Budget régional établissement d'enseignement

enseignement professionnel secondaire

"Collège de l'Assemblée de Koursk"

PROGRAMME DE TRAVAIL DE LA DISCIPLINE ÉDUCATIVE

PO 06.

programme de formation professionnelle de base de l'enseignement professionnel secondaire dans la spécialité

140102 Alimentation en chaleur et matériel de chauffage

(formation de base)

Koursk

RÉVISÉ ET APPROUVÉ

lors d'une réunion du Comité central de l'OPD

Protocole n°_____

"____"_____________2012

Président du Comité central Stanar A.M.

CONVENU

__________________

Adjoint Directeur de SD O.B. Gruneva

"____"______________2012

Programme de travail de la discipline académique « Base théorique génie thermique et hydraulique" développé à partir de :

Norme éducative de l'État fédéral pour la spécialité de l'enseignement professionnel secondaire(formation de base), qui fait partie du groupe élargi de spécialités 140000 Énergie, génie électrique et génie électrique, approuvé par arrêté du ministère de l'Éducation et des Sciences de la Fédération de Russie du 15 février 2010, n° 114.

Développeur:

Les AA Katalnikova, professeur au Koursk Assembly College.

CONTENU

p.

1. PASSEPORT DU PROGRAMME DE TRAVAIL DE LA DISCIPLINE ÉDUCATIVE

1. STRUCTURE et CONTENU DE LA DISCIPLINE ACADÉMIQUE

1. modalités de mise en œuvre programme de travail discipline académique

1. Suivi et évaluation des résultats de la maîtrise de la discipline académique

1. passeport du PROGRAMME de travail DE LA DISCIPLINE ÉDUCATIVE

Fondements théoriques du génie thermique et de l'hydraulique

1.1. Champ d'application du programme de travail

Le programme de travail de la discipline académique fait partie du programme de formation professionnelle principal conformément à la norme éducative de l'État fédéral pour la spécialité de l'enseignement professionnel secondaire140102 « Alimentation en chaleur et équipements de chauffage » (formation de base), qui fait partie du groupe élargi de spécialités 140 000 Energie, génie électrique et génie électrique.

Le programme de travail de la discipline académique peut être utilisé De plus enseignement professionnel et formation professionnelle des travailleurs dans le domaine de l'approvisionnement en chaleur et des équipements de chauffageavec un enseignement général secondaire (complet). Aucune expérience professionnelle requise.

1.2. La place de la discipline académique dans la structure du programme principal de formation professionnelle : la discipline est incluse dans cycle professionnel, désigne les disciplines professionnelles générales.

1.3. Les buts et objectifs de la discipline académique sont les exigences relatives aux résultats de la maîtrise de la discipline académique.

être capable de :

effectuer des calculs d'ingénierie thermique :

Cycles thermodynamiques des moteurs thermiques et des centrales thermiques ;

Consommation de carburant; chaleur et vapeur pour la production d'énergie ;

Efficacité des cycles thermodynamiques des moteurs thermiques et des centrales thermiques ;

Pertes de chaleur à travers les enveloppes des bâtiments, l'isolation des canalisations et des équipements de chauffage ;

Bilans thermiques et matières, surface de chauffe des échangeurs de chaleur ;

Déterminer les paramètres pour les calculs hydrauliques des canalisations et des conduits d'air ;

Construire les caractéristiques des pompes et des ventilateurs.

Grâce à la maîtrise de la discipline académique, l'étudiant doitsavoir :

Paramètres de l'état d'un système thermodynamique, unités de mesure et relations entre elles ;

Lois fondamentales de la thermodynamique, processus de changement d'état des gaz parfaits, de la vapeur d'eau et de l'eau ;

Cycles des moteurs thermiques et des centrales thermiques ;

Lois fondamentales du transfert de chaleur ;

Propriétés physiques des liquides et des gaz ;

Lois de l'hydrostatique et de l'hydrodynamique ;

Principales tâches et procédure de calcul hydraulique des canalisations ;

Types, dispositifs et caractéristiques des pompes et des ventilateurs.

1.4. Nombre d'heures pour maîtriser le programme de travail de la discipline académique :

La charge d'enseignement maximale pour un étudiant est de 180 heures, comprenant :

la charge d'enseignement obligatoire en classe de l'étudiant est de 120 heures ;

travail indépendant de l'étudiant 60 heures.

2. STRUCTURE ET CONTENU DE LA DISCIPLINE SCOLAIRE

2.1. Portée de la discipline académique et types de travaux académiques

y compris:

travail éducatif et individuel des étudiants;

préparation de résumés;

enregistrement des travaux de laboratoire;

étude systématique des notes de cours, de la littérature pédagogique et spéciale sur les questions des paragraphes, des chapitres aides à l'enseignement;

résoudre des problèmes, faire des exercices

4

4

5

19

22

6

Certification finale sous la forme examen

2.2. Plan thématique et contenu de la discipline académique

Fondements théoriques du génie thermique et de l'hydraulique

Un bref aperçu historique et le niveau actuel de développement de l’hydraulique et du chauffage.

Le rôle des scientifiques nationaux dans le développement de ces sciences.

Section 1.Propriétés physiques des liquides et des gaz

Thème 1.1.

Propriétés physiques des liquides et des gaz

Propriétés physiques des liquides : densité, densité, volume spécifique, relation entre eux, compressibilité, viscosité, dépendance à la température et à la pression.

Travail indépendant

Section 2. Bases de l'hydrostatique

Thème 2.1

Pression hydrostatique. Équation de base de l'hydrostatique.

Forces agissant à l’intérieur d’un liquide. Pression hydrostatique en un point, ses propriétés, unités de mesure. Pression absolue et excessive.

Équation de base de l'hydrostatique. Essence physique et représentation graphique de l'équation hydrostatique. Pressions. Instruments de mesure de pression..

Travaux de laboratoire

Mesure de pression avec un piézomètre et un manomètre. Conversion des unités de pression.

Cours pratiques

Résoudre des problèmes de composition de l'équation d'équilibre d'un fluide

Travail indépendant:

Thème 2.2. Forces de pression du liquide et du gaz sur des parois plates et courbes.

La loi de Pascal. Presse hydraulique, vérin hydraulique.

La force de pression hydrostatique sur des surfaces planes. Centre de pression. Paradoxe hydrostatique. Méthode graphique pour déterminer la force de pression hydrostatique

La force de pression hydrostatique sur une surface cylindrique. Formule pour calculer la résistance des tuyaux. Loi d'Archimède. Fusion des corps et leur stabilité.

Cours pratiques

Résoudre les problèmes de détermination de la force de pression sur diverses surfaces, déterminer l'épaisseur de paroi des tuyaux

Travail indépendant des étudiants :

Préparation des travaux pratiques

Section 3. Fondements de l'hydrodynamique

Thème 3.1. Lois fondamentales du mouvement fluide

Types de mouvements fluides : réguliers, instables, uniformes, inégaux. Le concept de mouvement de flux de liquide. Flux de fluide, éléments de flux. Vitesse et débit de fluide. Équation de continuité du flux.

L'équation de Bernoulli, sa signification géométrique et énergétique.

Travaux de laboratoire

Etude de l'équation de Bernoulli. Construction de lignes de pression et piézométriques.

Travail indépendant:

Enregistrement des travaux de laboratoire ;

Étude systématique des notes de cours, de la littérature pédagogique et spéciale sur les questions des paragraphes, des chapitres des manuels

Thème 3.2. Résistance hydraulique

Résistances hydrauliques et leurs types. Modes de mouvement fluide.

Critère de Reynolds. Caractéristiques du mouvement fluide laminaire et turbulent. Perte de pression le long de l'écoulement et dans les résistances locales (vannes d'arrêt, lors de la dilatation et de la contraction de l'écoulement, changement de sens d'écoulement). Calcul des pertes de charge dues à une expansion soudaine du débit. Coefficient de frottement hydraulique, sa détermination dans les modes de mouvement laminaire et turbulent des fluides.

Travaux de laboratoire

Détermination de deux modes de mouvement des fluides. Détermination du nombre de Reynolds.

Détermination de la perte de charge en longueur, coefficient de frottement hydraulique.

Détermination des pertes de charge locales, coefficient de résistance local.

Travail indépendant

Enregistrement des travaux de laboratoire ;

Étude systématique des notes de cours, de la littérature pédagogique et spéciale sur les questions des paragraphes, des chapitres de manuels scolaires ;

Thème 3.3. Calcul hydraulique des canalisations

Pipelines et leurs types. Calcul hydraulique de canalisations simples et complexes. Coups de bélier dans les canalisations (directs et indirects).

Calcul des pipelines à écoulement libre et courts.

