Тема 3 определение сопротивление по длине трубопровода.

Цель работы:

 

I. Определить опытным путем коэффициенты Дарси λ в трубопроводе при различных скоростях движения воды. 2.Сравнить λ, полученный из опыта, с вычисленными по

Формулам.

 

I. Теоретические сведения.

 

Потери напора по длине h_l при движении вязкой жидкости в напорном трубопроводе определяются по формуле Дарси-Вейсбаха:

 

где λ - коэффициент сопротивления трения по длине –

коэффициент Дарси.

l- длина трубопровода, м;

d - диаметр трубы, м;

ω - средняя скорость, м/c.

Коэффициент Дарси λ является безразмерной переменной величиной, зависящей от ряда характеристик - от диаметра и шеро­ховатости трубы, вязкости и скорости жидкости и др..

В общем виде можно написать λ = f (Re, Δ).

Влияние этих характеристик на величину λ проявляется по разному при различных режимах движения в трубе. В одном диа­пазоне изменения чисел Рейнольдса Re, характеризующих режим движения, на величину λ влияет в большей степени скорости,

в другом диапазоне преобладающее влияние оказывают геометрические характеристики – диаметр шероховатость трубы (высоте выступов шероховатости Δ).

В связи с этим различаются четыре области сопротивления, в которых изменение λ имеет свою закономерность.

Первая область - область ламинарного потока, ограничен зна­чениями Re < 2320, в которой λ зависит от Re и не зависит от величины выступов шероховатости Δ. При ламинарном; режиме λ определяется по формуле Пуазейля:

/1/

Все остальные области сопротивления, находятся в зоне тур­булентного режима с различной степенью турбулентности.

Вторая область – гидравлически гладкие трубы. Поток в тру­бе при этом турбулентный, но у стенок трубы сохраняется слой жидкости δ пределах которого движение остается ламинарным. Трубы считаются гидравлически гладкими, если толщина ламинарного слоя больше высоты выступов шероховатости δ>>Δ. В этом случае ламинарный слой покрывает неровности стенок трубы и пос­ледние не оказывают тормозящего влияния на основное турбулентное ядро потока.

Для гидравлически гладких труб, т.е. при условии δ>>Δ, коэффициент может быть определен по формуле Колбрука:

/2/

которая применима в широком диапазоне чисел Re:

2320< Re <3*10⁶

При числах Re < 10⁵ коэффициент λ для гладких труб можно определить по более простой зависимости, предложенной Блазиусом:

 

/3/

Третья область - переходная от области гидравлически гладких труб к квадратичной области. В этой области толщина, ламинарного слоя равна или меньше выступов шероховатости, которые в этом случае выступают как препятствие у стенок, увеличивая турбулентность, а следовательно, и сопротивление в потоке.

В переходной области коэффициент сопротивления определяется по формуле Френкеля:

 

/4/

Четвертая область - область гидравлически шероховатых труб сопротивления. При стенного ламинарного слоя в этой области нет. Основное влияние на сопротивление потоку оказывает шероховатость стенок трубы. Чем больше выступы шероховатости тем большую турбулентность они вызывают, тем больше будут затраты энергии в потоке на преодоление сопротивлений. В квадратичной области сопротивления коэффициент не зависит от скорости. Коэффициент λ определяется по формуле Никурадзе:

 

/5/

где а, А - величины, зависящие от вида шероховатости

численные значения которых получены только для

разнозернистой шероховатости (а = 2, А = 14,8)

R - гидравлический радиус трубы.

 

 

2. Порядок выполнения работы.

 

Для горизонтального прямолинейного участка трубы постоянного сечения из уравнения Бернулли:

/6/

потери напора по длине будут равны:

/7/

 

Так как для горизонтальной трубы Z₁ = Z₂, то ω₁ = ω₂ если постоян­но сечения.

 

 

Следовательно, после установления постоянного расхода в трубе надо измерить высоты в пьезометрах и

присоединенных к трубопроводу на расстоянии l один от другого, т.к. разность показаний пьезометров:

то отсюда определяет

Полученное опытное значение λ надо сравнить с расчетным по формуле /1-5/. Для этого следует определить число Rе, а выступы

Шероховатости трубок Δ и выяснить область сопротивления, для которой вычислить λпо соответствующей формуле /1-5/

Так как непосредственное измерение выступов шероховатости в трубе затруднительно, можно воспользоваться справочной таблицей. Например, для металлических труб Δ=0,5—1мм.

Изменяя количество воды в трубе вычислить коэффициент сопротивления λ для различных областей.

 

3. Журнал работы.

Материал трубы........................................; внутренний диаметр d=; площадь сечения м²; высота шероховатости Δ=................мм; расстояние между пьезометрами l=………...м; показание h₁=…………….см; h₂=…………….см.

