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.