Cours pratiques

- Calcul d'un pipeline simple

Travail indépendant:

Préparation des travaux pratiques ;

Étude systématique des notes de cours, de la littérature pédagogique et spéciale sur les questions des paragraphes, des chapitres des manuels

Préparation des résumés

Sujets approximatifs des résumés :

Méthodes modernes de protection des pipelines contre les coups de bélier.

Phénomène de cavitation lorsque du liquide s'écoule dans des canalisations.

Mesures prises pour éviter la cavitation.

Thème 3.4. Fuite de liquide à travers les trous et les buses

Écoulement de liquide depuis des trous sous pression constante. Les notions de « trou dans une paroi mince » et de « petit trou ». Types de buses. Flux de liquide à travers des buses à pression constante.

Cours pratiques

Détermination du débit de fluide lors de la sortie du trou et à travers les buses

Travail indépendant:

- inscription des travaux pratiques

Étude systématique des notes de cours, de la littérature pédagogique et spéciale sur les questions des paragraphes, des chapitres de manuels scolaires ;

Test pour la section 3. Fondements de l'hydrodynamique

Section 4 Pompes et ventilateurs

Thème 4.1. Types et principe de fonctionnement des pompes

Pompes centrifuges, leurs types, principes de fonctionnement. Tête pleine, hauteur d'aspiration maximale. Débit, pression, puissance et efficacité d'une pompe centrifuge, leur définition. La dépendance de ces paramètres sur le régime moteur.

Formules de proportionnalité. Caractéristiques des pompes centrifuges et des canalisations sous pression. Fonctionnement parallèle et séquentiel des pompes centrifuges. Pompes à piston, leurs types, principe de fonctionnement. Pompes à jet.

Travaux pratiques

Construire les caractéristiques d'une pompe centrifuge

Travail indépendant:

Préparation des travaux pratiques ;

Étude systématique des notes de cours, de la littérature pédagogique et spéciale sur les questions des paragraphes, des chapitres de manuels scolaires ;

Travail étudiant pédagogique et individuel.

Thème 4.2. Types et principe de fonctionnement des ventilateurs

Ventilateurs centrifuges et axiaux, leurs types et principes de fonctionnement. Performances, pression, consommation électrique et efficacité des ventilateurs. Dépendance des paramètres du ventilateur sur le régime moteur.

Travaux pratiques

Construction des caractéristiques d'un ventilateur centrifuge.

Travail indépendant:

Préparation des travaux pratiques ;

Étude systématique des notes de cours, de la littérature pédagogique et spéciale sur les questions des paragraphes, des chapitres de manuels scolaires ;

Section 5. Fondements de la thermodynamique technique

Thème 5.1. Principes de base de la thermodynamique technique. Lois sur le gaz. Mélanges de gaz.

Énergie thermique et mécanique. Paramètres thermodynamiques de base de l'état du fluide de travail. Gaz idéal et réel. Théorie cinétique moléculaire des gaz.

Mélange gazeux, sa composition. Pression partielle et volume réduit des composants d'un mélange gazeux. La loi de Dalton. La relation entre les compositions massiques et volumiques du mélange.

Travail indépendant:

étude systématique des notes de cours, de la littérature pédagogique et spéciale sur les questions des paragraphes, des chapitres de manuels

Thème 5.2. Capacité thermique

Capacité thermique et quantité de chaleur. Capacité thermique constante et variable. Capacité thermique moyenne et réelle. Capacité calorifique du mélange gazeux

Cours pratiques :

Détermination de la capacité thermique volumétrique de l'air à pression constante

Travail indépendant

Préparation des travaux pratiques ;

Étude systématique des notes de cours, de la littérature pédagogique et spéciale sur les questions des paragraphes, des chapitres des manuels

Thème 5.3. Lois de la thermodynamique. Processus thermodynamiques.

La première loi de la thermodynamique est la loi de conservation et de transformation de l'énergie thermique et mécanique. Unités de chaleur et de travail. Enthalpie du gaz. Analyse des principaux processus thermodynamiques de changement d'état des gaz parfaits : isochore, isobare, isotherme, adiabatique, polytropique. Equation d'état des processus thermodynamiques, leur représentation sur le diagramme pv. Définition du poste, changement énergie interne et la quantité de chaleur.

Deuxième loi de la thermodynamique. Processus ou cycles circulaires. Efficacité thermique du cycle. État d'équilibre et de non-équilibre du fluide de travail. Processus et cycles réversibles et irréversibles. Cycle de Carnot idéal, son image sur le schéma pv. La deuxième loi de la thermodynamique pour les processus réversibles et irréversibles. L'entropie est sa signification physique. Diagramme Тs. Troisième loi de la thermodynamique.

Cours pratiques :

Calcul thermodynamique des cycles et détermination de leurs coefficients thermiques d'efficacité (efficacité), représentation des cycles sur les diagrammes pv et Ts.

Travail indépendant

Préparation des travaux pratiques ;

Étude systématique des notes de cours, de la littérature pédagogique et spéciale sur les questions des paragraphes, des chapitres des manuels

Résoudre des problèmes, faire des exercices

Thème 5.4. Cycles de gaz

Moteurs à combustion interne. Cycles ICE avec différentes façons apport de chaleur. Leurs images sont représentées sur les diagrammes pv et Ts. Efficacité thermique des cycles des moteurs à combustion interne. Unités de turbine à gaz. Cycles GTU avec diverses méthodes d'apport de chaleur. Leurs images sont représentées sur les diagrammes pv et Ts. Efficacité thermique des cycles de turbines à gaz. Principes thermodynamiques du fonctionnement du compresseur. Illustration du cycle du compresseur sur les diagrammes pv et Ts.

Cours pratiques :

Comparaison des efficacités thermiques des cycles de moteurs à combustion interne et de turbines à gaz avec diverses méthodes d'approvisionnement en chaleur.

Travail indépendant

enregistrement des travaux pratiques;

Résoudre des problèmes, faire des exercices

Thème 5.5. De vrais gaz. La vapeur d'eau et ses propriétés

Propriétés des gaz réels. Équation caractéristique des gaz de van der Waals réels. La vapeur d'eau est comme un vrai gaz. Vaporisation, évaporation, ébullition, condensation, sublimation, désublimation.

Vapeur d'eau saturée. Vapeur saturée sèche et humide. Vapeur surchauffée. Degré de sécheresse. Humidité et surchauffe. Courbes limites et point critique. Tableaux des propriétés thermodynamiques de l'eau et de la vapeur d'eau.

Cours pratiques :

Détermination des paramètres de vapeur d'eau à l'aide de tableaux.

Calcul des paramètres de vapeur saturée humide à l'aide de tableaux de vapeur d'eau et de dépendances mathématiques.

Travail indépendant

Préparation des travaux pratiques ;

Étude systématique des notes de cours, de la littérature pédagogique et spéciale sur les questions des paragraphes, des chapitres de manuels scolaires ;

Thème 5.6. Processus thermodynamiques de la vapeur d'eau

Les principaux processus de changement d'état de la vapeur d'eau : isobare, isochore, isotherme et adiabatique. Image des principaux processus thermodynamiques de la vapeur d'eau sur les diagrammes pv et Ts.

Détermination de la quantité de chaleur, des changements d'énergie interne, d'enthalpie, d'entropie et de volume spécifique de vapeur d'eau dans chaque processus thermodynamique.

Cours pratiques :

Calcul des processus de changement de l'état de la vapeur d'eau à l'aide de tableaux et de diagrammes.

Travail indépendant

Préparation des travaux pratiques ;

Étude systématique des notes de cours, de la littérature pédagogique et spéciale sur les questions des paragraphes, des chapitres de manuels scolaires ;

Résoudre des problèmes, faire des exercices.

Thème 5.7. Sortie et étranglement des gaz et des vapeurs

Concepts généraux d'expiration. Travail poussé et travail jetable.

Vitesse et vitesse critique d'expiration, deuxième débit massique de gaz. Dépendance du débit sortant au rapport de pression. Application pratique de l'expiration. Buse Laval combinée.

Le processus de limitation et ses fonctionnalités. Application technique de la limitation.

Cours pratiques :

Détermination des paramètres et caractéristiques de la vapeur d'eau lors de l'écoulement et de l'étranglement

Travail indépendant

enregistrement des travaux pratiques;

Préparation d'un résumé.

Sujets approximatifs des résumés :

Buse combinée Laval ;

Application pratique du processus de limitation ;

Application technique du processus d'expiration.

Thème 5.8. Cycles des centrales à turbine à vapeur.

Schéma d'installation d'une turbine à vapeur. Le cycle de Rankine est un cycle vapeur-eau idéal d'une centrale thermique, représentation du cycle sur les diagrammes pv et Ts. Cycle régénératif d’une centrale à turbine à vapeur. Cycle avec surchauffe intermédiaire de la vapeur. Cycles binaires et vapeur-gaz des centrales thermiques.