Потери напора по длине h_l=…………….м. Число Рейнольдса Re = Режим движения………….

 

 

4. Контрольные вопросы.

 

1. От чего зависит изменение коэффициента Дарси λ?

2. Назовите области зависимости λ и сколько их.

3. Что такое гидравлическая, гладкая и гидравлическая

шероховатость трубы?

4. Как производится выбор формулы от /I/ - /5/?

Тема 4 ОТСТОЙНОЕ ЦЕНТРИФУГИРОВАНИЕ.

 

Цель работы: 1. Определение скорости осаждения в поле

центробежных сил.

2. Определение расхода мощности на

центрифугировании.

 

1. Теоретические сведения.

Осаждение в поле центробежных сил применяется для разделения суспензий и эмульсий. Процессы осождения в поле центробежных сил тяжести, поскольку центробежная сила, действующая на частицы, значительно больше их сил тяжести.

Центробежная сила, действующая на частицу:

 

Где: Р_ц – центробежная сила, Н;

m – масса частиц, кг;

w – окруж. скорости, м/с; w=πRn/30;

R – радиус вращения, м;

ω – угловая скорость вращения рад./с; ω= πn/30;

n – число оборотов в минуту, об/мин.

Отношения Р_ц/G=К_р называют фактором разделения. Его велечина показывает во сколько раз центробежная сила больше силы тяжести для одной и той же массы частиц. Соответственно величина фактора разделения может быть подсчитана по одной из равенств:

 

Величина центробежной силы фактора разделения и окружной скорости, действующих на рассматриваемую частицу, изменяется в зависимости от положения частицы в поле центробежной силы, т.е. от радиуса. Соответственно и скорость осаждения частицы в поле центробежной силы будет меняться.

Значение w_o осаждения определяем из критериального уравнения:

 

Тогда:

 

Где:

2. Производительность отстойной центрифуги.

 

Производительность определяется по формуле:

 

Где: V_δ – объем барабана, м³;

τ_ос – время осаждения, с.

Исходя из общей продолжительности цикла работы и выражения производительности в м³/час. имеет:

 

Где: Στ = τ_з+ τ_п+ τ_ц+ τ_т+ τ_в

- время загрузки

- время пуска

- время центрифугирования

- время торможения

- время выгрузки

 

где: d_цил - 0,04 – диаметр цилиндра, м;

h_цил - 0,01 – высота, м;

z – количество цилиндров.

 

3. Расход энергии на центрифугирования.

Мощность в пусковом периоде расходуется на преодоление инерциипокоящейся массы барабана и жидкости N₁, на преодоления трения в опорах вала N₂, на преодоления трения барабана о воздух N₃.

 

N = N₁+N₂+N₃ /8/

 

Количество мощности на преодоление инерции покоящейся массы барабана и жидкости определяется:

 

Где: m_б – масса барабана, (m_б = 8,3 кг.);

m_в – масса воды, кг;

r_б – диаметр барабана, (r_б = 0,28 м.);

Количество мощности на преодоление трения в опорах вала определяется:

 

Где: Р – динамическая нагрузка, действующая на подшипники,

d_в – диаметр вала, м; (d_в = 0,025);

f – коэффициент трения, (f = 0,01);

Количество мощности на преодоление трения барабана о воздух определяется:

Где: h_б – высота барабана, h_б = 0,2 м.

Энергия электромотора:

Где: 1,2 – дополнительное количество энергии (20% лишней энергии);

η – допустимый КПД, η = 0,85

 

4. Проведение опыта и обработка результатов.

1. Приготовить суспензию в количестве – 400 мм. с соотношением твердой и жидкой по указанию преподавателя.

2. Открыт барабан центрифуги, залить суспензию в стаканы до половины их объема и установить в барабан закрыв его. Записать продолжительность загрузки τ_з.

3. Плавно поворачивать ручку автотрансформатора, довести до заданного преподавателем числа оборотов, записать время пуска τ_n.

4. Работать при заданном числе оборотов/мин. (τ_ц).

5. Для остановки работы плавно повернуть ручку автотрансформатора в нулевое положение, нажать на красную кнопку (тормоз). Записать время торможения до полной остановки τ_г.

6. После остановки ротора, тумблером (сеть) выключить центрифугу (погаснут сигнальные лампочки), открыть барабан и вынуть стаканы. Осторожно слить осветленную жидкость. Записать время выгрузки τ_в.

7. Взвесить стаканы с осадком и пустые, определить вес осадка.

8. Произвести расчеты по формулам, приведенным ранее. Подсчитать объем центробежной силы и фактор разделения, производительность и расход энергии при центрифугировании.

 

5. Контрольные вопросы.

1. В чем цель работы?

2. От чего зависит центробежная сила?

3. Как определяют производительность и расход энергии при центрифугировании?

⇐ Предыдущая567891011121314Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: