Основы гидравлики и теплотехники. Практикум

-¬¡ ©¡¡
«¬ª°¡--¤ª©œ§¸©ª¡
ª¬œ£ªžœ©¤¡
-ÁÌÄÛ
ÊÍÉʾ¼É¼
¾

¿ÊÀÏ
С.Ф. ВОЛЬВАК
Ю.Н. УЛЬЯНЦЕВ
Д.Н. БАХАРЕВ
А.А. ДОБРИЦКИЙ
ОСНОВЫ ГИДРАВЛИКИ
И ТЕПЛОТЕХНИКИ
ПРАКТИКУМ
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
2-е издание, дополненное и доработанное
Рекомендовано
Межрегиональным учебно-методическим советом
профессионального образования в качестве учебного пособия
для учебных заведений, реализующих программу
среднего профессионального образования
по техническим специальностям
(протокол № 5 от 18.10.2023)
Москва
ИНФРА-М
2024

УДК 532+536(075.32)
ББК 30.123:31.31я723
 
В71
Р е ц е н з е н т ы:
Шаповалов В.И., доктор технических наук, профессор, старший научный сотрудник, профессор кафедры сельскохозяйственных машин 
Луганского государственного аграрного университета имени К.Е. Ворошилова;
Саенко Ю.В., доктор технических наук, доцент, профессор кафедры 
машин и оборудования в агробизнесе Белгородского государственного аграрного университета имени В.Я. Горина
Вольвак С.Ф.
В71  
Основы гидравлики и теплотехники. Практикум : учебное пособие / С.Ф. Вольвак, Ю.Н. Ульянцев, Д.Н. Бахарев, А.А. Добрицкий. — 
2-е изд., доп. и дораб. — Москва : ИНФРА-М, 2024. — 203 с. — (Среднее 
профессиональное образование). — DOI 10.12737/2124790.
ISBN 978-5-16-019491-2 (print)
ISBN 978-5-16-112114-6 (online)
Учебное пособие создано согласно программе дисциплины «Основы 
гидравлики и теплотехники». Содержит краткие теоретические сведения 
по учебной дисциплине, материал по изучению методов определения физических свойств жидкостей и теплофизических свойств рабочего тела, 
приборов для проведения гидравлических и теплотехнических экспе 
-
риментов, устройства и принципов работы гидравлических и теплотехни 
-
ческих машин. Приведенный материал позволит выработать навыки 
применения теоретических знаний в решении конкретных практических 
задач. Предназначено для изучения дисциплины, проведения практичес 
-
ких занятий и самостоятельной работы.
Соответствует требованиям федеральных государственных образовательных стандартов среднего профессионального образования последнего 
поколения.
Для студентов, обучающихся по специальности 35.02.16 «Эксплуатация 
и ремонт сельскохозяйственной техники и оборудования» и другим техническим специальностям среднего профессионального образования и направлениям подготовки высшего образования, а также для преподавателей 
и инженерно-технических работников агропромышленного комплекса.
УДК 532+536(075.32)
ББК 30.123:31.31я723
Данная книга доступна в цветном  
исполнении 
в электронно-библиотечной системе Znanium
© Вольвак С.Ф., Ульянцев Ю.Н., 
Бахарев Д.Н., Добрицкий А.А., 2020
© Вольвак С.Ф., Ульянцев Ю.Н.,
Бахарев Д.Н., Добрицкий А.А., 2024, 
с изменениями
ISBN 978-5-16-019491-2 (print)
ISBN 978-5-16-112114-6 (online)

ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
Введение ...................................................................................................................... 4 
1. Содержание учебной дисциплины ..................................................................... 8 
2. Основные теоретические сведения по учебной дисциплине 
...................... 10 
3. Практические занятия по учебной дисциплине ........................................... 27 
 
Раздел 1. ОСНОВЫ ГИДРАВЛИКИ ...................................................................................... 
27 
Практическая работа № 1. Изучение физических свойств жидкости.................. 28 
Практическая работа № 2. Изучение методов и приборов для измерения 
давления ..................................................................................................................... 35 
Практическая работа № 3. Иллюстрация уравнения Бернулли ........................... 46 
Практическая работа № 4. Определение гидравлических сопротивлений ......... 53 
Практическая работа № 5. Изучение конструкции динамических насосов 
........ 62 
Практическая работа № 6. Изучение конструкции объёмных насосов 
............... 79 
Практическая работа № 7. Изучение конструкции гидроцилиндров .................. 95 
 
4. Практические занятия по учебной дисциплине ......................................... 110 
 
Раздел 2. ОСНОВЫ ТЕПЛОТЕХНИКИ ........................................................... 110 
Практическая работа № 8. Определение термодинамических параметров 
состояния рабочего тела ......................................................................................... 111 
Практическая работа № 9. Определение теплоёмкости рабочего тела ............. 119 
Практическая работа № 10. Определение теплопроводности материалов ....... 124 
Практическая работа № 11. Исследование теплообмена излучением 
............... 130 
Практическая работа № 12. Испытание теплообменных аппаратов ................. 136 
Практическая работа № 13. Изучение конструкции котельных установок ...... 145 
Практическая работа № 14. Изучение конструкции водонагревателей ............ 151 
Список использованной литературы ................................................................ 156 
Приложения 
............................................................................................................ 165 
 
 
 
3 

Введение 
 
Гидравлика и теплотехника являются одними из наук, развитие которых 
служит необходимым условием ускорения научно-технического прогресса и 
повышения эффективности других наук. 
Курс «Основы гидравлики и теплотехники» является одной из 
основополагающих 
дисциплин 
при 
подготовке 
инженерно-технических 
работников в области эксплуатации и ремонта сельскохозяйственной техники и 
оборудования и состоит из двух разделов: «Основы гидравлики» и «Основы 
теплотехники». 
Одна 
из 
основных 
задач 
дисциплины 
«Основы 
гидравлики 
и 
теплотехники» состоит в том, чтобы вооружить обучающихся основами знаний, 
умений и навыков в объёме, необходимом для их повседневной практической 
деятельности, 
для 
усвоения 
других 
общетехнических 
и 
специальных 
дисциплин, а также для дальнейшего повышения квалификации путём 
самообразования. 
В гидравлике и теплотехнике особенно важное место занимают 
экспериментальные исследования, а при решении тех или иных технических 
задач 
довольно 
часто 
используются 
упрощения, 
эмпирические 
и 
полуэмпирические формулы, основывающиеся на результатах экспериментов. 
При изложении материала учтены такие предпосылки, как: логическая 
связь с другими дисциплинами специальности 35.02.16 «Эксплуатация и 
ремонт сельскохозяйственной техники и оборудования»; фундаментальность 
представления 
теоретических 
вопросов; 
практическая 
направленность 
рассматриваемых вопросов; использование математического аппарата в объёме, 
не 
превышающем 
доступности 
восприятия 
теоретического 
материала; 
возможность проведения лабораторных исследований в комплексе с решением 
практических задач. 
Учебный материал подготовлен в соответствии с рабочей программой 
дисциплины и включает 14 практических работ, содержащих цель работы; 
основные сведения по изучаемой теме; примеры практического применения 
расчётных формул в виде задач и различных инженерных решений; описание 
лабораторных установок, приборов и оборудования; порядок и методику 
проведения 
работы; 
методику 
обработки 
опытных 
данных; 
задание; 
контрольные вопросы. Выполняемые практические работы представлены в 
данном практикуме в последовательности, которая соответствует порядку 
изучения теоретического материала по дисциплине. 
Для 
помощи 
обучающимся 
в 
выработке 
навыков 
применения 
теоретических знаний для решения практических задач по гидравлике и 
теплотехнике в учебном пособии даны рекомендации по изучению учебного 
материала, приведены методические советы и последовательность изучения 
темы; завершается каждая тема вопросами для самопроверки. 
 
