Сделай Сам Свою Работу на 5

Общая постановка задач в прикладной гидрогазодинамике





ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ГАЗОГИДРОМЕХАНИКА, ТЕПЛОМАССООБМЕН И КОМПЬЮТЕРНЫЙ ИНЖИНИРИНГ

 

Конспект лекций для студентов направления 16.04.03 «Холодильная, криогенная техника и системы жизнеобеспечения», профиль «Холодильные и криогенные агенты в технике и технологии пищевых производств»

 

Краснодар 2015

 

Составитель: к.т.н., доц. каф. ТОиСЖ Орлов Б.Ю.

 

 

Вычислительная газогидромеханика, тепломассообмен и компьютерный инжиниринг: конспект лекций для студентов направления 16.04.03 «Холодильная, криогенная техника и системы жизнеобеспечения», профиль «Холодильные и криогенные агенты в технике и технологии пищевых производств» / Сост. Орлов Б.Ю. – КубГТУ, каф. ТОиСЖ.- Краснодар, 2015. – 11 с. Режим доступа: http://www.moodle.кubstu.ru (по паролю).

 

Представлены темы лекций, их краткое содержание, предложен список рекомендуемой литературы.

 

 

Рецензент: к.т.н., доц. Никонов О.И. каф. ТОиСЖ КубГТУ

 

Содержание

1. Лекция № 1 Предмет газогидромеханики. Основные уравнения газогидромеханики. Энергетическая интерпретация уравнения Бернулли. Анализ газодинамических функций потока газа. Ускорение газового потока………………………………………………………………………………4



2. Лекция № 2 Уравнения движения газожидкостных потоков.

Режимы течения. Анализ гидравлических сопротивлений.

Методы расчета простых и разветвленных газогидравлических трубопроводов. Прикладные программы расчета газогидравлических

систем……………………………………………………………………………...7

3. Лекция № 3 Тепломассообмен в газожидкостных системах при

ламинарных и турбулентных режимах течений. Тепломассообмен при фазовых переходах. Интенсификация тепломассообмена в элементах низкотемпературных систем……………………………………………………10

Список рекомендуемой литературы……………………………………………11

 

 

Лекция № 1

Предмет газогидромеханики. Основные уравнения газогидромеханики. Энергетическая интерпретация уравнения Бернулли. Анализ газодинамических функций потока газа. Ускорение газового потока.

 

1 Предмет газогидромеханики

 

Некоторые свойства жидкостей и газов настолько существенно усложняют процессы их движения по сравнению с движением твердых тел, что для их изучения необходима специальная наука — гидрогазомеханика. Механика жидкости и газа бурно развивается и объединяет много различных направлений, обусловленных конкретными свойствами отдельных классов жидкостей и газов, условиями протекания процессов их движения.



Гидрогазодинамика — наука, изучающая законы движения жидкостей и газов при их взаимодействии с твердыми телами и между самими жидкостями и газами при скоростях существенно меньших скорости света, т. е. когда справедливы законы классической механики Ньютона и отсутствуют релятивистские эффекты и является лишь ветвью механики жидкости и газа. Прикладная гидрогазодинамика, в которой принимается ряд упрощенных моделей жидкостей и их движений, позволяющих получить результаты, удовлетворяющие по точности практику, является лишь ветвью механики жидкости. Прикладная гидрогазодинамика состоит из гидростатики, в которой изучается равновесие жидкостей и тел в них погруженных, кинематики, где исследуется движение жидкостей вне связи с определяющими движение взаимодействиями, и динамики, изучающей движение жидкостей при их взаимодействии с твердыми телами и с жидкостями.

Динамика имеет два раздела:

1. Гидродинамика — изучает законы движения несжимаемой жидкости. При движении несжимаемой жидкости рассматриваемый объем может деформироваться, но не может изменить величины.

2.Газовая динамика — изучает движение газов при существенном изменении их плотности. Основная особенность газодинамического процесса — неразрывная связь одновременно протекающих механического процесса движения газа и термодинамического процесса его расширения или сжатия. Поэтому для анализа и расчета газодинамических процессов используются законы механики и термодинамики.



 

Общая постановка задач в прикладной гидрогазодинамике

 

Дано:

1. Область течения жидкости и ее свойства.

2. Твердые тела, обтекаемые жидкостью, или канал, по которому она течет, и энергетическое воздействие на жидкость.

