Применение тепловых машин.
Широкое применение паровых машин в промышленности началось после изобретения в 1774 году Джеймсом Уаттом (1736 - 1819) паровой машины, в которой работа совершалась без использования атмосферного давления, что значительно сократило расход топлива. Паровые турбины, формально являющиеся разновидностью паровых машин, до сих пор широко используются в качестве приводов генераторов электроэнергии. Примерно 86 % электроэнергии, производимой в мире, вырабатывается с использованием паровых турбин.Тепловыми машинами являются двигатели внутреннего сгорания, реактивные двигатели, различные тепловые турбины и т.д.
Билет №13
Физические эффекты (эффект эжекции, гироскопический эффект, центробежная сила, эффект Доплера, акустическая кавитация, диффузия, гидростатическое давление) в машиностроении.
Эффект Эжекции. Описание. поток с более высоким давлением, движущийся с большой скоростью, увлекает за собой среду низкого давления. Увлеченный поток называется эжектируемым. В процессе смешения двух сред происходит выравнивание скоростей, сопровождающееся, как правило, повышением давления. Особенность физического процесса - смешение потоков происходит при больших скоростях эжектирующего (активного) потока. Пока скорость эжектирующего потока больше скорости эжектируемого потока в камере смешения постоянного радиуса, будет иметь место увеличение давления в направлении х, где ядра поглощаются благодаря быстрому смешению сдвиговых слоев (ядро - та часть прямого потока, которая входит в канал).
Применение эффекта.Повышение давления эжектируемого потока без непосредственной механической энергии применяется в струйных аппаратах, которые используются в различных отраслях техники:
на электростанциях - в устройствах топливосжигания (газовые инжекционные горелки);
в системе питания паровых котлов (противокавитационные водоструйные насосы);
для повышения давления из отборов турбин (пароструйные компрессоры);
для отсоса воздуха из конденсатора (пароструйные и водоструйные эжекторы);
в системах воздушного охлаждения генераторов;
в теплофикационных установках;
в качестве смесителей на отопительных водах;
в промышленной теплотехнике - в системах топливоподачи, горения и воздухоснабжения печей , стендовых установках для испытания двигателей;
в вентиляционных установках - для создания непрерывного потока воздуха через каналы и помещения;
в водопроводных установках - для подъема воды из глубоких скважин;
для транспортирования твердых сыпучих материалов и жидкостей.
Гироскопический эффект. Гироскопом (или волчком) называют массивное симметричное тело, вращающееся с большой скоростью вокруг оси симметрии. Гироскопический эффект - (от греч. gyros — круг и skopeo — смотрю, рассматриваю, наблюдаю) — сохранение, как правило, направления оси вращения свободно и быстро вращающихся (твердых) тел, сопровождаемое при определенных условиях, как прецессией (движением оси по круговой конической поверхности), так и нутацией (колебательными движениями (дрожанием) оси вращения; отмечено для колебаний полюсов мира в астрономии.
Центробежная сила -та сила, которая при движении тела по кривой линии заставляет тело сойти с кривой и продолжать путь по касательной к ней. (сила воздействия на ось вращения со стороны вращающегося тела. )Ц-ной силе противоположна центростремительная сила, заставляющая движущееся по кривой тело стремиться приблизиться к центру; от взаимодействия этих двух сил тело получает криволинейное движение.
Применение: с ней борются - балансировка (Уравновешивание центробежных сил, приложенных к вращающемуся телу)
Эффект Доплера - изменение частоты и длины волн, регистрируемых приёмником, вызванное движением их источника и/или движением приёмника.
Приенение: определение расстояния до объекта, скорости объекта, температуры объекта.
Акустическая кавитация - возникает при прохождении звуковых волн высокой интенсивности и амплитуды звукового давления, превосходящей некоторую пороговую величину. Кавитационные пузырьки возникают во время полупериода разрежения на так называемых кавитационных зародышах, которыми чаще всего являются газовые включения, содержащиеся в жидкости и на колеблющейся поверхности акустического излучателя. Применение в целом является паразитным эффектом, который, к примеру, разрушает рабочие поверхности подводных ультразвуковых излучателей (сонаров и пр.). Однако в отдельных случаях он находит применение, например при ультразвуковой очистке.
Диффузия - взаимное проникновение соприкасающихся веществ вследствие теплового движения частиц вещества. Диффузия имеет место в газах, жидкостях и твердых телах, причем диффундировать могут как находящиеся в них частицы посторонних веществ, так и собственные частицы (самодиффузия).
Применение: в химической кинетике и технологии для регулирования химических реакций, в процессах испарения и конденсации, для склеивания веществ.Для улучшения и измерения физико-химических свойств керамики используют метод диффузионной сварки. По технологической схеме диффузионной сварки и прессования керамики (рис. 2) процесс образования сварного соединения происходит вследствие растворения керамики с образованием твердых растворов ее элементов в свариваемом металле.
Гидростатическое давление - давление в любой точке покоящейся жидкости. Равно сумме давления на свободной поверхности (атмосферного) и давления столба жидкости, расположенного выше рассматриваемой точки. Оно одинаково во всех направлениях (закон Паскаля). Обусловливает гидростатическую силу (силу плавучести, силу поддержания) судна.
Билет №14
Эффект Доплера и его применение в технике и технологиях.
Эффект Доплера - изменение воспринимаемой частоты колебания, обусловленное движением источника или приёмника волн.
Если источник волн движется относительно среды, то расстояние между гребнями волн (длина волны) зависит от скорости и направления движения. Если источник движется по направлению к приёмнику, то есть догоняет испускаемую им волну, то длина волны уменьшается, если удаляется — длина волны увеличивается:
Эффект с точки зрения спектра.
Спектр-распределение излучения по длинам волн или частотам.(ИК-длинноволновое-УФ-коротковолновое)
Применение ЭД : определение определение расстояния до объекта, скорости объекта, температуры объекта
доплеровский радар
Радар, который измеряет изменение частоты сигнала, отражённого от объекта. По изменению частоты вычисляется радиальная составляющая скорости объекта (для определения скорости летательных аппаратов, кораблей, автомобилей, гидрометеоров (например, облаков), морских и речных течений)
Астрономия
По смещению линий спектра определяют лучевую скорость движения звёзд, галактик и других небесных тел. По увеличению ширины линий спектра определяют температуру звёзд
Неинвазивное измерение скорости потока
Измеряют скорость потока жидкостей и газов. Скорость определяется по рассеянию ультразвука на неоднородностях среды (частицах взвеси, каплях жидкости, не смешивающихся с основным потоком, пузырьках газа).
Автосигнализации
Для обнаружения движущихся объектов вблизи и внутри автомобиля
Определение координат
Билет №15.
Выделение информации на фоне помех. Использование явления резонанса для выделения полезного сигнала. Использование и применение явления резонанса в технике и технологиях.
Резонанс – явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний, которое наступает при приближении частоты внешнего воздействия к некоторым значениям (резонансным частотам), определяемым свойствами системы. Увеличение амплитуды — это лишь следствие резонанса, а причина — совпадение внешней (возбуждающей) частоты с внутренней (собственной) частотой колебательной системы
Выделение информации на фоне помех. Всякая информация должна быть выражена каким-нибудь физическим сигналом. Однако всякий полезный сигнал сопровождается другими сигналами, представляющими собой для полезного сигнала помеху. Поэтому возникает проблема выделения полезного сигнала на фоне помех. Примером является вся радиотехника, поскольку в эфире одновременно присутствует множество электромагнитных волн, но нужную информацию несет лишь одна из них, все остальные по отношению к ней являются помехами.
Существует несколько способов выделения полезного сигнала на фоне помех. Одним из них является использование резонанса.
Явление резонанса характерно для так называемых колебательных контуров, в которых энергия способна преобразовываться из одного вида в другой — из потенциальной энергии в кинетическую и обратно. В электрических колебательных контурах энергия преобразуется из потенциальной энергии электростатического поля конденсатора в кинетическую энергию электрического тока в индуктивности.
Колебательный контур состоит из последовательно включенных емкости С и индуктивности L, но кроме того в цепи всегда присутствует активное сопротивление R, поскольку индуктивность изготавливается в виде катушки провода, а провод всегда обладает активным сопротивлением.
По отношению к внешним цепям колебательный контур может быть последовательным, если он включен последовательно с источником переменного напряжения, или параллельным, если включен параллельно.
Резонансная частота контура определяется выражением: f=1/(2*П*sqrt(L*C)) При совпадении частоты возбуждающего напряжения сопротивление последовательного контура уменьшается до значения его активного сопротивления, а для параллельного — возрастает, при этом в последовательном контуре напряжение на реактивных элементах — конденсаторе и индуктивности резко возрастает в Q раз, где Q — добротность контура, равная отношению реактивного сопротивления к активному в момент резонанса:
Q=(w*L)/R = 1/(w*C*R) Для параллельного контура во столько же рве возрастает его сопротивление для внешнего возбуждающего источника.
Резонансные цепи широко используются в радиотехнике для выделения из общего состава электромагнитных волн нужной частоты. Меняя величины емкости и индуктивности, можно колебательный контур настроить на любую частоту и тем самым выделить именно ее, отсеяв все остальные, поскольку энергия только этой частоты будет накапливаться в колебательном контуре и усиливаться, остальные частоты будут этим контуром подавляться.
Билет №16
Квантовые эффекты в микромире. Виды спектров. Спектральный анализ и его применение в технике и технологиях.