«Процестер және аппараты» курсы жалпы инженерлiк дайындауда қорытындылаушы, ал арнаулы (инженерлiк) дайындық бағытында негiз қалаушы пән болып табылады.

Бұл «Процестер және аппараты» пәнде әрбiр типтес технологиялық процестiң теориялық негiздерiне, оның статикасы (тепе-теңдiк қатынастары) мен кинетикасына, оның алмасу құбылысын есепке алып уақытқа байланысты дамуына, көбiрек таралған химиялық аппараттардың құрылымдарын және оларды электронды есептеу машиналарын пайдаланып есептеу әдiстерiн бiлуге ерекше көңіл аударылады.

«Процестер және аппараты» пәнiнде типтiк технологиялық процестердiң қарқындылығы мен тиiмдiлiгiн арттыру, энергияны үнемдеу және экология мәселелерiне ерекше назар аударылады.

Лекциялар, лабораториялық практикум, практикалық сабақтар, курстық жоба, жалпы инженерлiк өндiрiстiк практика кезiнде берiлетiн жеке тапсырмалар өнеркәсiп орындарында, ғылыми-зерттеу және жобалау институттарында, мекемелерiнде, жоғары техникалық оқу орындарында табысты жұмыс iстеу үшiн керектi дағдылықты, ептiлiктi және бiлiмдiлiктi қамтамасыз етедi.

Оқу құралы «Гидромеханикалық процесстер» бөлімінің мазмұнынан және 7 зертханалық жұмыстан құралады. Әрбір зертханалық жұмысқа мыналар жатады: жұмыстың мақсаты, теориялық бөлім, қондырғының сипаттамасы, жұмысты орындау тәсілі, негізгі көрсеткіштерді есептеу реті, бақылау сұрақтары. 2-3 студенттен топқа бөлініп, оқытушының рұқсатымен зертханалық жұмыс орындауға жіберіледі. Әрбір студент жұмысты орындап, тапсырмаға сай есептеп, есеп береді және оқытушыға қорғайды

Зертханалық оқу құралы типтік және жұмыстық оқу бағдарламаға мазмұнына сәйкес және М.Әуезов атындағы ОҚМУ фирмалық стандартының Ф.4.7-008-02 талаптарына сай құрастырылған. Барлық оқу үлгідегі 050720, 050721, 050724, 050708, 050702, 050727, 050728, 050730, 050731 мамандырылған студенттерге арналған оқу құралы.

Зертханалық жұмыс № 1

Құбырдың гидравликалық кедергісін анықтау

Жұмыстыңмақсаты: Үйкеліс коэффициенті мен жергілікті кедергілердің коэффициенттерін тәжірибе арқылы анықтау. Үйкеліс коэффициенті мен жергілікті коэффициенттердің мәндерінің сұйықтың қозғалу ережесіне қатынасын зерттеу.

1.1. Теориялық бөлім

Іс жүзіндегі тасқын құбырдың ішінде қозғалғанда оның меншікті энергиясы қозғалғандағы сұйық қабаттардың арасындағы молекулалардың өзара байланыс күшін жеңуге (ішкі күйзеліс) және сұйықпен түтіктің ішкі қабырғасының арасындағы үйкеліс күшіне жұмсалады (сыртқы үйкеліс). Жоғалған тегеуріннің шамасын біле отырып, Бернулли теңдеуін қолданып, сұйық пен газ тасқындарының бойындағы жылдамдык пен қысымның мәндерін анықтауға мүмкіндік туады.

(1.1)

мұнда: , – нивелир биіктігі, м;

; - статикалық тегеурін, м;

; - жылдамдық тегеуріні, м;

h_ш- шығындалған тегеурін, сондай-ақ жоғалған энергия, өлшем бірлігі м.

Химия өнеркәсібінде сұйықтар (газдар) құбырлар арқылы тасымалданады және ол үшін көптеген энергия шығындалады. Сондықтан нақты сұйықтардың құбырлармен қозғалысындағы гидравликалық кедергілерді есептеу гидравликаның ең негізгі мәселерінің бірі болып табылады. Гидравликалық кедергілердің екі түрі болады:

1) Үйкеліс кедергісі нақты сұйықтардың құбырдың барлық ұзындығы бойынша қозғалысында пайда болады. Бұл кедергіге қозғалыстың режимі әсер етеді.

2) Нақты сұйық ағынының жылдамдығы шамасы және бағыты бойынша өзгергенде жергілікті кедергілер пайда болады. Мысалы, жергілікті кедергілерге сұйықтың құбырға кіруі және одан шығуы, құбыр қимасының кенеттен ұлғаюы немесе тарылуы, иіндер, бұрылыстар, сұйық шамасын реттейтін құрылғылар (вентилдер, крандар) және т.б. жатады.

Сонымен жалпы шығындалған тегеурін екі қосындымен өрнектеледі:

(1.2)

Мұнда: - үйкеліс кедергісіне шығындалған тегеурін, м;

-жергілікті кедергілерге шығындалған тегеурін, м.

Тегеурін және қысым шығындарын анықтау іс жүзінде ең маңызды мәселе, себебі ол нақты сұйықтарда насостар, компрессорлар және т.б. арқылы тасымалдағанда қажетті энергияны есептеумен байланысты.

Шығындалған тегеурін Вейсбах теңдеуімен:

(1.3)

мұнда:  - кедергі коэффициенті;

w – ағынның орташа жылдамдығы, м/с.

(1.3) теңдігінде кедергі коэффициенті ретінде үйкеліс кезіндегі энергия шығынның есептегенде үйкеліске кеткен ұзындығы бойынша кедергі кэффициенті _l, ал жергілікті кедергінің энергия шығының есептегенде _ж.к. жергілікті кедергінің коэффициенті қойылады.

