ПӘннің ОҚУ-Әдістемелік кешені

050731 – ТІРШІЛІК ҚАУІПСІЗДІГІ

1 ӘЗІРЛЕНГЕН

Құрастырушы ______________ «30» тамыз 2011 ж.

Койбагаров С.Х.., Техникалық физика және Жылуэнергетика кафедрасының т.ғ.к., доцент м.а.

2 ТАЛҚЫЛАНДЫ

2.1 Шәкәрім атындағы Семей мемлекеттік университетінің «Техникалық физика және жылуэнергетика», кафедрасының отырысында қаралды

«30» тамыз 2011 ж, № 1 хаттама.
Кафедра меңгерушісі ___________О.А. Степанова
2.2 Инженерлік -технологиялар факультетінің оқу-әдістемелік кеңесінің отырысында

«30» қыркүйек 2030 ж, № 1 хаттама.

1 Глоссарий

Тұтқырлық – сұйықтың кішкентай бөлшектрінің салыстырмалы орын ауыспалылығын тудыратын күштерге, кедергі жасауы.

Ламинарлық ағыс – бұл жылдамдық пульсациясы ж/е сұйық бөлшектерінің араласуынсыз болатын қабатты ағыс.

Геометриялық ұқсастық – геометриядан белгілі сәкес бұрыштардың теңдігі және ұқсас өлшемдердің пропорциональдығы.

2 Дәріс

Дәріс – бұл осы пәнде қарастырылатын теориялық сұрақтардың логикалық ұстамды түрде баяндайтын оқу сабағының бір формасы. .

2. Сұйыққа әсер ететін күштер.

3. Сұйық қысымы.

4. Тамшылы сұйықтардың негізгі қасиеттері.

Гидравлика негізінен шектелген және қатты қабырғалармен бағытталған, сұйық ағындарын қарастырады, яғни ашық және жабық каналдардағы ағысты. Сонымен гидравлика негізінен сұйықтардың ішкі ағысын оқып үйретеді және ішкі міндетті шешеді. Сыртқы міндктті дене сыртын тұтас ағынмен шаю, аэрогидромеханикада қарастырады.

Абсолюттік қатты дене қозғалысын зерттегеннен, сұйық қозғалысын, оған қарағанда газ тәріздес денелерді зерттеу қиын және ауыр міндет болады.

Осы қиындықтарға байланысты сұйықтар механикасының дамуы әр түрлі екі бағытпен дамиды. Бірінші жол - механика заңдарына негізделген, нүктелік математикалық анализдің теориялық жолы. Ол теориялық гидромеханиканы құрады.

Екінші жол- эксперименттерді кең тарату жолдары және инженерлік практикада оларды пайдалану үшін тәжірибелік көрсеткіштермен қорлану.

Қарастырылатын сұйық көлеміне әсер ететін күштер массалық және беттік болып бөлінеді.

Массалық және беттік күштерді гидромеханикада бірлік күштер ретінде қарастырады, яғни, сәйкес бірліктерге қатнасты күштер. Массалық күштер масса бірлігіне, беттік күштер-аудан бірлігіне қатнасты.

Беттік күштердің кернеулігі деп аталатын, беттік бірлік күш, барлық күштер сияқты, нормалді және жанама кернеулікке бөлінеді.

Нормальді кернеулік, яғни, қысым күші кернеулігі, гидромеханикалық қысым деп аталады және Р әрпіме белгіленеді

(1)

.

(2)

Негізгі сұйықтың механикалық мінездемесі тығыздық болады.

Негізгі сұйықтың механикалық мінездемесі тығыздық болады

Тығыздық деп, көлембірлігінде сұйық массасын айтамыз

, кг/м3

(3)

мұндағы М- сұйық массасы, кг;

W- көлемі, м³.

Меншікті салмағы

(4)

мұндағы G- сұйық салмағы;

W- көлемі.

Көлемдік салмағы мен тығыздық арасындағы байланыс

.

(5)

Сонымен бірге сұйықтаң салыстырмалы салмағы қолданылады

,

(6)

м2/н.

(7)

Формуладағы минустаңбасы қысымның Р оң өсіміне көлемнің сол өсімінің сәйкестігін көрсетеді.

Температуралық ұлғаю көлемдік ұлғаю коэффициенті мінезделеді, ол температура 1ºС өзгерген кезде көлемнің салыстырмалы өзгерісін көрсетеді

.

(8)

Созылуына кедергісі тамшылы сұйықтардың ішінде малкулярлық теория бойынша айтарлықтай болады.