Cours pratiques :

Représentation des cycles des centrales à turbine à vapeur sur les diagrammes pv et Ts

Travail indépendant

Préparation des travaux pratiques ;

Étude systématique des notes de cours, de la littérature pédagogique et spéciale sur les questions des paragraphes, des chapitres des manuels

Section 6. Principes fondamentaux du transfert de chaleur

Thème 6.1. Dispositions de base de la théorie du transfert de chaleur.

Le processus de transfert de chaleur par conduction, convection et rayonnement. Le concept de transfert de chaleur. Transfert de chaleur à travers un mur plat monocouche. loi de Fourier

Transfert de chaleur par conduction thermique à travers une paroi plane multicouche. Transfert de chaleur par conduction thermique à travers une paroi cylindrique multicouche.

Cours pratiques :

Détermination du coefficient de conductivité thermique et calcul de la quantité de chaleur transférée par conductivité thermique à travers les murs diverses formes.

Travail indépendant

Préparation des travaux pratiques ;

Étude systématique des notes de cours, de la littérature pédagogique et spéciale sur les questions des paragraphes, des chapitres des manuels

Thème 6.2. Transfert de chaleur par convection. Dissipation thermique et transfert de chaleur.

Principes de base du transfert de chaleur par convection. Transfert de chaleur entre une paroi plane et un liquide. Coefficient de transfert de chaleur, sa signification physique Transfert de chaleur à travers une paroi multicouche et des parois cylindriques. Coefficient de transfert de chaleur, sa signification physique.

Cours pratiques :

Calcul de la quantité de chaleur transférée du liquide de refroidissement aux parois de différentes formes.

Travail indépendant

Préparation des travaux pratiques ;

Étude systématique des notes de cours, de la littérature pédagogique et spéciale sur les questions des paragraphes, des chapitres des manuels

Thème 6.3. Transfert de chaleur lors de la libre circulation du fluide, écoulement longitudinal et transversal forcé autour des tuyaux, modifications de l'état d'agrégation de la matière.

Facteurs qui déterminent la libre circulation des fluides. Répartition des températures et des vitesses dans la couche limite. La nature du mouvement du fluide le long d’une paroi verticale, à proximité de tuyaux et de plaques horizontaux. Équation de détermination du coefficient de transfert thermique, conditions de son application.

Transfert de chaleur lors d'un écoulement longitudinal autour de tuyaux lisses en mode turbulent. Coefficient de transfert de chaleur. Le processus de transfert de chaleur lors d'un écoulement transversal autour des tuyaux. Disposition en damier et en couloir des canalisations en faisceaux. Équation de critère.

Conditions propices à la condensation. Résistance thermique lors de la condensation de la vapeur. Détermination du coefficient de transfert thermique lors de la condensation. Condition d'ébullition. Coefficient de transfert de chaleur pendant l'ébullition et sa dépendance à divers facteurs.

Cours pratiques :

Calcul du coefficient de transfert de chaleur à l'aide d'équations critères dans divers cas de transfert de chaleur par convection.

Travail indépendant

Préparation des travaux pratiques ;

Résolution de problèmes, réalisation d'exercices,

Thème 6.4. Concepts de base et lois du rayonnement thermique. Échange de chaleur par rayonnement entre corps.

Propriétés du rayonnement thermique. Capacité d’absorption, de réflexion et de transmission des corps. Lois fondamentales du rayonnement thermique : lois de Planck, Stefan-Boltzmann, Lambert, Kirchhoff. Divers cas de transfert de chaleur par rayonnement.

Cours pratiques :

Calcul de la quantité de chaleur rayonnante, du degré de noirceur de la surface des corps. émissivité et capacité d’absorption des corps.

Travail indépendant

Préparation des travaux pratiques ;

Étude systématique des notes de cours, de la littérature pédagogique et spéciale sur les questions des paragraphes, des chapitres des manuels

Thème 6.5. Échangeurs de chaleur.

Objectif et classification des échangeurs de chaleur. Principe de fonctionnement des échangeurs de chaleur à surface et à mélange. Schémas d'écoulement de base des liquides de refroidissement. Équation du bilan thermique et du transfert de chaleur dans un échangeur de chaleur. Coefficient de transfert de chaleur de l'échangeur de chaleur. Détermination de la surface chauffante de l'échangeur de chaleur.

Cours pratiques :

Elaboration de l'équation du bilan thermique et du transfert de chaleur dans les échangeurs de chaleur.

Travail indépendant

enregistrement des travaux pratiques;

Individuel travail académiqueétudiants

Test pour la section 6. Fondements du transfert de chaleur

Pour caractériser le niveau de maîtrise du matériel pédagogique, les désignations suivantes sont utilisées :

1. – familiarisation (reconnaissance d'objets, propriétés précédemment étudiés) ;

2. – reproductif (effectuer des activités selon un modèle, des instructions ou sous direction) ;

3. – productif (planification et exécution indépendante des activités, résolution de problèmes problématiques).

3. conditions de mise en œuvre du programme disciplinaire

3.1. Exigences logistiques minimales

La mise en œuvre d’une discipline académique nécessite un laboratoirehydraulique, thermique et aérodynamique.

Matériel de classe :

sièges en fonction du nombre d'étudiants;

lieu de travail de l'enseignant équipé d'un ordinateur personnel avec un ordinateur sous licence ou gratuit logiciel, correspondant aux sections du programme et connectés à Internet et aux moyens de sortie des informations audio ;

un ensemble de supports pédagogiques et visuels « Fondamentaux de l'hydraulique, du génie thermique et de l'aérodynamique » ;

modèles volumétriques de pompes et de ventilateurs ;

laboratoire virtuel « Hydraulique » ;

scanner;

Imprimante.

Aides techniques à la formation :

projecteur multimédia ou tableau multimédia ;

caméra photo et/ou vidéo ;

webcam.

3.2. Support informationnel pour la formation

Sources principales:

1. O.N. Bryukhanov, V.A.Zhila. Fondamentaux de l'hydraulique, du génie thermique et de l'aérodynamique. - M. : Infra-M, 2010.

2. I.A. Pribytkov, I.A. Lévitski. Fondements théoriques du génie thermique.- M. : Centre d'édition "Académie", 2004.

Sources supplémentaires :

DANS ET. Kalitsun. Hydraulique, adduction d'eau et assainissement. – M. : Stroyizdat, 2000.

V.I. Kalitsun, E.V. , K.I. . Fondamentaux de l'hydraulique, du génie thermique et de l'aérodynamique. – M. : Stroyizdat, 2005.

V.N. Loukanine. Ingénierie thermique. – M. : Ecole Supérieure, 1999.

Ressources Internet :

http://twt.mpei.ru/GDHB/OGTA.html

4. Suivi et évaluation des résultats de la maîtrise de la Discipline

Contrôle et évaluation les résultats de la maîtrise de la discipline académique sont réalisés par l'enseignant dans le cadre de la conduite de cours pratiques et de travaux de laboratoire, de tests, ainsi que par la réalisation de devoirs et de projets individuels par les étudiants.

Résultats d'apprentissage

(compétences maîtrisées, connaissances acquises)

Formes et méthodes de suivi et d'évaluation des résultats d'apprentissage

doit être capable de:

effectuer des calculs d'ingénierie thermique :

Cycles thermodynamiques des moteurs thermiques et des centrales thermiques ;

Soutenance de travaux pratiques

Consommation de carburant; chaleur et vapeur pour la production d'énergie ;

Travaux de test sur le sujet

Efficacité des cycles thermodynamiques des moteurs thermiques et des centrales thermiques ;

Soutenance de travaux pratiques

Pertes de chaleur à travers les enveloppes des bâtiments, l'isolation des canalisations et des équipements de chauffage ;

Soutenance de travaux pratiques

Bilans thermiques et matières, surface de chauffe des échangeurs de chaleur ;

Soutenance de travaux pratiques

Déterminer les paramètres pour les calculs hydrauliques des canalisations et des conduits d'air ;

Travaux de test sur le sujet

Construire les caractéristiques des pompes et des ventilateurs.

Auto contrôle devoirs

Enquête sur les missions individuelles

Grâce à la maîtrise de la discipline académique, l'étudiant doit savoir:

Paramètres de l'état d'un système thermodynamique, unités de mesure et relations entre elles ;

Lois fondamentales de la thermodynamique, processus de changement d'état des gaz parfaits, de la vapeur d'eau et de l'eau ;

Cycles des moteurs thermiques et des centrales thermiques ;

Évaluation des exercices oraux et écrits

Test

Propriétés physiques des liquides et des gaz ;

Interrogatoire frontal et individuel lors des séances en classe

Lois de l'hydrostatique et de l'hydrodynamique ;

Évaluation des questionnements frontaux et individuels lors de la formation présentielle.

