Практическое применение уравнение Бернулли от расчетов водопроводных систем и контрольно измерительных приборов до полетов в космос.
методическая разработка

Практическое применение уравнение Бернулли от расчетов водопроводных систем и    контрольно измерительных приборов  до полетов в космос.

Цель: Проанализировать как физические законы работают вокруг нас. Понять  физический смысл законов гидравлики и  аэродинамики и иметь полную картину физического мира и лучше понять изучаемые предметы.

   В рамках предмета Основы гидравлики и аэродинамики  мы изучаем закон и уравнение Бернулли для движения потока идеальной жидкости.  ( слайд 1) .

Это уравнение является  следствием  закона сохранения энергии. Уравнение Бернулли представленное на слайде описывает полную энергию, которой обладает движущийся   поток жидкости или газа.

Разберем это уравнение. Первые два слагаемых в левой  и правой части, являются потенциальной энергией, которая состоит из геометрического напора ( Z ),  то есть  энергия положения и статистического напора, определяемого давлением столба жидкости.

Третье слагаемое в левой и правой части- это кинетическая энергия.  Где скорость потока газа или жидкости представлены (υ ) в квадрате . Это выражение называется  динамическим или скоростным напором.

Согласно закона сохранения энергии , то есть общее количество энергии при установившемся режиме не меняется и является const.  Когда увеличивается скорость движения жидкости или воздуха, то есть  чем они быстрее движутся , тем быстрее увеличивается кинетическая энергия.  Она отбирает энергию от потенциальной энергии  за счет уменьшения давления (Р)  жидкости или газа.

  Уравнение Бернулли устанавливает связь  между  давлением, скоростью и высотой положения, относительно условно выбранной плоскости отсчета.

 Это уравнение было предложено Д Бернулли в начале 18 века в эпоху Просвящения.   Ученый может даже и не предполагая , что этот закон (уравнение) будет работать   практически везде.

Следующие слайды посвящены практическому применению  уравнения Бернулли.

Слайд 3.

Представлены  контрольно измерительные приборы  для определения  расхода жидкости в трубопроводах.   Это Трубка Пито  прибор для измерения скорости в некоторых точках потока при движении в трубах водоснабжения. И трубка Прандтля  для измерения расхода жидкости или газа в трубопроводах и газопроводах.

На рисунке видно ,что с помощью  Трубки Пито можно измерить статический напор. А с помощью  трубки Прандтля  статический и динамический напор.  Это слагаемые уравнения Бернулли.

Слайд 4.

Трубка  Пито- Прандля для измерения скорости в напорных трубопроводах .

Это устройство полного напора обеспечивает измерение скорости потока, которое можно использовать в широких диапазонах температуры, включая ее отрицательные значения. Прибор может применяться в комплексе с дифференциальными манометрами.

Слайд 5

 Дросельные приборы КИП.                                                                                        Трубка Вентури (труба Вентури, расходомер Вентури) — устройство для измерения расхода или скорости потока газов и жидкостей, представляющее собой трубу с горловиной, включаемую в разрыв трубопровода. Имеет наименьшие потери давления среди сужающих поток расходомеров. Названа по имени итальянского учёного Дж. Вентури.

Согласно уравнения Бернулли давление Р1 больше  (широкая часть), чем давление Р2 (сужение) , а скорость в узкой части больше чем в широкой части. Потенциальная энергия увеличивается за счет кинетической..

Слайд 6

По этому принципу работают двигатели космических ракет.

РД-107 (индекс 8Д74) — жидкостный ракетный двигатель, созданный для первой в мире межконтинентальной баллистической ракеты Р-7 в ОКБ-456. Используется на каждом боковом блоке первой ступени всех ракет-носителей семейства «Союз». Этот двигатель установлен в  Государственном музеи истории космонавтики имени К. Э. Циолковского.

Слайд 7                                                                                                                                                                  И опять мы видим контур реактивного двигателя  но уже на оборудовании  по очистке вентиляционного воздуха от пыли. Это газопромыватели ударно-инерционного типа В этих аппаратах контакт газов с жидкостью осуществляется за счет удара газового потока о поверхность жидкости.

Слайд 8

Мокрые пылеуловители. Скруббер Вентури с выносным пылеуловителем. Принцип работы пылеуловителя Вентури основан на том, что при прохождении через узкую горловину скорость загрязненного газа резко увеличивается. Попавшие в этот высокоскоростной воздушный поток капли воды многократно дробятся.

Слайд  9

 Водоструйный вакуумный насос.

Поток жидкости, протекающий через тонкую трубку. Если на каком-то участке диаметр трубки уменьшается, то скорость движения жидкости внутри нее увеличивается, а давление, соответственно, уменьшается.

Слайд 10

Подъмная сила крыла.

Воздух, обтекая крыло самолета, разделяется на два потока: над крылом и под ним. Нижний поток протекает себе как ни в чем не бывало, а верхний сужается. Ведь профиль крыла выпуклый сверху! И теперь для того, чтобы в верхнем потоке проходило то же количество воздуха и за такое же время, как и в нижнем, ему нужно двигаться быстрее, ведь сам поток  стал уже. Далее вступает в силу закон Бернулли: чем выше скорость потока, тем давление в нем ниже и, соответственно, наоборот.

Историческая справка.  Над  теорией крыла много работал  современник  С.П.Рябушинского - Основоположник гидро- и аэродинамики Николай Жуковский

 Жуковского называют «отцом русской авиации». Именно он разработал общую аэродинамическую теорию, благодаря которой авиаконструкторы перестали строить летательные аппараты «на глаз», без уравнений и формул. 

Спасибо за внимание.

Список литературы

1. О.Н. Брюханов, В.И.Коробко, А.Т. Мелик-Аракелян Основы гидравлики, теплотехники и аэродинамики. Учебник. СПО. Москва, ИНФРА-М 2020
2. Е.Л.Сотскова, С.М. Головлева  Основы автоматизации технологических процессов переработки нефти и газа. Учебник. Москва. Издательский центр «Академия» 2014.
3. А.И.Родионов, В.Н. Клушин, Н.С. Торочешников. Технология защиты окружающей среды.  Второе издание. Москва «Химия» 1989
4. https://ru.ruwiki.ru/wiki/РД-107
5. https://ru.wikipedia.org/wiki/Подъёмная_сила