3. Значение параметров жидкости на границе области в начальный момент времени.

Определить пространственно-временные поля всех параметров текущей жидкости, т.е. скорости, плотности, давления и температуры:

 

(2.1)

 

где — проекции вектора скорости жидкости на оси произвольно выбранной системы координат; — плотность, давление и температура жидкости.

Различают следующие типы задач. Внутренние задачи — посвящены исследованию течений жидкости в различных каналах. Внешние задачи — рассматривают внешнее обтекание твердых тел, например, летательного аппарата в полете или его модели в аэродинамической трубе. Струйные задачи — посвящены изучению течения струй жидкостей, вытекающих из отверстий в пространство, не ограниченное твердыми стенками и заполненное жидкостью того же агрегатного состояния. Например, взаимодействие струи выхлопных газов реактивного двигателя с воздухом.

Каждая из перечисленных задач может быть прямой или обратной. Если заданы невозмущенный поток, форма, размеры и положение обтекаемых тел, а требуется определить поля параметров жидкости, то задача называется прямой. Если заданы поля параметров, а требуется определить параметры невозмущенного потока и характеристики твердых тел, обеспечивающих получение заданных полей, то задача называется обратной.

 

2 Основные уравнения

Основной физический закон Основное уравнение прикладной гидрогазодинамики
1. Закон сохранения массы 2. Закон сохранения импульса (Второй закон Ньютона о движении) 3. Закон сохранения и превращения энергии 4. Второй закон термодинамики 1. Уравнение неразрывности течения   2, 3, 4. Уравнение количества движения в проекциях на оси координат 5.Уравнение энергии   6. Уравнение изменения энтропии газа

 

Прикладная гидрогазодинамика имеет простую логически стройную структуру. Анализ всех течений и решение всех задач: базируется всего лишь на следующих четырех основных законах физики и шести основных уравнениях, выражающих в математической форме все те же четыре основных закона.

 

3 Энергетическая интерпретация уравнения Д. Бернулли

 

Сумму членов уравнения Бернулли с энергетической точки зрения можно представить как сумму удельной кинетической и удельной потенциальной энергий в любом сечении потока при установившемся движении жидкости, а четвертый член уравнения hw как потерю механической энергии на преодоление сил трения при перемещении единицы массы жидкости от сечения 1-1 ксечению 2-2. В связи с этим линию NN можно назвать линией полной удельной энергии потока, а линию рр – линией удельной потенциальной энергии.

Гидравлический уклон с энергетической точки зрения необходимо рассматривать как уменьшение полной удельной энергии на единицу длины потока.

 

4 Литература [16, с. 184-192, 233-267].

 

5 Литература [16, с. 143-178].

 

 

Лекция № 2

Уравнения движения газожидкостных потоков. Режимы течения. Анализ гидравлических сопротивлений. Методы расчета простых и

разветвленных газогидравлических трубопроводов. Прикладные программы расчета газогидравлических систем.

 

Установившимся стационарным движением жидкости называется такое движение, при котором в каждой данной точке основные элементы движения жидкости – скорость движения и и гидродинамическое давление р не изменяются с течением времени, т.е. зависят только от координат точки. Аналитически это условие запишется так:

и .

Неустановившимся (нестационарным) движением жидкости называется такое движение, при котором в каждой данной точке основные элементы движения жидкости скорость движения и и гидродинамическое давление р – постоянно изменяются, т.е. зависят не только от положения точки в пространстве, но и от времени . Аналитически это условие запишется так:

и .

Примером установившегося движения может быть: движение жидкости в канале, в реке при неизменных глубинах, истечение жидкости из резервуара при постоянном уровне жидкости в нем и др. Неустановившееся движение – это движение жидкости в канале или реке при переменном уровне или при опорожнении резервуара, когда уровень жидкости в нем непрерывно изменяется.

В дальнейшем будет изучаться главным образом установившееся движение жидкости и в отдельных случаях будут разбираться примеры неустановившегося движения.

Установившееся движение в свою очередь подразделяется на равномерное и неравномерное.

Равномерным называется такое установившееся движение, при котором живые сечения вдоль потока не изменяются: в этом случае ; средние скорости по длине потока также не изменяются, т.е. . Примером равномерного движения является: движение жидкости в цилиндрической трубе, в канале постоянного сечения при одинаковых глубинах.