Сұйық беттеріне беттік кернеулік күштері әсер етеді. Олар сұйық көлеміне сфералық форма беруге ұмтылады және сұйыққа қосымша қысым келтіреді.

Бірақ бұл қысым кішкентай қысымда білінеді және сфералық көлемдер үшін мына формуламен анықталады.

,

(9)

мұндағы r – сфера радиусы;

σ – сұйықтың беттік керілу коэффициенті.

Тұтқырлық деп, сұйық қабаттарының жылжуына кедергі жасау қасиетін айтамыз.

Бірінші 1686 жылы Ньютонмен, содан соң 1883 жылы проф. Петров Н.П. негіздеген гипотезаға байланысты, сұйықтың жанамалық кернеулігі оның түрі мен мінездемесіне тәуелді және қабатпен ағуы кезінде жылдамдықтың көлденең градиентіне тура пропорционал өзгереді.

,

(10)

Динамикалық тұтқырлық коэффициентімен қоса кинематикалық қолданылады.

Кинематикалық тұтқырлық коэффициенті деп динамикалық тұтқырлық коэффициенті шамасына сұйық тығыздығының шамасының қатнасын айтамыз

, м2/с.

(11)

Буланғыштық барлы тамшылы сұйықтарға тән, бірақ булану интенсивтігі әр сұйық үшін бірдей емес.

Негізгі көрсеткіштерінің бірі қайнау температурасы. Буланғыштықтың толық мінездемесін қаныққан бу қысымы Р_п береді. Р_п жоғары болса, сұйықтың буланғыштығы жоғары.

Толық қанығуға дейін сұйықта еріген газдың салыстырмалы көлемі қысымға тура пропорционал деп санауға болады, яғни

,

(11)

W_ж – сұйық көлемі;

К- еру коэффициенті;

Р₁, Р₂ – бастапқы және соңғы газ қысымы.

1. 
   Гидравлика ғылымы нені оқытады?
   
2. 
   Сұйықтар механикасы қандай бағатта дамиды?
   
3. 
   Сұйыққа әсер ететін күштерді атаңыз?
   
4. 
   Гидромеханикалық қысым дегеніміз не?
   
5. 
   Көлемдік сығу коэффициентінің формуласын жазыңыз?
   
6. 
   Температуралық ұлғаю коэффициентінің формуласын жазыңыз?
   
7. 
   Динамикалық және кинематикалық тұтқырлық коэффициентерінің өлшем бірліктері?
   
8. 
   Сұйықтардың буланғыштығы қандай параметрларға тәуелді болады?
   

1. Гидравлика, гидравлические машины и гидравлические приводы /Башта Т.М. и др. -М.: Машиностроение, 1970. – 504 с.

2 Ерохин В.Г., Маханько М.Г. Сборник задач по основам гидравлики и теплотехники. - М.: Энергия, 1979. – 240 с.

Қосымша

1 Юфин А.П. Гидравлика, гидравлические машины и гидропривод. –М.: Высш. школа, 1965. – 428 с.

2. Общие требования к оформлению текстовых документов СТУ 042-РГКП-СГУ-6-2005.

Дәріс 2
Тақырып. Гидростатика.
Сұрақтар

1. 
   Гидростатикалық қысымның қасиеті.
   
2. 
   Гидростатиканың негізгі теңдеуі.
   
3. 
   Сұйық тепе-теңдігінің дифференциалдық теңдеуі және оны қарапайым жағдай үшін интегралдау.
   
4. 
   Жазық қабырғаға түсетін сұйық қысымының күші.
   
5. 
   Қисық қабырғаларға түсетін сұйық қысымының күші.
   
6. 
   Дененің түзуі.
   

Тыныштықтағы сұйықта кернеуліліктің бір түрі болуы мүмкін, ол сығу кернеулігі, яни гидростатикалық қысым.

Cұйықтың гидростатикалық қысымының келесідей екі қасиеті бар. Олар:

1. Сұйықтық сыртқы бетінде гидростикалық қысым әрқашан қарастырылып жатқан сұйық көлемінің нормаль бойынша ішіне бағытталған.

2. Гидростатикалық қысым сұйық ішіндегі барлық нүктелерде барлық бағытта бірдей яғни, қысым өзі әсер есетін сол нүктелерінің ауданының көлбеулік бұрышына тәуелді емес.

Бұл қасиетін дәлелдеу үшін тыныштықтағы сұйықтан қабырғасы бар тікбұрышты тетраэдр формасындағы элементарлық көлемді қарастырайық.

