ПӘннің ОҚУ-Әдістемелік кешені

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 6
Тақырып. Турболенттік ағыс
Сұрақтар

1. 
   Құбырдағы сұйық ағысы.
   
2. 
   Құбыр қимасындағы жылдамдықтың таралуы.
   
3. 
   Құбыр қимасындағы үйкеліске арын шығыны.
   
4. 
   Құбырда турболенттік ағыс кезінде жылдамдықтың бірқалыпсыз таралуы.
   

Адыңғы тақырыпта айтылғандай, турболеннттік ағыс үшін сұйықтың араласуы ағын процессі кезінде қысым мен жылдамдық пулсациясы өтетіндігімен сипатталады.

Жылдамдық шамасы уақыт бойынша орта бір мәні маңайында бейберекет тербеледі және ол осы уақытта тұрақты болады.

Құбырдың түзу сызықтылығына қарамастан, уақыттың әр түрлі мезгіодерінде кеңістіктің қозғалмайтын нүктесі арқылы өтетін, бөлшектер траекториясы әртүрлі формадағы қисық сызықтарды көрсетеді.

Турболенттік ағыста қабатты ағыстың жоқтығы және сұйықтың араласуы өтетіндігіне байланысты, бұл уақытта Ньютонның үйкеліс заңын қолдануға келмейді. Сұйықтың араласатындығы және көлденең бағытта қозғалыс мөлшерінің үздіксіз тасмалданатынына байланысты турболенттік ағында құбыр қабырғасында жанамалық кернеулік, ламинарлық ағысқа қарағанда жоғары болады.

Егер бір құбырда және бір шығын мөлшерінде ламинарлық және турболенттік ағындардағы жылдамдықтың таралу қисықтарын салыстырса, онда айтарлықтай ерекшеліктерді байқаймыз.

Осыған байланысты Бернулли теңдеуіндегі жылдамдықтың таралуының бірқалыпсыздығын ескеретін α – коэффициенті, ламинарлық ағысқа қарағанда турболентті ағыста айтарлықтай аз болады.

Ламинарлық ағыста α – коэффициенті Re –ге тәуелді емес, мұнда α – коэффициенті Re-нің функциясы және Re өскен сайын азаяды. Re = Re_кр 1,13-тен 1,025 дейін.

α – коэффициенті бірге таяу келеді, сондықтан турболенттік ағыс кезінде көп жағдайда α = 1 қабылдайды.

Тұрақты қимадағы құбырда сұйықтың турболенттік ағысы кезінде энергия шығыны ламинарлық ағыса қарағанда басқадай болады. Турболенттік ағында бірдей құбыр өлшемдерінде, сұйықтың тұтқырлығы мен шығынында, соған сәйкес бірдей Re-да ламинарлық ағысқа қарағанда үйкеліске арын шығыны айтарлықтай көп болады.

Бұл шығындардың артуы құйындалу, араласу және траекториясының қисықтығы деп аталады.

Егер ламинарлық ағыс кезінде үйкеліске арын шығыны бірінші дәрежедегі жылдамдыққа пропорционал өседі, ал турболенттік ағысқа өткенде кедергінің тез өсуі байқалады. Содан соң қисық бойынша h_тр шамасы шұғыл өседі және екінші дәрежедегі пароболаға таяу болады.

Турболенттік ағыстың қиындығына байланысты, осы уақытқа дейін ағыстың нақты және дәл теориясы жоқ. Жартыэмпирикалық, Прандтлдің таяу теоремалары бар, бірақ оларды қарастырамаймыз.

Көп жағдайда практикалық есептер үшін, гидродинамикалық ұқсастық негізіндегі тәжірибелік көрсеткіштер пайдаланылады.

Дөңгелек құбырлардағы турболенттік ағыс үшін есептік формула негізіндегі гидравликалық шығындар тақырыбындағы әмбебап формула қолданылады және ол келесідей

немесе
,

мұндағы - турболенттік ағыс кезіндегі үйкеліске шығын коэффициенті.

Бұл формуланы турболенттік ағысқада, сонымен бірге ламинарлық ағысқада қолдануға болады. Ерекшелігі коэффициентінің мәнінде ғана болады.

Гидарвлиалық ұқсастық заңына байланысты және бір негізгі ұқсастық заңына критериясының функциясы болады, яғни Re

.

Тегіс құбырлардағы турболенттік ағыс үшін осы функцияны мінездейтін эмпирикалық және жартыэмпирикалық формулалар бар. Соның ішінде қолдануға ығайлысы П.К. Конаков теңдеуі

Осы теңдеуге байланысты Re өсуімен азаяды, бірақ ламинарлық ағысқа қарағанда, бұл азаю айтарлықтай болады.

