Практична робота № 3

Тема. Визначення швидкості, витрати та характеру руху рідини.

Мета. Навчитися визначати режими руху рідини, витрати та критичну швидкість рідини.

Теоретичні відомості

Масова витрата рідини:

G = ρ · w · F, кг/с, (3.1)

де G – масова витрата рідини, кг/с;

ρ – густина рідини, кг/м³;

w – середня швидкість руху рідини, м/с;

F – площа перерізу трубопроводу, м².

Критерій Рейнольдса:

, (3.2)

де Re – критерій Рейнольдса;

ω – середня швидкість руху рідини, м/с;

d_екв – еквівалентний діаметр, м;

ρ – густина рідини, кг/м³;

μ – коефіцієнт динамічної в’язкості, Па·с.

В залежності від значення критерій Re розрізняють режими руху:

– ламінарний Re < 2300;

– турбулентний Re > 10000;

– перехідна область 2300 < Re < 10000.

Критичне число Рейнольдса дорівнює, Re = 2300.

Швидкість при Re = 2300 називається критичною швидкістю руху рідини ω_кр (м/с).

, м/с. (3.3)

Об’ємні витрати рідини:

, м/с³, (3.4)

де V – об’ємна витрата рідини, м/с³.

Еквівалентний діаметр:

– для кільцевого перерізу

d_екв = Д_вн – d_зовн, м (3.5)

Наприклад.

Задача 1.

Визначити еквівалентний діаметр для кільцевого перетину, якщо діаметр більшої труби 108×4 мм, діаметр меншої труби 76×3 мм.

Д ано: Рішення

Д = 108×4 мм d_екв = (108 – 2 · 4) – 76 = 24 мм = 0,024 м

d = 76×3 мм

d_екв – ?

Відповідь: d_екв = 0,024 м.

– для кола

d_екв = d_вн = d_зовн – 2 · σ, м (3.6)

Наприклад.

Задача 2.

Визначити еквівалентний діаметр для колового перетину, якщо діаметр труби 108×4 мм.

Д ано: Рішення

d = 1084 мм d_екв = d_вн = d_зовн – 2 · σ = 108 – 4 ∙ 2 = 100 м = 0,1 м

d_екв – ?

Відповідь: d_екв = 0,1 м.

– для міжтрубного простору теплообмінника

d_екв = , м, (3.7)

де n – число труб у теплообміннику, шт.

Наприклад.

Задача 3.

Визначити еквівалентний діаметр для міжтрубного простору теплообмінника, якщо теплообмінник вміщує 19 стальних труб діаметром 26×2,5 мм. Внутрішній діаметр кожуха 200 мм.

Д ано: Рішення

Д_вн = 200 мм d_екв = = мм = 0,0392 м

d = 26×2,5 мм

n = 19 шт.

d_екв – ?

Відповідь: d_екв = 0,0392 м.

Визначення площі перерізу каналу.

1. Для колового перерізу:

, м² (3.8)

2. Для кільцевого перерізу:

, м² (3.9)

3. Для міжтрубного перерізу:

а) без перегородок

F = [(D_вн²) – n· (d_зовн²)], м², (3.10)

де Д_вн – внутрішній діаметр кожуха, м;

d_зовн – зовнішній діаметр труб, м;

n = 1 – для теплообмінників «труба в трубі».

б) розділений продольними перегородками на N ходів

F = [(D_вн²) – n· (d_зовн²)]/ N, м², (3.11)

де N – кількість ходів.

4. Для трубного перерізу:

, м², (3.12)

де – число труб на один хід.

Завдання до практичної роботи

Задача 1.

Визначити швидкість протікання рідини по трубі діаметром d (мм), коли по трубі протікає G (кг/год) рідини при температурі t (⁰С). Вихідні дані наведені в таблиці 3.1.

Таблиця 3.1 – Вихідні дані до задачі 1

Варіант	d, мм	G, кг/год	t, 0С	Рідина
1	50×3,5	5000	10	гексан
2	45×3,0	13000	20
3	32×3,5	14500	30	бензол
4	32×3,5	6000	40
5	38×4,0	7000	20	анілін
6	32×3,0	6500	30
7	57×4,0	7500	10	ацетон
8	70×3,5	12500	20
9	45×3,5	13400	30	толуол
10	57×3,5	5700	25

Задача 2.