Тетраэдр тепе-теңдік теңдеуін келесі түрде жазамыз

(1)

Одан аламыз

.

(2)

Тетраэдр өлшемінің нольге ұмтылғанда, теңеудің соңғы мүшесі, dx көбейткіші бар, олда нольге ұмтылады, ал P_x және P_n тұрақты шамалар болып қалады.

Соған сәйкес аламыз

Рх –Рп = О, немесе Рх = Рп.

(3)

Осыған сәйкес оz, oу осі бойынша тепе-теңдік теңдеуін құрамыз, сондай талдаудан кейін аламыз

Сонымен тетраэдр өлшемдері dx, dу және dz еркін алынады, онда көлбеу аудан ds еркін соған сәйкес, тетраэдрді бір нүктеге тартқан кезде бұл нүктедегі қысым барлық бағытта бірдей болады.

Сұйық тепе-теңдігінің негізгі жағдайы, қашан оған бір ғана массалық күш – ауырлық күші әсер етеді, және қарастырып жатқан сұйық көлемінің барлық нүктесіндегі гидростатикалық қысымның шамасын табатын теңдеуді аламыз. Бұл жағдайда сұйықтың еркін беті ретінде көлденең жазықтық алынады.

Қарастырылып жатқан көлемге тік бағытта әрекет ететін, барлық күштердің қосындысын жазамыз.

dS-ке қысқартып және мүшелерін топтаймыз.

алынған теңдеу гидростатиканың негізгі теңдеуі деп аталады.

Салыстыру үшін еркін биіктікте көлденең жазықтықты аламыз, одан тік жоғары қарай z координатасын санаймыз. М нүктесінің кординатасын Z арқылы белгілеп, Z ₀ арқылы сұйықтың еркін бетін белгілеп және гидростатиканың негізгі теңдеуіндегі h-ты Z₀-Z ауыстырып аламыз

.

(7)

М нүктесінің еркін алынғанына байланысты, қарастырып жатқан тыныштықтағы сұйық көлемі үшін айтуға болады,

,

(8)

мұндағы - Z - кординатасы нивелирлік биіктік деп аталады;

Жалпы жағдайда сұйық тепе-теңдігінің дифференциалыдық теңдеуін аламыз. Мұнда сұйыққа ауырлық күші ғана әсер етпейді, басқада массалық күштер әсер етеді. Мысалы: инерция күшін тасымалдау қозғалысына салыстырмалы тыныштықтағы әсері.

(9)

Гидростатиканың дифференциальдық теңдеуінің жүйелері Эйлер теңдеуі деп аталады.

Горизонтқа еркін α бұрышымен көлбуленген, жазық қабырғаға түсетін сұйық қысымының толық күшін табу үшін гидростатиканың негізгі теңдеуін пайдаланамыз.

(10)

яғни, жазық қабырғаға түсетін сұйық қысамының толық күші осы ауданның ауырлық ортасындағы гидростатикалық қысым шамасының қабырға ауданының көбейтіндісіне тең

Еркін формадағы беттерге сұйықтық қысым күшінің есептерін шешу үш моменті және қосынды күштердің үш құраcтырмасын анықтауға әкеледі.

,

(11)

мұндағы Ро- сұйықтық еркін бетіндегі қысымы;

S_г - АВ бетінің көлденең проекциясының ауданы;

G- сұйықтың бөлінген көлемінің ауданы.

.

(12)

(11) ж/е (12) теңдеумен толық күш Р тік және көлденең құрастырмаларын анықтап, табамыз

.

(13)

Ра – архимед күші мен G дене салмағы қатнастарына тәуелді үш жағдай болуы мүмкін:

1. 
   Сұйықтың гидростатикалық қысымының қандай қасиеттерін білесің?
   
2. 
   Гидростатиканың негізгі теңдеуі қандай теңдеумен сипатталады және келтіріңіз?
   
3. 
   Нивелирлік және пьезометрлік биіктіктің формуласын жазыңыз?
   
4. 
   Сұйық тепе-теңдігінің дифференциалдық теңдеуін жазыңыз?
   
5. 
   Жазық қабырғаға түсетін гидростатианың негізгі теңдеуі арқылы шығарыңыз?
   
6. 
   Қисық қабырғаға түсетін сұйық қысымының күші, қандай қосынды күштердің құрастырмасынан тұрады?
   
7. 
   Архимед күші және дене салмағына қатнастарына тәуелді қандай жағадайлардың болуы мүмкін?