении.
Местные параметры
Местными параметрами называют параметры газового потока (абсолютное давление p, температура Т, плотность , удельная энтальпия i, скорость потока ) в том или ином его сечении, а в более общем случае – в той или иной его точке.
Скорость звука
Скорость распространения в среде упругих волн слабой интенсивности именуют скоростью звука.
Обозначают скорость звука а, выражают в м/с.
Дозвуковая скорость
Скорость газа, которая по величине меньше местной скорости звука, называется дозвуковой, .
Сверхзвуковая скорость
Скорость газа, превышающая местную скорость звука, называется сверхзвуковой,
Число Маха
Отношение местной скорости движения газа к скорости звука в том же сечении (в точке) потока называют числом Маха.
Обозначается через М. Из определения: М = .
Уравнение расхода для сжимаемого газа
Уравнение расхода для сжимаемого газа записывается в виде:
,
где – массовый расход газа через канал;
F – площадь сечения канала;
– плотность газа;
– средняя скорость в сечении канала.
Данное уравнение выражает закон сохранения массы вещества для ус-
тановившегося одномерного течения сжимаемого газа в канале с непроницаемыми стенками.
Уравнение обращения воздействия
Уравнение обращения воздействия на газовый поток (уравнение А.Вулиса) записывается в виде:
В правой части этого уравнения каждое слагаемое выражает конкрет-
ное воздействие на скорость движения газа в канале: – геометрическое;
– массовое; dq – тепловое; dlтех – механическое воздействие.
Характер каждого воздействия на скорость потока при дозвуковом движении газа один, а при сверхзвуковом – противоположен.
Сопла и диффузоры
Каналы, в которых газовый поток увеличивает свою скорость, называются соплами. Каналы, в которых скорость газового потока уменьшается, именуют диффузорами.
Критическое сечение канала
Сечение канала, в котором скорость газового потока равна местной скорости звука называют критическим сечением.
Критические параметры потока газа
Параметры газа в критическом сечении именуют критическими и обозначают подстрочным индексом «кр», например, ркр , Ткр ,кр , iкр .
Параметры торможения
Параметрами торможения называются такие параметры газового потока, которые имел бы газ при его адиабатном торможении от заданной скорости до нуля.
Обозначается параметры торможения подстрочным индексом «0», то есть.
Расход газа через критическое сечение
Секундный массовый расход газа через критическое сечение канала расчитываеся по формуле
Скорость газа в канале
Скорость движения газа в i-том сечении канала при известном давлении рi в нем вычисляется по формуле
Максимальная скорость
Скорость газового потока, соответствующая полному преобразованию энтальпии в кинетическую энергию.
Максимальную скорость определяют, используя формулу:
Коэффициент скорости
Отношение скорости газа к критической скорости звука.
Коэффициент скорости обозначается Согласно определению
.
Уравнение Бернулли для сжимаемого газа
Уравнение Бернулли для сжимаемого газа, выражающее закон сохранения энергии для одномерного установившегося энергоизолированного потока, записывается в виде:
– скорость;
кинетическая энергия единицы массы газа;
u – внутренняя энергия единицы массы газа;
p – абсолютное давление;
– плотность газа;
– потенциальная энергия давления единицы массы газа.
Библиографический список
1. Алексеев Г.Н. Общая теплотехника. Г. Н. Алексеев. – М.: Высш. шк., 1980. – 552 с.: ил.
2. ГОСТ 30813 – 2002 (« Вода и водоподготовка. Термины и определения»).
3. Кудинов В.А. , Карташов Э.М. Гидравлика. – М.: Высшая школа, 2008. –199с.
4. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. – М.: Дрофа, 2003. – 803 с.
5. Сайт: WWW.rostplo.ru/sprav/953/ .
6. Справочник (Теплоэнергетика и теплотехника; Кн. 4) Под общей ред. Клименко А.В. и Зорина В.М. М.: Издательство МЭИ, 2004– 564 с.
7. Стоцкий Л.Р. Физические величины и их единицы. Справочник.
Л.Р. Стоцкий. – М.: «Просвещение»,1984 – 240 с.
9. Термодинамика. Сборник определений. /Под ред. И.И Новикова. – М.: «Наука», 1984. – 40 с.
10. Термодинамические и теплофизические свойства продуктов сгорания. Справочник. / В.Е Алемасов, [и др.]; под ред. Академика В.П. Глушко. Т.3. М.: АН СССР, 1973. – 623 с.