Визначити критичну швидкість руху рідини по трубопроводу діаметром d (мм) при температурі 25⁰С. Вихідні дані наведені в таблиці 3.2.

Таблиця 3.2 – Вихідні дані для задачі 2

Варіант	d, мм	Рідина	Варіант	d, мм	Рідина
1	57×3,9	толуол	6	50×4,0	вода
2	70×5,0	бензол	7	45×3,0	етиловий спирт
3	25×2,5	ацетон	8	57×1,0	бензол
4	32×3,5	анілін	9	70×4,0	анілін
5	45×3,5	гексан	10	76×3,5	азотна кислота

Задача 3.

Визначити режим руху рідини у трубопроводі типу «труба в трубі», при масовій витраті G (кг/с), дані для розрахунку: рідина, її середня температура t_сер (⁰С), діаметр більшої труби D (мм), діаметр меншої труби d (мм). Вихідні дані наведені в таблиці 3.3.

Таблиця 3.3 – Вихідні данні для задачі 3

Варіант	G, кг/с	D, мм	d, мм	tсер, 0С	Рідина
1	2,7	76×4	25×2,5	10	гліцерин
2	6,5	70×3	25×3,0	25	анілін
3	5,4	57×3	28×3,0	30	бензол
4	3,2	83×5	32×1,0	35	етиловий спирт
5	2,2	70×3	38×4,0	40	вода
6	2,7	76×3	32×3,0	45	бутиловий спирт
7	3,4	83×4	28×2,5	50	анілін
8	2,8	76×4	25×3,0	35	ацетон
9	3,9	70×5	28×3,5	55	бензол
10	4,1	83×5	45×3,0	50	толуол

Задача 4.

Визначити режим руху рідини у міжтрубному просторі кожухотрубного теплообмінника, коли об’ємна витрата рідини V (м³/с), коли відомо, що зовнішній діаметр кожуха теплообмінника D (мм), кількість труб у теплообміннику n (шт.), зовнішній діаметр труби d = 25×2,5 мм. Температура рідини t = 10⁰С. Вихідні дані наведені в таблиці 3.4.

Таблиця 3.4 – Вихідні данні для задачі 4

Варіант	V, м3/с	D, мм	n, шт.	Рідина
1	0,022	152×5	3	бензол
2	0,041	273×8	10	толуол
3	0,025	325×8	17	гліцерин
4	0,031	325×8	17	анілін
5	0,074	426×10	25	ацетон
6	0,063	426×10	25	бензол
7	0,24	630×10	50	толуол
8	0,22	630×12	50	гліцерин
9	0,21	630×11	50	анілін
10	0,23	630×14	50	ацетон

Задача 5.

Визначити режим руху рідини при масовій витраті G (кг/с). Дані до розрахунку: середовище, його середня температура t_сер (⁰С), розміри і форма перетину, число труб n приведені у таблиці 3.5.

Таблиця 3.5 – Вихідні данні для задачі 5

Варіант	Середовище	G	Перетин	Д×δ	d×δ	n	tсер
1	ацетон	0,25	кільцевий	76×4	38×2		25
2		0,56		108×4	76×4		36
3		0,28		76×4	38×2		45
4		0,75		108×4	76×4		43
5		0,45		76×4	38×2		38
6		1,25		76×4	38×2		25
7		1,3		108×4	76×4		38
8	дихлоретан	1,48	трубний простір кожухо-трубного тепло-обмінника		25×2	13	46
9		1,93			25×2	42	42
10		1,44			38×2	121	35
11		1,68			38×2	211	34
12	етилацетат	3,5			25×2	42	54
13					38×2	13	28
14		4,2			25×2	42	32
15		3,4			25×2	13	39
16	етиловий спирт	0,55	коло		38×2		43
17		0,40			25×2		24
18		0,35			57×3		26
19	толуол	1,2			25×2		27
20		1,5			57×3		44