 |
|
Нагнетательные технические устройства
1. Определение нагнетательных технических устройств, их виды.
Технические устройства, в которых происходит преобразование механической энергии в энергию движения жидкости или газа, называются нагнетательными.
Нагнетательные технические устройства (нагнетательные машины) делятся на:
- гидравлические (насосы);
- воздуходувные (компрессоры, вентиляторы).
Насосом называется гидравлическая машина (техническое устройство) для перемещения капельной жидкости за счет сообщаемой ей энергии.
Насос является основным элементом насосной установки, включающей в себя также:
- привод (электродвигатель, двигатель внутреннего сгорания);
- основание (фундамент), на который монтируется насос или двигатель.
В отдельных случаях основание может отсутствовать. Например, в современных системах отопления электронасос монтируется непосредственно на магистральном трубопроводе.
Насосы, в свою очередь, по принципу действия делятся на:
- объёмные,
- динамические.
Объёмные насосы действуют по принципу вытеснения жидкости в результате её сжатия (поршневые, роторные, диафрагменные).
Динамические насосы действуют по принципу силового воздействия на жидкость (на перемещаемую среду, жидкость или газ) (лопастные насосы, вихревые, струйные).
Лекция №4
Основы теплопередачи
Перенос теплоты
Решающую роль в восприятии окружающего мира играют характеристики, сохраняющиеся в замкнутых системах: масса, количество движения, момент количества движения, энергия и энтропия.
В учении о теплообмене рассматриваются процессы распространения теплоты в твердых, жидких и газообразных телах. Эти процессы по своей физико-механической природе весьма многообразны, отличаются большой сложностью и обычно развиваются в виде целого комплекса разнородных явлений.
Перенос теплоты может осуществляться тремя способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением, или радиацией. Эти формы глубоко различны по своей природе и характеризуются различными законами.
Процесс переноса теплоты теплопроводностью происходит между непосредственно соприкасающимися телами или частицами тел с различной температурой. Учение о теплопроводности однородных и изотропных тел опирается на весьма прочный теоретический фундамент. Оно основано на простых количественных законах и располагает хорошо разработанным математическим аппаратом. Теплопроводность представляет собой молекулярный процесс передачи теплоты.
При определении переноса теплоты теплопроводностью в реальных телах встречаются известные трудности, которые на практике до сих пор удовлетворительно не решены. Эти трудности состоят в том, что тепловые процессы развиваются в неоднородной среде, свойства которой зависят от температуры и изменяются по объему; кроме того, трудности возникают с увеличением сложности конфигурации системы.
Уравнение теплопроводности имеет вид:
; 
. (1)
Оно выражает тот факт, что изменения теплосодержания определенной массы вещества, заключенного в единице объема, определяются различием между притоком и вытеканием энергии (дивергенцией плотности теплового потока j) при условии, что внутренних источников энергии нет. Тепловой поток пропорционален градиенту температуры и направлен в сторону ее падения; x — коэффициент теплопроводности.
При разработке методов исследования композиционных материалов весьма трудно и, по-видимому, не имеет смысла (в тех случаях, когда это можно практически реализовать) полностью учитывать структуру композита. В связи с этим возникла необходимость связать механику композитных материалов с механизмами элементов конструкций, развивающимися обычно в рамках континуальных процессов. Эта задача решается в процессе создания теории определения приведенных свойств композитных материалов различных структур (слоистые, волокнистые и др.) при описании их поведения в рамках континуальных представлений. Совершается переход от кусочно-однородной среды к однофазной.
Рассмотрим двухфазный композитный материал, представляющий собой матрицу, в которой случайным образом распределены включения второй фазы — армирующий элемент, имеющий приблизительно равноосную форму. Количество включений достаточно велико на участке изменения температуры. Пусть некая характеристика матрицы — А1, а включений — А2. Тогда можно представить композит как новый материал с промежуточными характеристиками между характеристиками матрицы и включений.
, (2)
где 
, 
, 
.
Подстановка (2) в (1) дает:
. (3)
Имеем операторы:
; (4а)
. (4б)
После преобразования Фурье получаем:
;
.
Уравнение для функции Грина:
и 
,
где 
. (5)
— уравнение Дайсона. (6)
.
Функция Грина G0 описывает однородный материал со средними характеристиками, определяемыми по правилу смесей (2), а оператор W (k, k') можно назвать оператором возмущения, поскольку он определяет форму и расположение неоднородностей.
Решим уравнение итерациями:
.
Вычислим сначала W2 (k, k2):
.
Здесь 
, 
, 
, 
.
;
;
, 
, 
, 
. (7)
Теперь определим:
;
, 
, 
, 
, 
.
Теперь необходимо вычислить:
;
;
.
Таким образом,
. (8)
Подставляем в (6) равенство (8):
;
, где 
и 
. (9)
Подставляем (5) в (9):
.
;
.
,
где 
и 
;
. (10)
(11),
где 
; 
; (12)
;
;
;
;
;
. (13)
Ограничимся первым приближением:
` 
, 
, 
,
, 
, 
. (14)
;
.
Рассмотрим:
;
;
;
. (15)
Ограничимся вторым приближением:
, 
. (16)
, 
. (17)
Из (12) найдем:
. (18)
Подставляя (18) с учетом (16) в (10), получим:
. (19)
Теперь подставляем (19) с учетом (16) в (13), получим:
;
;
.
Коэффициентами при 
, 
из-за малости произведения пренебрегаем, а коэффициенты без 
обращаются в 0 из-за (14):
,
подставляя (17), найдем:
. (20)
Подставляя (18) в (11) с учетом (16), получим:
Теперь подставляем (21) с учетом (16) в (13), получим:
.
Коэффициентами при , из-за малости произведения пренебрегаем, а коэффициенты без обращаются в 0 из-за (15):
;
. (22)
Ограничимся третьим приближением:
, 
. (23)
Подставляя (18) с учетом (23) в (10), получим:
. (24)
Теперь подставляем (24) с учетом (23) в (13), получим:
;
;
.
Коэффициентами при , 
, 
из-за малости произведения пренебрегаем, а коэффициенты без обращаются в 0 из-за (14), а с — из-за (18):
;
. (25)
Подставляя (18) в (11) с учетом (23), получим:
. (26)
Теперь подставляем (26) с учетом (23) в (13), получим:
;
.
Коэффициентами при , , из-за малости произведения пренебрегаем, а коэффициенты без обращаются в 0 из-за (15), а с — из-за (22):
;
. (27)
Анализ с1, с2, с3 и x0, x1, x2 показывает, что c0, c2 и x0, x2 — действительные коэффициенты, а c1, x1 — мнимые.