1. 
   Тегіс құбырда турболенттік ағыстың жүру ерекшеліктері?
   
2. 
   Тегіс құбырда қимасындағы турболенттік және ламианарлық ағыс кезінде жылдамдықтың таралуының ерекшеліктері?
   
3. 
   Тегіс құбырда турболенттік ағыс кезінде жылдамдықтың бірқалыпсыздығын ескерілуі?
   
4. 
   Дөңгелек құбыр қимасындағы үйкеліске арын шығынының формуласын келтіріңіз?
   
5. 
   П.К. Конаков теңдеуін жазыңыз?
   
6. 
   Блазиус формуласын келтіріңіз?
   

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 9
Тақырып. Жылу алмасу теориясының негізі

Сұрақтар.

1. 
   Жылу - және масаалмасу теориясының негізгі міндеттері және предметі. Жылу - және масаалмасу теориясының негізі.
   
2. 
   Жылуөткізгіштік. Жылуөткізгіштіктің физикалық негіздері.
   
3. 
   Жылуөткізгіштікпен жылудың таралуы. Фурье заңы.
   
4. 
   Жылуөткізгіштіктің дифференциалдық теңдеуі.
   
5. 
   Біртектілік шарты.
   

Жылу тасмалдау бірнеше келесі тәсілдермен жүзеге асырылады: жылуөткізгіштік, конвекция, жылудың сәулеленуі.

,

(1)

Жылуөткізгіштік молекулалық механизм арқылы жылу тасмалдаумен жүзеге асады: қыздыру аймағында молекула қозғалысының интенсивтігі артады, қозғалыс энергиясы, төмен температурадағы облыстарға серпімді толқын түрінде таралып, көрші молекулаларға беріледі. Мысал ретінде ішкі және сыртқы беттерінде температура айырмасы болған кезде ғимарат қабырғасы арқылы жылу тасмалдану процессін айтуға болады.

Жылу өткізгіштіктің негізгі заңына сәйкес – Фурье заңы, жылуөткізгіштікпен берілетін жылу қуаты, жылу ағыны бағытына перпендикуляр қима ауданына және температура градиентіне пропорционал:

,

(2)

немесе жылу ағынының тығыздығы үшін:

,

(3)

где - заттың жылуөткізгіштік коэффициенті, Вт/(мК).

(2), (3) теңдеулердегі минус таңбасы, жылу ағынының тығыздығының векторы (температураның көп төмендеуі жағына) векторына қарама-қарсы бағытталған.

Жылуөткізгіштік коэффициентінің шамасы температура градиенті 1 К/м кезінде 1 м² жылу бері беті арқылы өтетін жылу ағынының қуатын көрсетеді. Сонымен, жылуөткізгіштік коэффициенті, әртүрлі бірлік жағдайларда берілетін жылу ағынының шамасын анықтай отырып, осы дене күйінің параметрларынан және қасиетіне тәуелді және оның жылу физикалық мінездемесі болады (феноменологиялық коэффициент).

Жылуөткізгіштіктің дифференциальдық теңдеуі деп, қоршаған ортамен әрекеттесу процессі, сыртқы жұмыстың жасалуынсыз өтетін денелер үшін термодинамиаканың бірінші заңының математиалық түрде сипаталуын айтамыз.

Шексіз аз уақыт мөлшерінде және алынған элементарлық көлем шегінде, процесті мінездейтін бір қатар шамаларды елемеуге болады. Мақсат жылуөткізгіштіктің дифференциальдық теңдеуін алу - дененің температуралық өрісіне сипаттама беру, онда жылу жылуөткізгіштікпен беріледі.

Жылуөткізгіштіктің дифференциальдық теңдеуі келесі түрде болады:

,

(4)

мұндағы - дененің температураөткізгіштік коэффициенті, м²/с.
Жылуөткізгіштіктің дифференциальдық теңдеуі жалпы физика заңдарының негізінде алынды, сонымен ол жылуөткізгіштік құбылысын жалпы түрде сипаттайды, яғни жылуөткізгіштік құбылысының бірқатар топтарын сипаттайды.

Өздік бақылау үшін сұрақтар.

1. 
   Температуралық өріс дегеніміз не? Температуралық өрістің түрлері қандай?
   
2. 
   Температуралық өрістің аналитикалық теңдеуін жалпы түрде келтіріңіз.
   
3. 
   Жылу ағыны, жылу ағынының тығыздығы, жылу ағынының сызықты тығыздығы дегеніміз не?
   