Установившееся движение называется неравномерным, когда распределение скоростей в различных поперечных сечениях неодинаково; при этом средняя скорость и площадь поперечного сечения потока могут быть и достоянными вдоль потока. Примером неравномерного движения может быть движение жидкости в конической трубе или в речном русле переменной ширины.

Напорным называется движение жидкости, при котором поток полностью заключен в твердые стенки и не имеет свободной поверхности. Напорное движение происходит вследствие разности давлений и под действием силы тяжести. Примером напорного движения является движение жидкости в замкнутых трубопроводах (например, в водопроводных трубах).

Безнапорным называется движение жидкости, при котором поток имеет свободную поверхность. Примером безнапорного движения может быть: движение жидкости в реках, каналах, канализационных и дренажных трубах. Безнапорное движение происходит под действием силы тяжести и за счет начальной скорости. Обычно на поверхности безнапорного потока давление атмосферное.

Следует отметить еще один вид движения: свободную струю. Свободной струей называется поток, не ограниченный твердыми стенками. Примером может служить движение жидкости из пожарного брандспойта, гидромонитора, водопроводного крана, из отверстия резервуара и т. п. В этом случае движение жидкости происходит по инерции (т. е. за счет начальной скорости) и под действием силы тяжести.

Для упрощения выводов, связанных с изучением потока жидкости, вводится понятие о плавно изменяющемся движении жидкости.

Плавно изменяющимся называется такое движение жидкости, при котором кривизна струек незначительна (равна нулю или близка к нулю) и угол расхождения между струйками весьма мал (равен нулю или близок к нулю), т. е. практически поток жидкости мало отличается от параллельноструйного. Это предположение вполне оправдывается при изучении многих случаев движения жидкости в каналах, трубах и других сооружениях.

 

Анализ гидравлических сопротивлений

Местные потери напора вызываются сопротивлениями в арматуре, фасонных частях и оборудовании, вследствие сужения и расширения потока, изменения направления движения жидкости, слияния и разделения потока и т. п.

Потери на преодоление местных сопротивлений в наружных сетях водопровода обычно не превышают 10-15%, во внутренних сетях – 30% от потерь напора по длине.

Однако местные потери напора в некоторых видах инженерных сетей могут достигать значительной величины: так, например, в системах отопления зданий – до 40%, в воздуховодах вентиляционных систем и пневмотранспорта – до 60-70% от потерь напора по длине.

Местные потери напора определяют как произведение скоростного напора непосредственно вблизи местного сопротивления ,по формуле

.

 

Методы расчета простых и разветвленных газогидравлических трубопроводов

 

При расчетах напорных трубопроводов основной задачей является либо определение пропускной способности (расхода), либо потери напора на том или ином участке, равно как и на всей длине, либо диаметра трубопровода на заданных расходе и потерях напора.

В практике трубопроводы делятся на короткие и длинные. К первым относятся все трубопроводы, в которых местные потери напора превышают 5…10% потерь напора по длине. При расчетах таких трубопроводов обязательно учитывают потери напора в местных сопротивлениях. К ним относят, к примеру, маслопроводы объемных передач.

Ко вторым относятся трубопроводы, в которых местные потери меньше 5…10% потерь напора по длине. Их расчет ведется без учета местных потерь. К таким трубопроводам относятся, например, магистральные водоводы, нефтепроводы.

Учитывая гидравлическую схему работы длинных трубопроводов, их можно разделить также на простые и сложные. Простыми называются последовательно соединенные трубопроводы одного или различных сечений, не имеющих никаких ответвлений. К сложным трубопроводам относятся системы труб с одним или несколькими ответвлениями, параллельными ветвями и т.д. К сложным относятся и так называемые кольцевые трубопроводы.

 

Прикладные программы расчета газогидравлических систем

 

1. Исследование теплообмена в воздухоохладителе холодильной машины в режиме низкотемпературной сушки.

2. Оптимизация характеристик газоструйной холодильной машины в режиме низкотемпературной обработки молока.

3. Оптимизация режимных характеристик газогидравлических процессов простых и разветвленных трубопроводов.

4. Исследование режимных характеристик оборудования водоохладительных установок.

5. Программа технологических расчетов – «Гидросистема». Презентация. Демо-ролик. Демо-версия.