4 

Материал сопровождается иллюстрациями в виде рисунков, графиков и 
таблиц в объёме, требующем пояснения качественной или количественной 
связи параметров технологических процессов или физических явлений. 
Материал 
составлен 
с 
учётом 
самостоятельного 
выполнения 
обучающимися полного объёма работ, в том числе на лабораторных 
установках. Для хорошего усвоения материала и обеспечения самостоятельного 
проведения работы на лабораторных установках она проводится в составе 
рабочих подгрупп. 
Перед началом практической работы необходимо уяснить её содержание 
и последовательность выполнения наблюдений и измерений. С теоретическим 
материалом темы рекомендуется подробнее ознакомиться перед началом 
практической работы по лекционному курсу или соответствующим разделам 
учебников и учебных пособий. 
При проведении практической работы обучающийся должен вычертить 
схемы изучаемых конструкций гидравлических и теплотехнических машин и 
систем, принципиальную схему экспериментальной установки, записать 
параметры лабораторной установки и данные наблюдений и измерений. 
При вычислениях необходимо внимательно следить за правильной 
размерностью 
величин, 
подставляемых 
в 
формулы. 
Рекомендуется 
использовать размерность в Международной системе единиц измерений (СИ). 
Если определяемая опытным путём величина может быть вычислена по 
теоретической или эмпирической формуле, то полученные опытный и 
расчётный результаты необходимо сравнивать друг с другом. 
Наблюдения, измерения и вычисления при выполнении практических 
работ 
осуществляются 
обучающимися 
самостоятельно. 
Преподаватель 
контролирует 
проведение 
опыта, 
обработку 
материалов 
и 
принимает 
выполненную работу. Сдавая работы, студент должен дать качественную 
оценку полученных результатов. 
Приложения к учебному пособию включают справочный материал, 
достаточный для изучения дисциплины и решения предлагаемых задач, 
обработки данных наблюдений и измерений, выполнения вычислений и 
анализа полученных опытных и расчётных результатов. 
 
Общие требования к выполнению практических работ 
При выполнении работ необходимо соблюдать требования инструкций по 
охране труда и пожарной безопасности, которые должны постоянно находиться 
в специальном месте учебной лаборатории. При эксплуатации и техническом 
обслуживании лабораторных установок необходимо соблюдать требования 
ГОСТ 12.3.019—80 «Система стандартов безопасности труда (ССБТ). 
Испытания и измерения электрические. Общие требования безопасности», 
Правил 
технической 
эксплуатации 
электроустановок 
потребителей 
электрической 
энергии 
и 
Правил 
охраны 
труда 
при 
эксплуатации 
электроустановок потребителей. 
Любые подключения лабораторных установок и работы по их 
техническому 
обслуживанию 
необходимо 
производить 
только 
при 
 
5 

отключённом питании и отключении исполнительных механизмов. Не 
допускается попадание влаги на контакты разъёмов и внутренних элементов 
лабораторных установок. Подключение, регулировка и техобслуживание 
приборов должно производиться только квалифицированными специалистами. 
 