Үйкеліске жоғалтқан тегеурінді анықтау.

Үйкеліске жоғалтқан тегеурін коэффициенті төмендегі теңдікпен анықталады:

(1.4)

мұнда:  - үйкеліс коэффициенті (Дарси коэффициенті);

l – құбырдың ұзындығы, м;

d – құбырдың диаметрі, м.

(1.4) тендігін (1.3) теңдеуіне қойып өрнектегенде Дарси-Вейсбах теңдігі шығады:

(1.5)

Үйкеліс кэффициенті көптеген факторларға: ағын қозғалысының режиміне, оның физикалық қасиеттеріне, пішініне және құбырдың бұрылыстарына, құбырдың ішкі қабырғасының бұдырлығына байланысты.

(1.5) теңдігін логарифимдесек:

(A)

мұнда: - құбырдың ішкі қабырғасының бұдырлығының абсолюттік шамасы (бұдырлықтың орташа биіктігі), мм.

Жез, қорғасын, мырыш құбыр үшін: - 0,002

Жіксіз болат құбыры үшін - 0,006-02

Пайдаланған болат құбыры үшін - 0,1…, 0,5

шойын құбыр үшін - 0,2… ,1,0

Гидравликалық тегіс құбыр Re саны көбейген сайын бірте-бірте гидравликалық бұдырлы құбыр болып есептеліп кетуі мүмкін. Сонымен Re санының көбеюіне байланысты үйкелісті төмендегі үш аймаққа (зонаға) бөлуге болады: 1) тегіс үйкеліс аймаға – λ тек Re санына байланысты; 2) аралас үйкеліс аймағы – λ тек Re санына және бұдырлыққа байланысты; 3) автомоделді аймағы – λ тек Re санына болмай тек бұдырлыққа байланысты.

Түзу құбырдағы ламиарлық қозғалыста (Re <2300) үйкеліс кедергісіне шығындалған тегеурінді теориялық жолмен Хаген-Пуазейль теңдеуіне негізделіп анықтауға болады:

(1.6)

мұнда:  – тұтқырлықтың дианмикалық коэффициенті, Па^.с;

 – сұйықтың тығыздығы, кг/м³;

g – еркін түсу үдеуі, м/с².

(1.5) және (1.6) теңдіктерін теңестіріп, комплекс Рейнольдс санының мәніне тең екенін ескере отырып, Дарси коэффициентінің өрнегін аламыз.

(1.7)

осыдан: , және осының есебімен үйкеліске шығындалған тегеурін төмендегіше анықталады:

(1.8)

Екінші аймақ –турбуленнті ағыстың басталуын сипаттайды (2320  Re 10⁵). Бұл кезде үйкеліс коэффициенті сұйықтың бөлшектерінің арасындағы инерциялық күштер мен оған әсер ететін тұтқырлық күшіне байланысты болады да түтіктің қабырғасының тегістігіне қатысты болмайды: =(Rе). Қаралған ережеде тасқынның ламинарлы қабатының қалыңдығы түтіктің дөңінің биіктігінен әлдеқайда артық болады Бұл кезде бұдырдың дөңдерінің бәрі бір қалыпты баяу ағатын ламинарлы қабаттың астына батып кетеді. «Тегіс үйкеліс» немесе «тегіс түтік» аймағы байқалады. Тасқынның бұдыр дөңдерінен өткенде құйын немесе қосымша кедергілер пайда болады. Үйкеліс кедергісінің коэффициентін турбуленттік режимде есептеу үшін Блаузиус формуласын пайдалануға болады:

(1.9)

Үшінші аймақ – кемелденген турбулентті режим 10⁵  Re  10⁶. Тұтқырлықтың кедергіге әсері азаяды, ал қозғалу жылдамдығы анағұрлым ұлғаяды.Бұл турбулентті тасқында жылдамдыққа пропорционалды тұтқырлықтың кедергісінің негізгі бөлігі дамыған турбулентті ережеде, сұйықтың центрдегі турбулентті өзегінде, бөлшектердің құйындатып айналуы кезінде пайда болады. Бұл ережеде ламинарлы қабаттың астының қалыңдығы тез арада жұқарады. Ламинарлы қабаттьң астарынан бұдырдың дөңі «жалаңаштанады» және өздері сұйықтың қозғалыстағы бөлшектерін құйындатып айналдыра бастайды, осылай өздері үйкеліске жоғалатын тегеурінді көбейтеді.Үйкеліс кедергісінің коэффициентін кемелденген турбуленттік режимде есептеу үшін Альтшуль формуласын пайдалануға болады:

(1.10)

Төртінші аймақ – автомоделді аймақ Re  10⁶. Ламинарлы қабаттың биіктігінің азаятыны сондай, бұдырдың айдары түгелімен сұйықтың турбулентті тасқынның жуылып кетеді, бұл кезде олар тасқыннан жеке құйындарды ұстап қалып оның турбуленттігін күшейтеді. Айналып жүрген құйынның бөлшектерінің кинетикалық энергиясы сұйықтың жылдамдығының (квадратына) екінші көрсеткішіне пропорционалды болады. Сондықдан бұл аймақ квадратты кедергі немесе автомоделді аймақ деп аталады. Үйкеліс кедергісінің коэффициентін автомоделді аймақта есептеу үшін Шифринсон формуласын пайдалануға болады :

(1.11)

Үйкеліс кедергісінің коэффициентін графиктен анықтауға болады (2,503 бет.).