4. 
   Температуралық градиент дегеніміз не?
   
5. 
   Жылуөткізгіштіктің негізгі заңын келтіріңіз.
   
6. 
   Жылуөткізгіштік коэффициентінің физикалық маңызы.
   
7. 
   Жылуөткізгіштік коэффициенті неге тәуелді болады?
   
8. 
   Жылуөткізгіштіктің дифференциальдық теңдеуін жазыңыз.
   

1. 
   Лариков Н.Н. Теплотехника. – Стройиздат, 1985. – С. 209-213.
   
2. 
   Теплотехника/ А.П. Баскаков, Б.В. Берг, О.К. Витт и др.; Под ред. А.П. Баскакова. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – С. 69-72.
   

3. 
   Теплотехника /А.М. Архаров, С.И. Исаев, И.А. Кожинов и др.; Под общ. ред. В.И. Крутова. – Машиностроение, 1986. – С.80-82.
   

1. 
   Жазық бір және көп қабатты қабырға арқылы жылудың берілуі (шекаралық шарттың 1 түрі).
   
2. 
   Цилиндрлік бір және көп қабатты қабырға арқылы жылудың берілуі (шекаралық шарттың 2 түрі).
   

Жуандықпен жалпақ қабырға арқылы қарапайым және өте көп таралған мақсатпен жылы сел тығыздық анықтама, беттерде қайсының температураларды сүйенеді және . Жуандықпен тек қана температура өзгереді пластиналар - біреу координатаның . Бір өлшемді сондай мақсаттар аталады , шешімнің олардың ең қарапайым.

,

(1)

.

(2)

Жалпақ көп қабатты қабырғалардың артынан:

.

(3)

Жылу тасушылар жиі құбырлармен қозғалады және жылы сел есептеу қажет, тапсырылған құбыр цилиндрлік қабырғасы арқылы .

Жылу ағанын , Вт бір қабатты цилиндрлік қабырға үшін келесі формуламен анықтайды:

.

(4)

.

(5)

1. 
   Жазық бір - және көп қабаттыны қабырға арқылы жылу өткізгіштікке арналған жылу ағынын жазыңыздар?
   
2. 
   Цилиндрлікті бір - және көп қабаттыны қабырға арқылы жылу өткізгіштікке арналған жылу ағынын жазыңыздар?
   
3. 
   Жазық қабырға қабатымен температураның таралу заңы қандай?
   
4. 
   Қабырғаның жылуөткізгіштігі дегеніміз не?
   
5. 
   Термикалық кедергі дегеніміз не?
   

1. 
   Лариков Н.Н. Теплотехника. – Стройиздат, 1985. – С. 213-223.
   
2. 
   Теплотехника/ А.П. Баскаков, Б.В. Берг, О.К. Витт и др.; Под ред. А.П. Баскакова. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – С. 72-77.
   

3. 
   Теплотехника /А.М. Архаров, С.И. Исаев, И.А. Кожинов и др.; Под общ. ред. В.И. Крутова. – Машиностроение, 1986. – С. 82-84.
   

1. 
   Конвективтік жылу алмасудың физикалық маңызы. Нютона-Рихмана заңы. Жылуөткізгіштік коэффициенті.
   
2. 
   Ұқсастық теориясының негізі. Ұқсастық теоремасы.
   
3. 
   Ұқсастық критериясы. Критериялық теңдеулер.
   
4. 
   Каналдар мен құбырлардағы газ бен сұйықтың еріксіз қозғалысы кезіндегі жылу алмасу.
   
5. 
   Сұйықтың бос қозғалысы кезіндегі жылу алмасу.
   

Ағатын ортада тек қана конвекция болады (сұйықтықтарда немесе газдарда). араластыру жанында жылулық тасымалдауы жүзеге асады және ауыспалылықта барлық көпшіліктің қыздырылған зат біркелкісіз. Конвекция жылу өткізгіштікпен әдеттегі қосады.

Конвективті жылу айырбас - ол қатты бет аралық жылу айырбас процесі және сұйықтықпен немесе газбен жылу өткізгіштік жолымен және конвекцияның бір уақытта өтуі.

Қатты дене беті аралық жылу айырбас процесі және ортамен , мына бет жуатынның, сондай жылу айырбас күрделі процестерге жатады Ньютон-Рихмана. заңымен жазылады және факторлардың үлкен сандары тәуелді болады.

Ньтона - Рихмана заңымен жылы сел жылу беру барысында дене беттері және қоршаған орталаржылу айырбас беттері және температуралардың айырымдары аудандар пропорционалды:

,

(1)

мұндағы - жылу беру коэффициенті, Вт/(м²К).