Analyse des résultats des tests écrits.

Test

Principales tâches et procédure de calcul hydraulique des canalisations ;

Contrôle d'auto-travail

Types, dispositifs et caractéristiques des pompes et des ventilateurs.

Analyse des résultats des tests écrits

Développeur:

OBOU SPO "KMT" _________ __ professeur _____ __ Les AA Katalnikova

Experts:

OBOU SPO "KMT" ________ _ méthodiste ___ ____ M. G. Denisova _____

____________________ _______ ___________________ _________________________

(lieu de travail) signature (fonction) (initiales, nom)

MINISTÈRE DE L'AGRICULTURE ET DE L'ALIMENTATION DE LA RÉPUBLIQUE DE BÉLARUS

EE "COLLÈGE AGRICOLE-TECHNIQUE DE L'ÉTAT DE LA VILLE"

LES BASES DU GÉNIE CHALEUREUX ET HYDRAULIQUE

manuel pour les étudiants par correspondance

en questions et réponses

Partieje

Ville

"Considéré"

lors d'une réunion de la commission méthodologique

disciplines professionnelles générales

Protocole n°______ du________________

Président: ________

Le manuel est destiné aux étudiants par correspondance des spécialités 2-74 06 01 « Appui technique aux processus de production agricole » et 2-74 06 31 « Approvisionnement en énergie pour la production agricole » pour l'auto-apprentissage de la discipline « Fondamentaux du génie thermique et de l'hydraulique » .

Introduction. 5

Complexe combustible et énergétique de la République de Biélorussie. 6

Fluide de travail et ses paramètres.. 11

Lois fondamentales sur le gaz... 12

Équations de base de la thermodynamique. 14

Mélanges de gaz. La loi de Dalton. 16

Capacité thermique : ses types, calcul de la consommation thermique pour le chauffage. 18

Capacité thermique dans les procédés à pression et volume constants 19

La première loi de la thermodynamique et son expression analytique. 21

Le concept de processus thermodynamique, leurs types.. 22

Processus isochore. Son graphique en - coordonnées et équations de base 23

Processus isobare. Son graphique en - coordonnées et équations de base 24

Processus isotherme. Son graphique en - coordonnées et équations de base 26

Processus adiabatique. Son graphique en - coordonnées et équations de base 28

Processus circulaire. Son calendrier et son efficacité.. 30

Le cycle de Carnot et son efficacité.. 31

Vapeur d'eau Définitions basiques. 33

Le processus de vaporisation en - coordonnées. 35

Cycle idéal d'une centrale à vapeur et son efficacité.. 37

C. Leur classement. 40

Cycles idéaux pour le D.V.S. Leur efficacité... 42

Cycles réels du moteur à combustion interne, détermination de la puissance. 45

Bilan thermique et consommation spécifique de carburant dans les moteurs à combustion interne.. 48

Schéma de fonctionnement et schéma indicateur d'un compresseur mono-étage 49

Diagramme indicateur d'un vrai compresseur. 51

Compresseurs à pistons multi-étagés.. 53

Le concept de fonctionnement des compresseurs centrifuges, axiaux et rotatifs 56

Méthodes de transfert de chaleur. 58

Transfert de chaleur par conduction à travers une paroi plane monocouche 60

Conduction thermique à travers une paroi multicouche. 62

Conduction thermique à travers des parois cylindriques. 64

Transfert de chaleur par convection. 66

Transfert de chaleur par rayonnement.. 67

Échangeurs de chaleur. Leurs types.. 70

Bases de calcul des échangeurs de chaleur. 72

Transfert de chaleur complexe à travers un mur plat. 75

Transfert de chaleur à travers une paroi cylindrique. 78

Introduction

La discipline « Fondements du génie thermique et de l'hydraulique » implique que les étudiants étudient les fondamentaux de la thermodynamique et de l'hydraulique, les principes de fonctionnement des chaudières et installations de séchage, des moteurs à combustion interne, des compresseurs, des machines frigorifiques, des chauffe-eau solaires et des pompes. Le principal problème énergétique auquel est confrontée la science est d'améliorer les performances techniques et économiques des équipements de chauffage et d'électricité, ce qui entraînera sans aucun doute une réduction de la consommation de carburant et une augmentation de l'efficacité.

Génie thermique - la principale branche de l'industrie et de l'agriculture, engagée dans la transformation des ressources thermiques naturelles en énergie thermique, mécanique et électrique. Une partie intégrante de l'ingénierie thermique est thermodynamique technique, qui étudie les phénomènes physiques liés à la conversion de la chaleur en travail. Sur la base des lois de la thermodynamique, des calculs de moteurs thermiques et d'échangeurs de chaleur sont effectués. Les conditions pour la plus grande efficacité des centrales électriques sont déterminées. Les auteurs d'ouvrages classiques sur la thermodynamique ont grandement contribué au développement de l'ingénierie thermique.

Les lois du transfert de chaleur convective et radiante ont été systématisées.

Ils jetèrent les bases de la conception et de la construction de chaudières et de moteurs à vapeur.

La connaissance des lois de la thermodynamique technique et la capacité de les appliquer dans la pratique permettent d'améliorer le fonctionnement des moteurs thermiques et de réduire la consommation de carburant, ce qui est très important à l'heure actuelle, alors que les prix des matières premières d'hydrocarbures augmentent et que les volumes de consommation augmentent.

question 1

Complexe combustible et énergétique de la République de Biélorussie

La priorité absolue de la politique énergétique de la République de Biélorussie, ainsi que l'approvisionnement durable du pays en ressources énergétiques, est la création des conditions nécessaires au fonctionnement et au développement de l'économie avec l'utilisation la plus efficace des combustibles et des ressources énergétiques.

Les propres réserves de carburant et de ressources énergétiques de la République de Biélorussie sont insuffisantes et représentent environ 15 à 20 % de la quantité consommée. Il existe une quantité suffisante de tourbe et de bois, de lignite et de schiste plutôt faible en calories.

La République de Biélorussie produit environ 2 millions de tonnes de pétrole par an. Le gaz représente environ 320 à 330 000 tonnes d’équivalent carburant. Le reste des approvisionnements énergétiques est acheté à l’étranger, principalement en Russie.

Les prix de l’énergie ont considérablement augmenté. Donc pour 1000m3 de gaz 115u. e, pétrole – par tonne 230 USD. e) La République de Biélorussie achète environ 22 milliards de gaz naturel et environ 18 millions de pétrole par an. Afin que la sécurité énergétique du pays ne dépende pas d’un seul fournisseur, des négociations sont en cours avec l’Azerbaïdjan, le Moyen-Orient et le Venezuela, qui vendront à l’avenir des hydrocarbures sous forme de pétrole.

Actuellement, le gouvernement et le Comité de conservation de l'énergie accordent une grande importance à l'utilisation de combustibles locaux et, d'ici 2010, ils devraient réduire la consommation des ressources énergétiques achetées de 20 à 25 %.

Tourbe.

Plus de 9 000 gisements de tourbe ont été explorés dans la république, avec une superficie totale dans les limites de la profondeur industrielle du gisement de 2,54 millions d'hectares et des réserves initiales de tourbe de 5,65 milliards de tonnes. À ce jour, les réserves géologiques restantes sont estimées à 4,3 milliards. tonnes, soit 75 % de celles d'origine.

Les principales réserves de tourbe résident dans des gisements exploités par l'agriculture (1,7 milliards de tonnes et 39 % des réserves restantes) ou classés sites environnementaux (1,6 milliards de tonnes soit 37 %).

Les ressources en tourbe allouées au fonds aménagé sont estimées à 260 millions de tonnes, soit 6 % des réserves restantes. Les réserves récupérables lors du développement du champ sont estimées entre 110 et 140 millions de tonnes.

Schistes bitumineux.

Les réserves prévues de schistes bitumineux (gisements Lyubanskoye et Turovskoye) sont estimées à 11 milliards de tonnes, les réserves industrielles à 3 milliards. T.

Le plus étudié est le gisement de Turov, dans lequel a déjà été exploré le premier champ minier avec des réserves de 475 à 697 millions de tonnes ; 1 million de tonnes de ces schistes équivaut à environ 220 000 tonnes. ici. Chaleur de combustion – 1 000-1 500 kcal/kg, teneur en cendres -75 %, rendement en résine 6 – 9,2 %, teneur en soufre 2,6 %

En termes d'indicateurs de qualité, les schistes bitumineux biélorusses ne sont pas un combustible efficace en raison de leur teneur élevée en cendres et de leur faible pouvoir calorifique. Ils nécessitent un traitement thermique préalable pour produire du combustible liquide et gazeux. Compte tenu du fait que le coût des produits obtenus est supérieur aux prix mondiaux et au pétrole, ainsi que des dommages environnementaux dus à l'émergence d'énormes décharges de cendres et à la teneur en substances cancérigènes des cendres. La production de schiste bitumineux n’est pas réalisable au cours de la période de prévision.

Charbons bruns.

Les réserves totales de lignite s'élèvent à 151,6 millions de tonnes

Deux gisements du champ de Zhitkovichi ont été développés en détail et préparés pour le développement industriel : Severnaya (23,5 millions de tonnes) et Naydinskaya (23,1 millions de tonnes), deux autres gisements (Yuzhnaya - 13,8 millions de tonnes et Kolmenskaya - 8,6 millions de tonnes) précédemment explorés.

L'utilisation de lignite est possible en combinaison avec de la tourbe sous forme de briquettes.

Le coût estimé des réserves de charbon est estimé à 2 t.e. dans l'année.

Bois de chauffage.

Dans l'ensemble de la république, le volume annuel d'approvisionnement centralisé en bois de chauffage et en déchets de scierie est d'environ 0,94 à 1,00 million de tonnes d'équivalent combustible. t. Une partie du bois de chauffage parvient à la population par auto-approvisionnement, dont le volume est estimé à

0,3 à 0,4 million d'e.t.

Les capacités maximales de la république en matière d'utilisation du bois de chauffage comme combustible peuvent être déterminées sur la base de la croissance annuelle naturelle du bois, estimée à environ 25 millions de mètres cubes. m ou 6,6 millions de t.e. tonnes par an (si l'on brûle tout ce qui pousse), y compris dans les zones contaminées. Région de Gomel - 20 000 mètres cubes. m ou 5,3 mille t.e. Pour utiliser le bois de ces zones comme combustible, il est nécessaire de développer et de mettre en œuvre des technologies et des équipements de gazéification. Compte tenu du fait qu'il est prévu de doubler la récolte de bois pour la production d'énergie thermique d'ici 2015, le volume annuel projeté de bois de chauffage d'ici 2010 pourrait atteindre 1,8 million de tonnes d'équivalent combustible.

Sources d'énergie renouvelables.

La capacité potentielle de tous les cours d'eau de Biélorussie est de 850 MW, dont 520 MW techniquement accessibles et économiquement réalisables - 250 MW. Grâce aux ressources hydroélectriques, d'ici 2010, il sera possible de produire 40 millions de kWh et, par conséquent, de déplacer 16 000 tce.

Sur le territoire de la République de Biélorussie, 1 840 sites ont été identifiés pour l'implantation d'éoliennes avec un potentiel théorique de 1 600 MW et une production annuelle d'électricité de 16 000 tonnes d'équivalent combustible.

Cependant, jusqu'en 2015, l'utilisation techniquement possible et économiquement réalisable du potentiel éolien ne dépassera pas 5 % de la puissance installée et s'élèvera à 720 - 840 millions de kWh.

Réserves énergétiques mondiales.

Le manuel méthodologique « Lois fondamentales de l'hydraulique » est un court cours théorique qui décrit les termes et dispositions de base.

Le manuel est recommandé pour aider les étudiants de la spécialité « Installation et fonctionnement de systèmes et d'équipements d'alimentation en gaz » en classe ou parascolaires. travail indépendant et enseignant des disciplines « Fondements de l'hydraulique, du génie thermique et de l'aérodynamique », « Hydraulique ».

À la fin du manuel, vous trouverez une liste de questions pour l'auto-apprentissage et une liste de littérature recommandée pour l'étude.

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Développement méthodologique

dans la discipline « Fondements de l'hydraulique, du génie thermique et de l'aérodynamique » :

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Le manuel méthodologique « Lois fondamentales de l'hydraulique » est un court cours théorique qui décrit les termes et dispositions de base.

Le manuel est recommandé pour aider les étudiants de la spécialité « Installation et fonctionnement de systèmes et équipements d'alimentation en gaz » lors de travaux indépendants en classe ou parascolaires et les enseignants des disciplines « Fondamentaux de l'hydraulique, du génie thermique et de l'aérodynamique », « Hydraulique ».

À la fin du manuel, vous trouverez une liste de questions pour l'auto-apprentissage et une liste de littérature recommandée pour l'étude.

Introduction…………………………………………………………………………………....4

1. Hydrostatique, notions de base…………………………………….......5
2. Équation de base de l'hydrostatique……………………………………7
3. Types de pression hydrostatique................................................................ ...................... ........8
4. Loi de Pascal, application pratique……………………………...9
5. Loi d'Archimède. Conditions pour les corps flottants……………………………..11
6. Paradoxe hydrostatique……………………………………………..13
7. Hydrodynamique, notions de base……………………………………..14
8. Équation de continuité (continuité)……………………………16
9. L'équation de Bernoulli pour un fluide idéal…………………….......17
10. L'équation de Bernoulli pour un fluide réel………………………….20
11. Questions pour auto-apprentissageétudiants………………..22

Conclusion……………………………………………………………...23

Références……………………………………………………………………..............24

Introduction

Ce manuel méthodologique couvre les sections « Hydrostatique » et « Hydrodynamique » de la discipline « Fondements de l'hydraulique, du génie thermique et de l'aérodynamique ». Le manuel décrit les lois fondamentales de l'hydraulique et aborde les termes et dispositions de base.

Le matériel est présenté conformément aux exigences du programme d'études de cette discipline et du complexe pédagogique et méthodologique de la spécialité « Installation et exploitation de systèmes et équipements d'alimentation en gaz ».

Le manuel est un cours théorique, il peut être utilisé pour étudier des sujets individuels d'une discipline académique, ainsi que pour un travail indépendant parascolaire.

Veuillez noter que la dernière étape de ce guide pédagogique est une liste de questions pour l’auto-apprentissage des étudiants sur tous les sujets présentés.

1. Hydrostatique, concepts de base

L'hydrostatique est une branche de l'hydraulique qui étudie les lois de l'équilibre des fluides et leur interaction avec les surfaces limites.

Considérons un liquide en état d'équilibre absolu, c'est-à-dire au repos. Sélectionnons un volume infinitésimal à l'intérieur du liquideΔ V et considérons les forces agissant sur lui de l'extérieur.

Il existe deux types de forces externes : surfaciques et volumétriques (masse).

Forces de surface - ce sont des forces agissant directement sur la surface extérieure d'un volume de liquide sélectionné. Ils sont proportionnels à l’aire de cette surface. De telles forces sont provoquées par l'influence de volumes de liquide voisins sur un volume donné ou par l'influence d'autres corps.

Forces volumétriques (de masse)sont proportionnels à la masse du volume de liquide alloué et agissent sur toutes les particules à l'intérieur de ce volume. Des exemples de forces corporelles sont la gravité, la force centrifuge, la force d'inertie, etc.

Pour caractériser les forces internes agissant sur un volume de liquide sélectionné, nous introduisons un terme spécial. Pour ce faire, considérons un volume arbitraire de liquide en équilibre sous l’action de forces extérieures.

A l'intérieur de ce volume de liquide nous sélectionnons une très petite zone. La force agissant sur cette zone lui est normale (perpendiculaire), alors le rapport est :

représente la pression hydrostatique moyenne présente sur le siteΔω . Sinon, on peut caractériser que sous l'influence de forces extérieures, un état de contrainte du liquide apparaît, caractérisé par l'apparition d'une pression hydrostatique.

Pour déterminer la valeur exacte de p en un point donné, il faut déterminer la limite de ce rapport en. qui déterminera la véritable pression hydrostatique en un point donné :

La dimension [p] est égale à la dimension de contrainte, c'est-à-dire

[p]= [Pa] ou [kgf/m 2 ]

Propriétés de la pression hydrostatique

Sur la surface extérieure d'un liquide, la pression hydrostatique est toujours dirigée le long de la normale interne, et en tout point à l'intérieur du liquide sa valeur ne dépend pas de l'angle d'inclinaison de la plate-forme sur laquelle elle agit.

Une surface dont la pression hydrostatique est la même en tous points est appeléesurface d'égale pression. De telles surfaces comprennentSurface libre, c'est-à-dire l'interface entre un liquide et un milieu gazeux.

La pression est mesurée dans le but d'une surveillance continue et d'une régulation rapide de tous les paramètres du processus. Pour chaque processus technologique, une carte de régime particulière est élaborée. Il existe des cas connus où, avec une augmentation incontrôlée de la pression, un fût de plusieurs tonnes d'une chaudière énergétique s'est envolé, comme un ballon de football, sur plusieurs dizaines de mètres, détruisant tout sur son passage. Une diminution de pression n'entraîne pas de destruction, mais entraîne :

• défauts du produit ;
• consommation excessive de carburant.

