Гидравлические системы автомобилей

Потери напора при турбулентном течении в трубах гидравлической системы. Характеристики насоса и насосной установки, графическая зависимость действительного напора, полезной мощности и КПД от подачи. Современные проблемы развития гидропередач автомобилей.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

"Гродненский государственный университет имени Янки Купалы"

Факультет инновационных технологий машиностроения

Контрольная работа

Гидравлические системы автомобилей

Содержание

• Введение
• 1. Потери напора при турбулентном течении в трубах
• 2. Характеристики насоса и насосной установки
• 3. Совремееные проблемы развития гидропередач автомобилей
• Заключение
• Литература
• Введение

Гидравлика -- это наука о законах движения и равновесия жидкостей и способах приложения этих законов к решению конкретных технических задач. С гидравликой связаны отрасли науки и техники, занимающиеся созданием, исследованием и использованием различных гидравлических машин: насосов, турбин, гидропередач и гидропривода.

Слово гидравлика произошло от греческого hydro (вода) и aulos (трубка). В настоящее время это понятие значительно расширилось: гидравлика занимается изучением любой жидкости, движущейся не только в трубах.

В начале своего развития гидравлика представляла собой теоретическую науку -- математическую механику жидкости или гидромеханику. Но методы математической гидромеханики не дали возможности решить целый ряд практических задач. В связи с этим стала развиваться практическая наука -- техническая механика жидкости, решающая инженерные задачи методом упрощения гидравлических явлений, но с введением в теоретические уравнения поправочных коэффициентов, полученных в результате эксперимента.

В настоящее время приходится сталкиваться с задачами, при решении которых одновременно используются методы теоретической и технической гидромеханики. Поэтому различие в методах этих двух ветвей одной и той же науки постепенно исчезает. Современная гидравлика представляет собой самостоятельную, сформировавшуюся отрасль знаний, находящую применение в различных областях техники.

1. Потери напора при турбулентном течении в трубах

Турбулентное течение сопровождается интенсивным перемешиванием струек и слоев жидкости с образованием большого количества крупных и мелких вихрей. Отдельные частицы жидкости движутся хаотично, и практически ни одна из них не повторяет траекторию другой.

Линии тока при турбулентном режиме течения также носят хаотичный характер (рис. 1, а). На рис. 1, а видно, что через одну точку(например, точку С) проходят две линии тока, следовательно, в разное время в этой точке существовали разные скорости.

Если с помощью специального прибора записать изменение проекции скорости v_c на ось х трубы в этой точке во времени, то получим пульсирующую зависимость (рис. 1, б). Практика показывает, что при турбулентном течении пульсирующий характер имеют также давление и другие параметры, т.е. физические параметры в турбулентном потоке переменны во времени, следовательно турбулентное течение является неустановившимся течением.

Из анализа зависимости на рис.1,б, которая приведенный вид имеет в случае постоянства во времени расхода жидкости через трубопровод, следует, что изменение проекции скорости v_Cx происходит относительно некоторого усредненного значения постоянного во времени. Аналогично можно усреднить все другие параметры турбулентного потока в этих условиях. Поэтому в дальнейшем турбулентное течение при постоянстве во времени расхода через трубопровод будем условно считать установившемся с параметрами, равными соответствующим усредненным значениям.

При турбулентном течении из-за перемешивания струек и обмена частицами жидкости между соседними слоями происходит выравнивание скоростей в центральной части потока (линия В на рис.1,в), а у стенки, наоборот, имеет место резкое изменение скоростей, причем более значительное, чем при ламинарном течении. В общем случае эпюра распределения усредненных скоростей при турбулентном течении напоминает прямоугольник (или трапецию), что характерно для идеальной жидкости.

Коэффициент Кориолиса а_Т учитывающий неравномерность распределения скоростей по сечению потока, при турбулентном режиме значительно меньше 2 и приближается к 1. При решении практических задач для турбулентного течения принимают а_Т = 1.

Для оценки гидравлических потерь напора при турбулентном режиме течения также используется формула Дарси:

Однако коэффициент потерь (далее ) определяется весьма сложными процессами, происходящими в турбулентных потоках, а его значение зависит не только от числа Рейнольдса (как в ламинарных потоках), но и от шероховатости стенок трубы.