Жылу беру коэффициенті дене беті аралық жылу айырбас күшейте түскендігін мінездемі береді және қоршаған ортамен . Ол сандық дене беті аралық температуралардың айырымы жанында жылулық санына , уақыттардың бірлігіне бірлікпен қайтарылатын немесе түсінілетін беттер бірдей және қоршаған ортамен , бірдей біреуіне градусқа.

Жылу беру коэффициенті көптеген факторлардан тәуелді болады және оның анықтамасы күрделі мақсатпен келеді . Факторлар , жылу беру коэффициенті мөлшеріне әсер етушілер:

Қозғалыс көріну табиғаты ( табиғи немесе амалсыз );

Сұйықтық ағым тәртібі ( ламинарлық немесе турбулентті );

Сұйықтық жылу физикасы мінездемелері;

Геометриялық түр және дене мөлшерлері.

Жылу беру коэффициентіне арналған функционал тәуелділік түрі айтылумен ұсынуға болады :

.

(2)

Ұқсастық теориясы - мынау ғылым туралы ұқсастарды құбылыстарда .

Бірінші ұқсастық теоремасы дәлелдейді, не ұқсас құбылыстарды ұқсау бірдей белгілері болады.

Екіншіші ұқсастық теоремасы бекітеді, не - тәуелділік аралық өзгергіш сипаттайтындармен қандай болмасын құбылыс , ұқсау белгілері аралық тәуелділік түрінде мүмкін көз алдына келген, құрастырылғандардың бұларды өзгергіштердің.

Үшінші ұқсастық теоремасы ана шарттар туралы түсіндіреді, екі құбылыс ұқсауы үшін қажетті және жеткілікті.

Әрбір ұқсау белгілерінен айқын физикалық мән болады. Ғалым фамилиялардың бірінші әріптерімен оларды қабылданған белгілеу.

Нуссельта белгісі :

.

(3)

Рейнольдс критериясы :

.

(4)

Прандтл критериясы :

.

(5)

Грасгофа критериясы :

.

(6)

Жылу беру жылу тасушы амалсыз қозғалысы жанында қолданылады әртүрлі жылу айырбастауларды құрылғыларда. Бұларды орта қозғалыстары шарттарда маңызды дәрежелер жылу айырбас күшейте түскендігі жылдамдықтан тәуелді болады.

Жылу беру жылу тасушы бос қозғалысы жанында қалай қолданылады тұрмысқа , дәл осылай және техникада. Еркін конвекция себебімен сұйықтықта тығыздықтардың келеді - таратуы, ескертілінген - оның қызуының. Мыналар жанында температуралық қысым тығыздықтардың айырым және көтергіш күш мөлшерін анықтайды, ал аудан процес таратуы беттер – аймағын көрсетеді.
Өздік бақылауға арналған сұрақтар.

1. Конвективті жылу айырбаспен деген не?

2. Конвективті жылу айырбас ең басты заңын

қисынға келтіріңіздер .

3. Қандай факторлардан жылу беру коэффициенті тәуелді болады ?

Қандайларды бірліктерде оны айтады ма?

4. Ұқсау теория мәні неде ?

5. Қандай белгі амалсыз конвекцияны мінездемі береді ?

6. Қандай белгі азат конвекцияны мінездемі береді ?

7. Нуссельта белгісі мінездемі береді ?

8. Сондай анықтаушы температура және мөлшер анықтаушы ма?
Ұсынылатын оқулықтар.

Негізгі.

1. 
   Лариков Н.Н. Теплотехника. – Стройиздат, 1985. – С. 223-229, 234-243, 243-252.
   
2. 
   Теплотехника/ А.П. Баскаков, Б.В. Берг, О.К. Витт и др.; Под ред. А.П. Баскакова. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – С. 77-83, 83-87.
   

3. 
   Теплотехника /А.М. Архаров, С.И. Исаев, И.А. Кожинов и др.; Под общ. ред. В.И. Крутова. – Машиностроение, 1986. – С. 94-102.
   

Зертханалық сабақтар, пәннің қиын сұрақтарын терең оқып үйренуге жағдай жасауы және студенттердің өздік жұмыстарына қортынды жасаудың негізгі формасы ретінде қызмет етуі керек. Осы сабақтарда студентер мәлелелерді сауатты баядауға оқып үйренеді және кәсіптік жете білуін дамытуға жағдай жасайтын жағдайларды қарастырады, өз ойларын мен пікірлерін еркін айтады. Осының бәрі қазіргі маманға қажетті, дағдылар мен іскерлікке ие болуына көмектеседі.