 

 

Лекция № 3

Тепломассообмен в газожидкостных системах при ламинарных и турбулентных режимах течений. Тепломассообмен при фазовых переходах. Интенсификация тепломассообмена в элементах низкотемпературных систем.

 

Литература:

 

1. [13, с. 247-281; 14, с. 62-74]

 

2. [15, модуль 3]

Определение и классификация процессов конденсации. Теплообмен при конденсации чистых паров. Термодинамические условия протекания процесса, пленочная и капельная конденсация, связь расхода конденсата и теплового потока на стенке.

 

3. [5-7, 11, 12].

 

Список рекомендуемой литературы

 

1. Емцев, Б.Т. Техническая гидромеханика / Б.Т. Емцев. – М.: Машиностроение, 2005. – 460 с.

2. Лойцянский, Л.Г. Механика жидкости и газа: Учеб. для вузов. – 7- е изд., испр. / Л.Г. Лойцянский. – М.: Дрофа, 2004. – 840 с., 311 ил., 22 табл.

3. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы / Т.М. Башта, С.С. Руднев, Б.Б. Некрасов и др. – М.: Машиностроение, 1982. – 423 с.

4. Гиргидов, А.Д. Техническая механика жидкости и газа / А.Д. Гиргидов. – Спб.: Изд-во СпбГТУ, 2001. – 395 с.

5. Холодильные машины / Под ред. И.А. Сакуна. – Л.: Машиностроение, 2005. – 510 с.

6. Данилова, Г.Н., Богданов С.Н., Иванов О.П. Теплообменные аппараты холодильных установок / Г.Н. Данилова, С.Н. Богданов, О.П. Иванов. - Л.: Машиностроение, 2003. – 328 с.

7. Теплообменные аппараты, приборы автоматизации и испытания холодильных машин / Под ред. А.В. Быкова. - М.: Легкая и пищевая пром-сть, 2004.- 248 с.

8. Штеренлихт, Д.В. Гидравлика. В 2-х кн. Кн. 1 – 349 с., кн. 2 – 366 с. – М.: Энергоатомиздат, 2001.

9. Повх, И.Л. Техническая гидромеханика / И.Л. Повх.– Л.: Машиностроение,

1976. – 502 с.

10. Сборник задач по машиностроительной гидравлике / Д.А.Бутаев, З.А. Калмыкова, Л.Г. Подвидз и др. – СПб.: Изд-во СПбГТУ, 2004. – 464 с.

11. Интенсификация теплообмена в испарителях холодильных машин /

А.А. Гоголин, Г.Н. Данилова, В.М. Азарсков, Н.М. Медникова. – М.:

Легкая и пищевая пром-сть, 2004. – 224 с.

12. Тепловые и конструктивные расчеты холодильных машин / Под ред. Н.Н. Кошкина. – Л.: Машиностроение, 2006. – 464 с.

13. Цветков, Ф. Ф. Тепломассообмен: учебник [Текст] / Ф.Ф. Цветков, Б.А. Григорьев. – М.: Издательский дом МЭИ, 2011. – 562 с.

14. Суслов, В.А. Тепломассообмен: учебное пособие. – 3-е изд. перераб. и доп. [Текст] / В.А. Суслов. – СПб.: ГОУ ВПО СПбГТУРП, 2008. – 120 с.: ил.

15. Тепломассообмен [Электронный ресурс] : курс лекций / М. С. Лобасова,

К. А. Финников, Т. А. Миловидова и др. – Электрон. дан. (4 Мб). – Красноярск : ИПК СФУ, 2009. – (Тепломассообмен : УМКД № 1536–2008 / рук. творч.коллектива М. С. Лобасова). – 1 электрон. опт. диск (DVD). – Систем. требования : Intel Pentium (или аналогичный процессор других производителей) 1 ГГц ; 512 Мб оперативной памяти ; 50 Мб свободного дискового пространства ; привод DVD ; операционная система Microsoft Windows XP SP 2 / Vista (32 бит) ; Adobe Reader 7.0 (или аналогичный продукт для чтения файлов формата pdf).

16. Абрамович, Г.Н. Прикладная газовая динамика. В 2 ч. Ч. 1: Учеб. руководство: Для втузов. – 5-е изд., перераб. и доп. – М.: Наука, 1991 – 600 с.

 

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.