При рассмотрении процессов турбулентного течения в трубах особое внимание следует уделить струйкам жидкости, которые движутся непосредственно вблизи стенок. Как следует из анализа эпюры распределения скоростей (линия В на рис.1,в), около стенок их значения невелики. Поэтому вдоль стенки образуется особый слой с низкими скоростями, который принято называть вязким подслоем.

Для рассмотрения законов сопротивления при турбулентных течениях жидкости в трубах весь диапазон изменения Re (от 4000 и выше) целесообразно разделить на три характерные области.

В первой характерной области, когда скорости течения жидкости относительно невелики (числа Рейнольдса также малы), вязкий подслой полностью скрывает шероховатость стенки, поэтому шероховатость не оказывает практического влияния на сопротивление движению. Эта область получила название области гидравлически гладких труб.

При увеличении скоростей движения жидкости (числа Re также возрастают) толщина вязкого подслоя начинает уменьшаться и во второй характерной области сквозь него проступают бугорки шероховатой стенки, поэтому шероховатость начинает влиять на сопротивление движению жидкости.

В третьей характерной области, которая имеет место при высоких скоростях течения жидкости (и больших значениях Re), определяющее влияние на сопротивление потоку оказывает шероховатость стенок.

Следует иметь в виду, что границы, разделяющие отмеченные характерные области, не имеют явно выраженного характера и зависят не только от числа Рейнольдса, но и от степени шероховатости стенок.

После анализа процессов, происходящих в трубах при турбулентном течении, становится очевидной сложность учета всех описанных явлений в расчетных зависимостях. Действительно, для турбулентных течений до настоящего времени не имеется достаточно строгой и точной теории. Поэтому в основе их расчета лежат формула Дарси и различные экспериментальные данные, позволяющие определять значения коэффициента потерь напора на трение в_т.

Эти экспериментальные данные представляются к различных справочниках в форме таблиц, графиков или эмпирических формул.

Одной из наиболее простых эмпирических зависимостей для вычисления в_т является формула, предложенная А.Д. Альтшулем:

где ? - эквивалентная (условная) высота бугорков шероховатости.

Формула Альтшуля является универсальной и может быть применена для любой из трех характерных областей турбулентного течения. Но для области гидравлически гладких труб проще использовать формулу Блазиуса

При ламинарном течении потеря напора возрастает пропорционально расходу. Эта зависимость продемонстрирована на рис. 1, г (прямая линия ОА). В переходной области (АВ на рис. 1, г) происходит перестройка течения с ламинарного на турбулентное и наблюдается некоторый скачок сопротивления. Далее при турбулентном течении идет более крутое нарастание потерь ?_тр, степень зависимости которых от расхода приближается к квадратичной.

Таким образом, во всем диапазоне турбулентного течения кривая зависимости гидравлических потерь напора от расхода является квадратичном параболой или близка к ней.

2. Характеристики насоса и насосной установки

Характеристикой насоса принято называть графическую зависимость его действительного напора, полезной мощности и КПД от подачи H, N_н,

Ю = f (Q), построенную при постоянной частоте вращения п рабочего колеса. Она во многом определяет эксплуатационные свойства насоса и является важнейшим показателем его работы.

На рисунке 2 изображена схема насосной установки.

Размещено на

Размещено на

К насосу 7, приводимому от электродвигателя 6, жидкость поступает из приемного резервуара 1 по подводящему трубопроводу 12. Насос нагнетает жидкость в напорный резервуар 2 по напорному трубопроводу 3. На напорном трубопроводе имеется регулирующая задвижка 8, при помощи которой изменяется подача насоса. Иногда на напорном трубопроводе устанавливают обратный клапан 10, автоматически перекрывающий напорный трубопровод при остановке насоса и препятствующий благодаря этому возникновению обратного тока жидкости из напорного резервуара. Если давление в приемном резервуаре отличается от атмосферного или насос расположен ниже уровня жидкости в приёмном резервуаре, то на подводящем трубопроводе устанавливают монтажную задвижку 11, которую перекрывают при остановке или ремонте насоса.

...