Общие правила при нахождении в учебной лаборатории 
1. Обучающиеся допускаются к выполнению работ после ознакомления 
на первом занятии с требованиями инструкций по охране труда и пожарной 
безопасности, проверки преподавателем их усвоения и оформления в журнале 
регистрации инструктажа. 
2. Обучающиеся обязаны знать и соблюдать правила внутреннего 
распорядка. В лабораториях запрещается курить. Не допускается приносить и 
употреблять алкогольные, наркотические и токсические вещества. Студенты, 
находящиеся под воздействием алкогольных или наркотических средств, к 
занятиям не допускаются. 
3. Обучающиеся должны бережно относиться к лабораторному 
оборудованию 
(макетам, 
моделям, 
приборам, 
установкам), 
а 
также 
методическим указаниям, плакатам и другим пособиям, поддерживать чистоту 
и порядок. Запрещается делать какие-либо пометки в методических указаниях и 
других пособиях. 
4. Не разрешается находиться в лаборатории в верхней одежде, за 
исключением случаев снижения температуры ниже допустимых значений. 
5. Включение приборов и установок осуществляется преподавателем или 
лаборантом с соблюдением требований электро- и пожаробезопасности либо 
обучающимися с разрешения преподавателя. 
6. Лица, допущенные к занятиям в лаборатории, должны уметь оказывать 
доврачебную помощь пострадавшим. 
7. Лица, виновные в нарушении требований инструкций по охране труда 
и 
пожарной безопасности, 
несут 
ответственность 
в 
дисциплинарном, 
административном или уголовном порядке. 
 
Общие требования к оформлению отчётов по практическим работам 
Для успешного выполнения и представления к защите выполненных 
практических работ, оформленных в виде отчёта, необходимо соблюдать 
следующие общие требования. 
1. Для допуска к выполнению работы нужно усвоить необходимые 
теоретические сведения и подготовить бланк отчёта. 
2. Отчёт по каждой отдельной практической работе должен содержать 
порядковый номер, название и цель работы; перечень приборов и 
оборудования; общие сведения по изучаемой теме; схемы изучаемых 
конструкций 
гидравлических 
и 
теплотехнических 
машин 
и 
систем; 
принципиальную схему лабораторной установки; расчётные формулы (при 
необходимости); результаты измерений и расчётов в виде таблиц, рисунков и 
графиков; выводы по работе с оценкой полученных результатов. Защищают 
отчёты и подводят итоги по работе на заключительном этапе занятия. 
 
6 

3. Таблицы и иллюстрации (рисунки, схемы, графики) нумеруются 
последовательно в пределах каждой отдельной работы. Например, «Таблица 
1.3» (третья таблица первой работы) или «Рисунок 1.2» (второй рисунок первой 
работы). После номера следует название таблицы и рисунка. 
Номер и название таблицы помещают непосредственно над таблицей, а 
номер и название рисунка — под иллюстрацией. Поясняющий текст, в котором 
расшифровываются принятые условные обозначения на рисунке, помещают 
непосредственно под иллюстрацией перед номером и названием рисунка. 
4. Вычисления должны представляться в развёрнутой форме с указанием 
единиц измерения физических величин на всех этапах расчёта. Результаты 
измерений физических величин необходимо представлять с точностью, 
соответствующей точности применяемого средства измерения. Результаты 
расчётов желательно представлять с точностью не менее трёх значащих цифр, 
например: 0,0011526 = 0,00115; 3,24692 = 3,25; 54,362 = 54,4; 129,328 = 129. 
5. Для обозначения величин и понятий в гидравлике и теплотехнике 
широко используются буквы греческого и латинского алфавитов, которые 
представлены в таблице А.1 приложения А с указанием их произношения. 
Приставки и множители для образования десятичных кратных и дольных 
единиц представлены в таблице А.3 приложения А. Основные единицы 
физических величин, применяемых в гидравлике и теплотехнике, представлены 
в приложении Б. Технические характеристики жидкостей и материалов 
представлены в приложении В. Значения коэффициентов шероховатости, 
гидравлического сопротивления и местных сопротивлений представлены в 
приложении Г. Описание и характеристики насосов представлены в 
приложениях Д, Е, Ж. Основные технические характеристики ГСТ-90 
представлены в приложении И. Справочные данные по некоторым газам 
представлены в приложении К. Термодинамические свойства воды и водяного 
пара 
представлены 
в 
приложении 
Л. 
Термодинамические 
свойства 
холодильных агентов представлены в приложении М. Теплофизические 
свойства материалов и веществ представлены в приложении Н. Коэффициенты 
полного теплового излучения представлены в приложении П. Технические 
данные кожухотрубчатых водоподогревателей представлены в приложении Р. 
 