1. Équation de base de l'hydrostatique

Figure 1 - Démonstration de l'équation de base de l'hydrostatique

Pour tout point du liquide qui est en état d'équilibre (voir Fig. 1), l'égalité est vraie

z+p/γ = z 0 +p 0 /γ = ... = H,

où p est la pression en un point A donné (voir figure) ; p 0 - pression sur la surface libre du liquide ; p/γ et p 0 /γ est la hauteur des colonnes de liquide (de densité γ), correspondant aux pressions au point considéré et à la surface libre ; z et z 0 - les coordonnées du point A et de la surface libre du liquide par rapport à un plan de comparaison horizontal arbitraire (x0y) ; H - colonne d'eau hydrostatique. De la formule ci-dessus il résulte :

p = p 0 +γ(z 0 -z) ou p = p 0 +γ h

où h est la profondeur d'immersion du point considéré. Les expressions ci-dessus sont appeléeséquation de base de l'hydrostatique. La quantité γ h représentepoids de la colonne de liquide hauteur h.

Conclusion: Pression hydrostatique p en un point donné est égal à la somme des pressions à la surface libre du liquide p 0 et la pression produite par une colonne de liquide d'une hauteur égale à la profondeur d'immersion de la pointe.

3. Types de pression hydrostatique

La pression hydrostatique est mesurée dans le système SI - Pa. De plus, la pression hydrostatique est mesurée en kgf/cm 2 , hauteur de la colonne de liquide (en m de colonne d'eau, mm Hg, etc.) et en atmosphères physique (atm) et technique (at).

Absolu est la pression créée sur un corps par un seul gaz sans tenir compte des autres gaz atmosphériques. Elle se mesure en Pa (pascals). La pression absolue est la somme de la pression atmosphérique et de la surpression.

Barométrique(atmosphérique) est la pression de gravité sur tous les objets dans l'atmosphère. La pression atmosphérique normale est créée par une colonne de mercure de 760 mm à une température de 0°C.

Vide appelée la différence négative entre la pression mesurée et la pression atmosphérique.

Différence entre la pression absolue p et la pression atmosphérique p UN appelé surpression et noté p cabane:

p out = p - p a

ou

r out /γ = (p - p a )/γ = h p

hp dans ce cas, on l'appellehauteur piézométrique, qui est une mesure de surpression.

En figue. 2 a) montre un réservoir fermé contenant du liquide, à la surface duquel la pression p 0 . Piézomètre connecté au réservoir P. (voir figure ci-dessous) détermine la surpression au point UN .

La pression absolue et la surpression, exprimées en atmosphères, sont respectivement désignées ata et ati.

Pression de vide, ou vide, - manque de pression par rapport à l'atmosphérique (déficit de pression), c'est-à-dire la différence entre la pression atmosphérique ou barométrique et absolue :

p vide = p a - p

ou

r vac /γ = (p a - p)/γ = h vac

où h vac - hauteur du vide, c'est-à-dire lecture du vacuomètre DANS , relié au réservoir illustré à la Fig. 2b). Le vide est exprimé dans les mêmes unités que la pression, ainsi qu'en fractions ou pourcentages de l'atmosphère.

Figure 2 a - Lectures du piézomètre Figure 2 b - Lectures du vacuomètre"

Des deux dernières expressions il résulte que le vide peut varier de zéro à la pression atmosphérique ; valeur h maximale farfelu sous des conditions normales pression atmosphérique(760 mm Hg) équivaut à 10,33 m d'eau. Art.

4. La loi de Pascal, son application en pratique

D'après l'équation de base de l'hydrostatique, la pression à la surface du liquide p 0 est transmis à tous les points du volume liquide et dans toutes les directions de manière égale. Voilà de quoi il s'agit La loi de Pascal.

Cette loi a été découverte par le scientifique français B. Pascal en 1653. On l'appelle parfois la loi fondamentale de l'hydrostatique.

La loi de Pascal peut être expliquée en termes de structure moléculaire de la matière. Dans les solides, les molécules forment un réseau cristallin et vibrent autour de leurs positions d’équilibre. Dans les liquides et les gaz, les molécules ont une liberté relative ; elles peuvent se déplacer les unes par rapport aux autres. C'est cette caractéristique qui permet à la pression exercée sur un liquide (ou un gaz) de se transmettre non seulement dans la direction de la force, mais dans toutes les directions.

La loi de Pascal a trouvé une large application dans la technologie moderne. Le travail des superpresses modernes, qui permettent de créer des pressions d’environ 800 MPa, est basé sur la loi de Pascal. En outre, cette loi sert de base au fonctionnement des systèmes d'automatisation hydrauliques qui contrôlent vaisseaux spatiaux, avions de ligne, machines à commande numérique, excavatrices, camions-bennes, etc.

La loi de Pascal n'est pas applicable dans le cas d'un liquide (gaz) en mouvement, ainsi que dans le cas où le liquide (gaz) est dans un champ gravitationnel ; par exemple, on sait que la pression atmosphérique et hydrostatique diminue avec l'altitude.

Figure 3 - Démonstration de la loi de Pascal

Considérons le dispositif le plus célèbre qui utilise la loi de Pascal comme principe de fonctionnement. Il s'agit d'une presse hydraulique.

La base de toute presse hydraulique est constituée de vases communicants sous la forme de deux cylindres. Le diamètre d’un cylindre est beaucoup plus petit que le diamètre de l’autre cylindre. Les cylindres sont remplis de liquide, comme de l'huile. Ils sont bien fermés avec des pistons sur le dessus. Comme on peut le voir sur la Fig. 4 ci-dessous, aire d'un piston S 1 plusieurs fois plus petite que la surface de l'autre piston S 2 .

Figure 4 - Vases communicants

Supposons qu'une force soit appliquée à un petit piston F1 . Cette force va agir sur le liquide, réparti sur la zone S1 . La pression exercée par un petit piston sur le liquide peut être calculée à l'aide de la formule :

Selon la loi de Pascal, cette pression sera transmise sans changement à aucun point du liquide. Cela signifie que la pression exercée sur le gros piston p 2 sera le même :

Cela implique:

Ainsi , la force agissant sur le gros piston sera d'autant de fois supérieure à la force appliquée sur le petit piston que l'aire du gros piston est supérieure à l'aire du petit piston.

De ce fait, la machine hydraulique permet d'obtenir gagner en force égal au rapport de l'aire du plus gros piston à l'aire du plus petit piston.

5. Loi d'Archimède. État des corps flottants

Un corps immergé dans un liquide, en plus de la gravité, est soumis à une force de poussée : la force d'Archimède. Le liquide appuie sur tous les côtés du corps, mais la pression n’est pas la même. Après tout, le bord inférieur du corps est plus immergé dans le liquide que le bord supérieur et la pression augmente avec la profondeur. Autrement dit, la force agissant sur la face inférieure du corps sera supérieure à la force agissant sur la face supérieure. Par conséquent, une force apparaît qui tente de pousser le corps hors du liquide.

La valeur de la force d'Archimède dépend de la densité du liquide et du volume de la partie du corps située directement dans le liquide. La force d'Archimède opère non seulement dans les liquides, mais aussi dans les gaz.

Loi d'Archimède : un corps immergé dans un liquide ou un gaz est soumis à une force de flottaison égale au poids du liquide ou du gaz dans le volume du corps.

La force d'Archimède agissant sur un corps immergé dans un liquide peut être calculée par la formule :

où ρ – densité du liquide, V Ven – le volume de la partie du corps immergée dans le liquide.

Un corps qui se trouve à l’intérieur d’un liquide est soumis à l’action de deux forces : la gravité et la force d’Archimède. Sous l’influence de ces forces, le corps peut bouger. Il existe trois conditions pour les corps flottants (Fig. 5) :

• si la force de gravité est supérieure à la force d'Archimède, le corps coulera et coulera jusqu'au fond ;
• si la force de gravité est égale à la force d'Archimède, alors le corps peut être en équilibre en tout point du liquide, le corps flotte à l'intérieur du liquide ;
• si la force de gravité est inférieure à la force d'Archimède, le corps flottera et s'élèvera.

Figure 5 - Conditions pour les corps flottants

Le principe d'Archimède est également utilisé pour l'aéronautique. Les frères Montgolfier ont créé la première montgolfière en 1783. En 1852, le Français Giffard créa un dirigeable - un ballon contrôlé doté d'un gouvernail pneumatique et d'une hélice.

6. Paradoxe hydrostatique

Si le même liquide est versé à la même hauteur dans des récipients de formes différentes, mais avec la même surface inférieure, alors, malgré le poids différent du liquide versé, la force de pression sur le fond est la même pour tous les récipients et est égale à le poids du liquide dans un récipient cylindrique.

