5. Обработка результатов

Свойства материалов частиц и рабочих сред определить при температуре среды в опытах из справочной литературы.

1. Рассчитать скорость осаждения по результатам опытов:

,

где Н - расстояние, пройденное частицей, м;

 - время осаждения частицы, с;

w_O - экспериментальная скорость осаждения, м/с.

2. Определить значение критерия Ar по формуле (7). Данные для расчета взять из журнала наблюдений и справочников.

3. Рассчитать критерий Re по формуле (6) и определить режим осаждения.

4. По формулам (3) - (5) рассчитать теоретическую скорость осаждения w_T и найти расхождение между опытной w_O и теоретической w_T скоростью осаждения по формуле

.

5. Результаты расчетов занести в таблицу.

6. По полученным данным построить зависимости скорости осаждения от величин, влияющих на процесс осаждения, согласно поставленной задачи исследования.

На основании проведенных исследований и выполненных расчетов сделать анализ работы.

6. Требования к отчету

Отчет оформляется на листах бумаги формата А4 в соответствии со стандартами. Отчет должен содержать:

а) титульный лист установленной формы;

б) краткое изложение теоретических положений;

в) принципиальную схему установки;

г) таблицу «Журнал наблюдений и результатов расчета»;

д) графики изменения параметров;

е) анализ результатов работы.

7. Контрольные вопросы

1. Цель работы.

2. Баланс сил при стабилизированном осаждении одиночной частицы.

3. Что такое коэффициент сопротивления среды, от чего он зависит?

4. Расчет скорости осаждения частицы. Как изменится скорость осаждения, если плотность частицы увеличить в два раза, если диаметр частицы уменьшить в два раза, если вязкость среды увеличить в два раза, если плотность среды уменьшить в два раза?

5. Как влияет температура среды на скорость осаждения?

6. Что такое свободное и стесненное осаждение?

7. В каких процессах используется осаждение? Достоинства и недостатки процесса осаждения.

Лабораторная работа № 2 Гидравлическое сопротивление прямых гладких труб.

1. Цель и содержание работы

Цель работы: исследование влияния различных факторов на гидравлическое сопротивление прямой гладкой трубы при стабилизированном движении в ней однофазной жидкости (газа). Объект исследования - модель реального трубопровода, выполненная на компьютере.

В ходе работы изменяются параметры движения жидкости (газа), размер и форма сечения трубы, длина трубы, температура жидкости (газа), массовый расход. Труба может иметь шесть различных форм сечения: круг, кольцевой канал, эллипс, квадрат, прямоугольник, равнобедренный треугольник. Рабочей средой может быть вода, глицерин, этиловый спирт, ацетон, воздух и ряд других жидкостей. Студенты измеряют гидравлическое сопротивление трубопровода заданной длины, сравнивают значение сопротивления труб различной формы сечения с сопротивлением круглой трубы равной площади сечения. На основе анализа выполненной работы студенты делают заключение о характере влияния на сопротивление прямого гладкого трубопровода геометрических размеров и формы сечения, свойств жидкости (газа), температуры среды.

2. Теоретические положения

Гидравлический расчет трубопровода производится для определения потерь давления в нем или для определения геометрических размеров сечения трубопровода.

Для проведения гидравлического расчета должны быть заданы входные параметры потока: скорость движения и температура и схема трубопровода: площадь и форма сечения, длина прямых участков, местные сопротивления. Под местными сопротивлениями понимают вентили, задвижки, краны и другие конструктивные элементы.

Полное падение давления в трубопроводе (гидравлическое сопротивление) определяется как сумма двух слагаемых: падения давления за счет трения в прямых участках p_Т и падения давления в местных сопротивлениях p_М:

.

В лабораторной работе исследуется движение жидкости (газа) в прямом трубопроводе, без изменения направления скорости и размеров сечения, поэтому p_М=0.

Сопротивление равно прямого участка трубопровода

, (1)

где  - линейный коэффициент сопротивления трения;

L - длина элемента трубопровода, м;

d - гидравлический диаметр, м;

 - плотность жидкости (газа), кг/м³;

w - скорость движения жидкости (газа) в трубопроводе, м/с.

Физические свойства жидкости (газа) определяются при средней температуре жидкости (газа) в трубопроводе.

Гидравлический диаметр трубопровода равен

, (2)

где S - площадь живого сечения трубы, м²;

П - смоченный периметр, м.

В лабораторной работе жидкость (газ) полностью заполняет сечение трубы, поэтому S равна полной площади сечения трубы, П равен периметру контура трубы.

Линейное сопротивление трения  гладкой круглой трубы зависит только от числа Рейнольдса:

, (3)

где  - коэффициент динамической вязкости жидкости (газа), Пас.

При изотермическом ламинарном течении в круглой трубе (Re2300) коэффициент  рассчитывается по формуле

; (4)

при турбулентном течении (4000Re10¹²) используется формула Филоненко

; (5)

в более узком диапазоне чисел Рейнольдса (4000Re10⁵) можно воспользоваться формулой Блазиуса

. (6)

В переходной области течения (2300Re4000) точных расчетных зависимостей нет. Для определения  можно воспользоваться данными, приведенными табл. 1.

Для труб некруглого поперечного сечения линейный коэффициент сопротивления трения _Н зависит не только от критерия Рейнольдса, но и от формы этого сечения. Он может быть выражен через коэффициент сопротивления трения трубы круглого сечения с помощью поправочного коэффициента, учитывающего влияние формы поперечного сечения:

, (7)

где  - линейный коэффициент сопротивления трения трубы круглого сечения при одинаковом числе Re;

_Н - линейный коэффициент сопротивления трения трубы некруглого сечения;

k_Н - поправочный множитель, учитывающий влияние формы поперечного сечения трубопровода.

Данные о значениях k_Н для различных форм сечения приведены в табл. 2 - 5.