 
 
7 

1. Содержание учебной дисциплины 
 
Учебным планом при дневной и заочной формах обучения по дисциплине 
«Основы гидравлики и теплотехники» предусмотрены аудиторные занятия и 
самостоятельная работа обучающихся под руководством преподавателя. При 
заочной 
форме 
обучения 
обучающийся, 
самостоятельно 
работая 
над 
программным учебным материалом, выполняет домашнюю контрольную 
работу. 
 
Цель и планируемые результаты освоения дисциплины 
В результате изучения дисциплины обучающийся должен: 
• иметь представление: 
 о роли, месте и значении гидравлики и теплотехники в современном мире; 
• знать: 
 основные законы гидростатики, кинематики и динамики движущихся 
потоков; 
 особенности движения жидкостей и газов по трубам (трубопроводам); 
 основные положения теории подобия гидродинамических и теплообменных 
процессов; 
 основные законы термодинамики; 
 характеристики термодинамических процессов и тепломассообмена; 
 принципы работы гидравлических машин и систем, их применение; 
 виды и характеристики насосов и вентиляторов; 
 принципы работы теплообменных аппаратов, их применение; 
 основные методы решения прикладных задач; 
• уметь: 
 использовать 
гидравлические 
устройства 
и 
тепловые 
установки 
в 
производстве; 
 решать основные прикладные задачи. 
 
Введение 
Предмет «Основы гидравлики и теплотехники», его место и роль в 
подготовке техника-механика, связь с другими дисциплинами учебного плана. 
Основные исторические этапы становления гидравлики и теплотехники и роль 
в научно-техническом прогрессе. Значение гидравлики и теплотехники в 
сельскохозяйственном производстве. Основные цели и задачи курса. Проблемы 
экономии топливно-энергетических ресурсов и защиты окружающей среды. 
 
Раздел 1. Основы гидравлики 
Тема 1.1. Гидростатика 
Основные физические свойства жидкости. Гидростатическое давление и 
его 
свойства. 
Основное 
уравнение 
гидростатики. 
Абсолютное, 
манометрическое и вакуумметрическое давление. Закон Архимеда. Простейшие 
машины 
гидростатического 
действия. 
Дифференциальные 
уравнения 
 
8 

равновесия жидкости (уравнения Эйлера). Сила давления жидкости на плоские 
и криволинейные поверхности. Эпюры давления. 
Тема 1.2. Гидродинамика 
Виды и основные характеристики движения жидкости. Уравнение 
неразрывности 
потока. 
Уравнение 
Бернулли. 
Виды 
гидравлических 
сопротивлений. Основное уравнение равномерного движения жидкости. 
Режимы движения жидкости. Потери напора при движении жидкости. 
Истечение жидкости через отверстия и насадки. Кавитация. Гидравлический 
удар в напорном трубопроводе. Основы гидродинамического подобия. 
Тема 1.3. Гидравлические машины 
Назначение и классификация гидравлических машин. Классификация, 
основные параметры и принцип работы динамических и объёмных насосов. 
Классификация, основные параметры и принцип работы гидродвигателей. 
Классификация, устройство и принцип работы вентиляторов и компрессоров. 
Применение гидравлических машин в сельскохозяйственном производстве. 
Подбор гидравлических машин по каталогу. 
 