Ce phénomène est appeléparadoxe hydrostatiqueet s'explique par la propriété d'un liquide de transmettre la pression qui s'exerce sur lui dans toutes les directions.

Dans des récipients de formes différentes (Fig. 6), mais avec la même surface inférieure et le même niveau de liquide, la pression du liquide sur le fond sera la même. On peut calculer :

P = p ⋅ S = g ⋅ ρ ⋅ h ⋅ S

S – zone inférieure

h – hauteur de la colonne de liquide

Figure 6 - Navires de formes différentes

La force avec laquelle le liquide appuie sur le fond du récipient ne dépend pas de la forme du récipient et est égale au poids d'une colonne verticale dont la base est le fond du récipient et la hauteur est la hauteur de la colonne liquide.

En 1618, Pascal étonnait ses contemporains en faisant éclater un tonneau avec juste une tasse d'eau versée dans un tube fin et haut inséré dans le tonneau.

7. Hydrodynamique, concepts de base

L'hydrodynamique est la branche de l'hydraulique qui étudie les lois du mouvement des fluides sous l'influence de forces externes appliquées et leur interaction avec les surfaces.

L'état d'un fluide en mouvement en chaque point est caractérisé non seulement par la densité et la viscosité, mais aussi, surtout, par la vitesse des particules du fluide et la pression hydrodynamique.

L'objet principal d'étude est l'écoulement d'un fluide, qui s'entend comme le mouvement d'une masse de fluide limitée totalement ou partiellement par une surface quelconque. La surface limite peut être solide (par exemple les berges d'une rivière), liquide (l'interface entre états d'agrégation) ou gazeux.

Le débit de fluide peut être stable ou instable. Le mouvement constant est le mouvement d'un fluide dans lequel, en un point donné du canal, la pression et la vitesse ne changent pas au fil du temps.

υ = f(x, y, z) et р = f(x, y, z)

Un mouvement dans lequel la vitesse et la pression changent non seulement à partir des coordonnées spatiales, mais aussi à partir du temps, est appelé instable ou non stationnaire υ = f(x, y, z, t) et р = f(x, y, z, t)

Un exemple de mouvement en régime permanent est l'écoulement d'un liquide provenant d'un récipient avec un niveau constamment maintenu à travers un tube conique. La vitesse de déplacement du liquide dans différentes sections du tube variera, mais dans chaque section, cette vitesse sera constante et ne changera pas dans le temps.

Si dans une telle expérience le niveau de liquide dans le récipient n'est pas maintenu constant, alors le mouvement du liquide à travers le même tube conique aura un caractère instable (instable), puisque dans les sections du tube la vitesse ne sera pas constante dans temps (il diminuera avec une diminution du niveau de liquide dans le récipient).

Il y a la pression et la non-pression mouvement fluide. Si les parois restreignent complètement l'écoulement du liquide, alors le mouvement du liquide est appelé pression (par exemple, le mouvement du liquide à travers des tuyaux complètement remplis). Si la restriction du débit par les murs est partielle (par exemple, le mouvement de l'eau dans les rivières, les canaux), alors ce mouvement est appelé écoulement libre.

La direction des vitesses dans un écoulement est caractérisée par une ligne de courant.
Ligne actuelle – une courbe imaginaire tracée à l'intérieur d'un écoulement fluide de telle sorte que les vitesses de toutes les particules qui s'y trouvent à un instant donné soient tangentes à cette courbe.

Figure 7 – Ligne de cours d'eau

Une ligne de courant diffère d'une trajectoire en ce que cette dernière reflète le chemin d'une particule sur une certaine période de temps, tandis qu'une ligne de courant caractérise la direction de mouvement d'un ensemble de particules liquides à un moment donné. Lorsque le mouvement de la ligne de courant est constant, il coïncide avec les trajectoires des particules fluides.

Si l'on sélectionne une zone élémentaire dans la section transversale de l'écoulement du fluideΔS et tracez des lignes à travers les points de son contour, vous obtenez ce qu'on appelle tube actuel . Le liquide à l'intérieur du tube de courant se formefilet élémentaire. Un écoulement fluide peut être considéré comme un ensemble de tous les écoulements élémentaires en mouvement.

Figure 8 – Tube de courant

La section transversale active ω (m²) est la section transversale du flux perpendiculaire à la direction du flux. Par exemple, la section transversale active d'un tuyau est un cercle.

Le périmètre mouillé χ (« chi ») fait partie du périmètre de la partie habitable, limité par des murs pleins (sur la figure il est souligné par un trait épais).

Figure 9 – Section en direct

Rayon d'écoulement hydraulique R - le rapport entre la section active et le périmètre mouillé

Le débit Q est le volume de liquide V circulant par unité de temps t à travers la section ouverte ω.

Vitesse d'écoulement moyenne υ - la vitesse de déplacement du fluide, déterminée par le rapport du débit de fluide Q à la section transversale ouverte ω

Étant donné que la vitesse de déplacement des différentes particules d'un liquide diffère les unes des autres, la vitesse de déplacement est donc moyennée. Dans un tuyau rond, par exemple, la vitesse au niveau de l'axe du tuyau est maximale, tandis qu'au niveau des parois du tuyau, elle est nulle.

1. Équation de continuité

L'équation de continuité des écoulements découle de la loi de conservation de la matière et de la constance de l'écoulement du fluide tout au long de l'écoulement. Imaginons un tuyau à section variable.

Figure 10 – Démonstration de l’équation de continuité du jet

Le débit de fluide à travers le tuyau dans n'importe quelle section est constant, car la loi de conservation de l’énergie est satisfaite. Nous supposerons également que le fluide est incompressible. Alors Q 1 = Q 2 = const, d'où

ω 1 υ 1 = ω 2 υ 2

Ou une autre forme de cette équation est possible :

Ceux. vitesses moyennes version 1 et version 2 sont inversement proportionnels aux surfaces correspondantes des parties habitables w1 et w2 l'écoulement d'un fluide.

Ainsi, l'équation de continuité exprime la constance du débit volumique Q , et la condition de continuité du flux de liquide sur la longueur de l'écoulement constant de liquide.

9. L'équation de Bernoulli pour un fluide idéal

L'équation de Daniel Bernoulli, obtenue en 1738, montre la relation entre la pression p, la vitesse moyenne υ et la hauteur piézométrique z dans différentes sections de l'écoulement et exprime la loi de conservation de l'énergie d'un fluide en mouvement.

Considérons un pipeline de diamètre variable situé dans l'espace sous un angle β (voir Fig. 10)

Figure 11 – Démonstration de l'équation de Bernoulli pour un fluide idéal

Sélectionnons arbitrairement deux sections sur le tronçon de pipeline considéré : la section 1-1 et la section 2-2. Le liquide remonte le pipeline de la première section à la seconde avec un débit Q.

Pour mesurer la pression du liquide, on utilise des piézomètres - des tubes en verre à paroi mince dans lesquels le liquide monte en hauteur. Dans chaque section, des piézomètres sont installés dans lesquels le niveau de liquide monte à différentes hauteurs.

En plus des piézomètres, dans chaque section 1-1 et 2-2 se trouve un tube dont l'extrémité coudée est dirigée vers l'écoulement du liquide, appelé tube de Pitot. Le liquide dans les tubes de Pitot monte également à différents niveaux lorsqu'il est mesuré à partir de la ligne piézométrique.

Une ligne piézométrique peut être construite comme suit. Si nous plaçons plusieurs piézomètres similaires entre les sections 1-1 et 2-2 et traçons une courbe à travers les lectures des niveaux de liquide qu'ils contiennent, nous obtiendrons une ligne brisée (montrée sur la figure).

Mais la hauteur des niveaux dans les tubes de Pitot par rapport à une droite horizontale arbitraire 0-0 (plan de référence des coordonnées), appelé plan de comparaison, sera la même.

Si une ligne est tracée à travers les lectures des niveaux de liquide dans les tubes de Pitot, elle sera horizontale et reflétera le niveau d'énergie totale du pipeline.

Pour deux sections arbitraires 1-1 et 2-2 d’un écoulement de fluide idéal, l’équation de Bernoulli a la forme suivante :

Étant donné que les sections 1-1 et 2-2 sont prises arbitrairement, l'équation résultante peut être réécrite différemment :

L'équation est formulée comme suit :

La somme des trois termes de l'équation de Bernoulli pour toute section efficace d'un écoulement de fluide idéal est une valeur constante.

D'un point de vue énergétique, chaque terme de l'équation représente certains types d'énergie :

z 1 et z 2 - les énergies de position spécifiques, caractérisant l'énergie potentielle dans les sections 1-1 et 2-2 ;- les énergies de pression spécifiques, caractérisant l'énergie de pression potentielle dans les mêmes sections ;- les énergies cinétiques spécifiques dans les mêmes sections.

Il s'avère que l'énergie spécifique totale d'un fluide idéal dans n'importe quelle section est constante.

Il existe également une formulation de l'équation de Bernoulli d'un point de vue géométrique. Chaque terme de l'équation a une dimension linéaire. z 1 et z2 - les hauteurs géométriques des sections 1-1 et 2-2 au-dessus du plan de comparaison ;- les hauteurs piézométriques ;- les hauteurs de vitesse dans les sections indiquées.

Dans ce cas, l’équation de Bernoulli peut se lire comme suit : la somme des hauteurs géométriques, piézométriques et de vitesse pour un fluide idéal est une valeur constante.

10. Équation de Bernoulli pour un fluide réel

L'équation de Bernoulli pour l'écoulement d'un fluide réel diffère de l'équation de Bernoulli pour un fluide idéal.

Lorsqu'un fluide visqueux réel se déplace, des forces de friction apparaissent, par exemple, du fait que la surface du pipeline présente une certaine rugosité, pour laquelle le fluide dépense de l'énergie. En conséquence, l'énergie spécifique totale du fluide dans la section 1-1 sera supérieure à l'énergie spécifique totale dans la section 2-2 de la quantité d'énergie perdue.

Figure 12 – Démonstration de l'équation de Bernoulli pour un fluide réel

L'énergie perdue (pression perdue) est indiquée para une dimension linéaire.

L'équation de Bernoulli pour un fluide réel sera :

À mesure que le fluide passe de la section 1-1 à la section 2-2, la pression perdue augmente tout le temps (la pression perdue est mise en évidence par un ombrage vertical).

Ainsi, le niveau d'énergie initiale possédée par le fluide dans la première section pour la deuxième section sera la somme de quatre composantes : hauteur géométrique, hauteur piézométrique, hauteur de vitesse et perte de pression entre les sections 1-1 et 2-2.

De plus, deux autres coefficients α sont apparus dans l'équation 1 et α2 , qui sont appelés coefficients de Coriolis et dépendent du mode d'écoulement du fluide (α = 2 pour le mode laminaire, α = 1 pour le mode turbulent).

Altitude perduese compose de pertes de pression sur toute la longueur du pipeline, causées par la force de frottement entre les couches de liquide, et de pertes causées par des résistances locales (changements dans la configuration de l'écoulement, par exemple une vanne, la rotation d'un tuyau)

H longueurs + h places

En utilisant l'équation de Bernoulli, la plupart des problèmes d'hydraulique pratique sont résolus. Pour ce faire, deux sections sont sélectionnées le long de l'écoulement, de sorte que pour l'une d'elles les valeurs p, ρ soient connues, et pour l'autre section une ou les valeurs soient à déterminer. Avec deux inconnues pour la deuxième section, utilisez l'équation du débit de fluide constant υ 1 ω 1 = υ 2 ω 2 .

11. Questions pour l’auto-préparation des étudiants

1. En raison de quelles forces un corps flotte-t-il dans l’eau ? Expliquer les conditions dans lesquelles un corps commence à couler.
2. Quelle est, selon vous, la différence entre un liquide idéal et un liquide réel ? Un liquide idéal existe-t-il dans la nature ?
3. Quels types de pression hydrostatique connaissez-vous ?
4. Si l'on détermine la pression hydrostatique en un point fluide en profondeur h , alors quelles forces agiront sur ce point ? Énoncez et expliquez votre réponse.
5. Quelle loi physique sous-tend l'équation de continuité et l'équation de Bernoulli ? Expliquez votre réponse.
6. Nommer et décrire brièvement des appareils dont le principe de fonctionnement est basé sur la loi de Pascal.
7. Quel est le phénomène physique appelé paradoxe hydrostatique ?
8. Coefficient de Coriolis, vitesse moyenne d'écoulement, pression, perte de charge le long de la canalisation... Expliquez quelle équation relie toutes ces grandeurs, et ce qui n'est pas encore indiqué dans cette liste.
9. Donnez la formule reliant la densité et la densité.
10. L'équation de continuité du jet de fluide joue un rôle assez important en hydraulique. Pour quel type de liquide est-ce vrai ? Expliquez votre réponse.
11. Nommez les noms de tous les scientifiques cités dans ce manuel méthodologique et expliquez brièvement leurs découvertes.
12. Existe-t-il des fluides, des courants ou des vides idéaux dans le monde qui nous entoure ? Expliquez votre réponse.
13. Nommez les appareils de mesure des différents types de pression selon le schéma : « Type de pression..... - appareil..... ».
14. Donnez des exemples tirés de la vie quotidienne de types de mouvements de fluides sous pression et sans pression, stationnaires et instables.
15. À quelles fins le piézomètre, le baromètre et le tube de Pitot sont-ils utilisés en pratique ?
16. Que se passe-t-il si, lors de la mesure de la tension artérielle, on constate qu'elle est bien supérieure aux valeurs standard ? Et si c'était moins ? Expliquez votre réponse.
17. Quelle est la différence entre les objets d'étude des sections « hydrostatique » et « hydrodynamique » ?
18. Expliquer la signification géométrique et énergétique de l'équation de Bernoulli ?
19. Périmètre mouillé, section sous tension...Continuez cette liste et expliquez ce que caractérisent les termes listés.
20. Énumérez les lois de l’hydraulique que vous avez apprises dans ce manuel et quelle signification physique ont-elles ?

Conclusion

J'espère que ce support pédagogique aidera les étudiants à mieux comprendre le matériel pédagogique des disciplines « Hydraulique », « Fondements de l'hydraulique, du génie thermique et de l'aérodynamique » et, surtout, à se faire une idée des moments les plus « brillants » du discipline étudiée, c'est-à-dire sur les lois fondamentales de l'hydraulique. Ces lois sont à la base du fonctionnement de nombreux appareils que nous utilisons au travail et dans la vie quotidienne, souvent sans même nous en rendre compte.

Cordialement, Markova N.V.

Bibliographie

1. Brioukhanov O.N. Fondamentaux de l'hydraulique et du génie thermique : Manuel pour les étudiants. établissement moy. prof. éducation / Bryukhanov O.N., Melik-Arakelyan A.T., Korobko V.I. - M. : IC Academy, 2008. - 240 p.
2. Brioukhanov O.N. Fondamentaux de l'hydraulique, du génie thermique et de l'aérodynamique : manuel pour les étudiants. établissement moy. prof. éducation / Bryukhanov O.N., Melik-Arakelyan A.T., Korobko V.I. - M. : Infra-M, 2014, 253 p.
3. Gusev A. A. Fondamentaux de l'hydraulique : Un manuel pour les étudiants. établissement moy. prof. éducation / A.A. Gusev. - M. : Maison d'édition Yurayt, 2016. - 285 p.
4. Ukhin B.V. Hydraulique : Manuel pour étudiants. établissement moy. prof. éducation / Ukhin B.V., Gusev A.A. - M. : Infra-M, 2013, 432 p.

L'hydraulique est une science qui étudie les lois de l'équilibre et du mouvement des fluides, ainsi que les méthodes application pratique ces lois. Les lois de l'hydraulique sont utilisées dans la conception et la construction d'ouvrages hydrauliques, de machines hydrauliques, dans les calculs de canalisations, etc.

Les premiers résultats très importants de la recherche dans le domaine de l'hydraulique sont associés au nom de l'ancien scientifique grec Archimède (287-212 avant JC), qui a découvert la loi de l'équilibre d'un corps immergé dans un liquide. Cependant, après le règne d'Archimède, l'hydraulique n'a pas connu de développement notable pendant près de 1 700 ans.

Une nouvelle étape dans le développement de l’hydraulique s’ouvre à la Renaissance. Il convient ici de noter les travaux du scientifique néerlandais Stevin (1548-1620), qui a donné des règles pour déterminer la force de pression sur le fond et les parois des vaisseaux sanguins ; le scientifique italien Torricelli (1608-1647), qui a étudié les propriétés d'un liquide qui s'écoule et a découvert la loi de l'écoulement d'un liquide provenant d'un trou dans un récipient ; Mathématicien et physicien français Pascal (1623-1662), qui a formulé la loi de la transmission de la pression exercée à sa surface par un liquide.

B XVII-XVIII siècles. les lois les plus importantes ont été établies
hydromécanique. La découverte des lois de la mécanique par Newton (1643-1727) a créé la base nécessaire à l'étude des lois du mouvement des fluides. Newton a développé les bases de la théorie du frottement interne des liquides, qui a ensuite été développée par ses disciples, dont le scientifique russe N.P. Petrov (1836 - 1920). La théorie qu’il a développée s’appelle la théorie hydrodynamique de la lubrification.