Раздел 2. Основы теплотехники 
Тема 2.1. Основы технической термодинамики 
Основные определения и методы технической термодинамики. Понятия 
термодинамической системы и рабочего тела. Основные параметры состояния, 
уравнение 
состояния 
идеального 
газа. 
Газовые 
смеси. 
Теплоёмкость. 
Термодинамические процессы. Основные законы термодинамики. Основные 
параметры холодильной установки. Процесс парообразования. Основные 
параметры влажного воздуха. Идеальные циклы поршневых двигателей 
внутреннего сгорания. Термодинамические основы работы поршневых 
компрессоров. 
Тема 2.2. Основы теории теплообмена 
Основы теории тепломассообмена. Виды теплообмена. Количественные 
характеристики переноса теплоты. Теплопроводность. Основной закон 
теплопроводности (закон Фурье). Конвективный теплообмен. Теплообмен 
излучением. Теплопередача. Теплопроводность при стационарном режиме. 
Закон теплоотдачи (закон Ньютона — Рихмана). Основные положения теории 
подобия теплообменных процессов. 
Тема 2.3. Теплотехника в сельском хозяйстве 
Применение тепловых установок в сельскохозяйственном производстве. 
Классификация 
и 
принцип 
работы 
теплообменных 
аппаратов. 
Теплоэнергетические установки. Топливо и его характеристики. Сущность 
процесса горения. Котельные установки. Топочные устройства. Использование 
теплоты в сельском хозяйстве. Тепловой режим помещений. Отопление, 
кондиционирование и вентиляция производственных зданий и помещений. 
Тепловой баланс парового котла. Тепловые потери помещений. Принцип 
работы 
теплогенераторов, 
водо- 
и 
воздухонагревателей, 
холодильных 
установок, систем вентиляции, кондиционирования и обогрева, оборудования 
для сушки сельхозпродуктов. Энергосбережение. Альтернативные источники 
энергии. Защита окружающей среды. Подбор тепловых установок по каталогу. 
 
9 

2. Основные теоретические сведения по учебной 
дисциплине 
 
Раздел 1. ОСНОВЫ ГИДРАВЛИКИ 
 
Тема 1.1. Гидростатика 
Общие сведения. При изучении данного раздела необходимо усвоить 
определение гидравлики как науки. Ознакомиться с краткой историей развития 
гидравлики и с ролью русских и зарубежных учёных в её развитии. 
Рассмотреть 
понятие 
«жидкость». 
Уяснить, 
что 
жидкости 
по 
механическим свойствам подразделяются на малосжимаемые (капельные) и 
сжимаемые (газообразные). 
Изучить основные физические свойства жидкости, знать особые 
физические свойства воды. Дать определение удельного веса, плотности и 
удельного объёма. Знать, с помощью каких приборов и в каких единицах они 
измеряются. Следует запомнить, что плотность, удельный вес и удельный 
объём зависят от давления и температуры. 
Дать определение сжимаемости жидкости как свойства жидкости 
изменять свой объём под действием давления. Знать формулу коэффициента 
объёмного сжатия, который представляет собой относительное изменение 
объёма, приходящееся на единицу давления. Знать, как изменяется объём 
жидкости в зависимости от изменения температуры, что такое температурный 
коэффициент объёмного расширения. 
Так как вязкость представляет собой свойство жидкости сопротивляться 
сдвигу её слоёв, установить, какая сила возникает при скольжении слоёв 
жидкости друг по другу. Иметь представление о касательном напряжении, 
динамической и кинематической вязкости; знать, в каких единицах они 
измеряются и как зависят вязкость и текучесть жидкости от температуры и 
давления. Рассмотреть понятие идеальной жидкости, ньютоновской и 
неньютоновской жидкостей. 
Вопросы для самопроверки 
1. Раскрыть понятие гидравлики как науки. 
2. Назвать основные физические свойства жидкости и особые свойства 
воды как жидкости. 
3. Что понимается под идеальной и реальной жидкостью? 
4. Описать отличие ньютоновской от неньютоновской жидкости. 
5. От чего зависят плотность, удельный вес и удельный объём жидкостей? 
6. Что называется сжимаемостью жидкости? 
7. Охарактеризовать коэффициент объёмного сжатия и температурный 
коэффициент объёмного расширения жидкости. 
8. Дать определение касательного напряжения, динамической и 
кинематической вязкости жидкости. 
 
10