Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Карантин 2020 / Лабы / Исследование режимов течения + защита Терпугов

.docx
Скачиваний:
14
Добавлен:
26.06.2020
Размер:
297.37 Кб
Скачать

РОССИЙСКИЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Д.И.МЕНДЕЛЕЕВА

КАФЕДРА ПРОЦЕССОВ И АППАРАТОВ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА «ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ ТЕЧЕНИЯ ЖИДКОСТИ»

ВЫПОЛНИЛИ:

ГРУППА: О

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: визуально определить режим движения воды в прозрачных круглых гладких прямых трубах разной площади поперечного сечения; найти критическое число Рейнольдса при течении воды в трубах различных диаметров.

СХЕМА УСТАНОВКИ

Т1, Т2 - трубы из органического стекла длиной 1200 мм круглого поперечного сечения с внутренним диаметром d1 = 35 мм и d2 = 25 мм. Обе трубы имеют входные раструбы (расширения), способствующие плавному входу жидкости в них.

С1, С2 – успокоительные резервуары; Е2 – демпфирующая емкость (гасящая скорость жидкости); Е1 – напорный сосуд; В2, В3 – регулирующие вентили; поз. 1 и 2 – ротаметры; К2, К3 – краны нижних сливных трубопроводов.

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ

Труба

Измеренные величины

Расчет

Показания ротаметров

Расход воды V̇, л/ч (м3/с)

Т, ℃

Характер движения жидкости

ρ, кг/м3

μ, Па∙с

Re

dвн = 25 мм

1

5

300 (8,33∙10-5)

6,5

Ламинарный

999,875

1,452∙10-3

2923,2

2

10

360

(1∙10-4)

Ламинарный

3508,9

3

15

420

(1,17∙10-4)

Переходный

4105,4

4

25

520

(1,44∙10-4)

Переходный

5052,8

5

35

640

(1,78∙10-4)

Переходный

6245,8

6

55

860

(2,39∙10-4)

Переходный

8386,2

7

60

930

(2,58∙10-4)

Турбулентный

9052,9

8

70

1040

(2,89∙10-4)

Турбулентный

10140,7

9

100

1380

(3,83∙10-4)

Турбулентный

13439

dвн= 35 мм

1

2

27,5

(7,64∙10-6)

7,1

Ламинарный

999,845

1,426∙10-3

194,97

2

10

53,75

(1,49∙10-5)

Переходный

380,24

3

20

87,5

(2,43∙10-5)

Переходный

620,13

4

35

135

(3,75∙10-5)

Переходный

956,99

5

50

185

(5,14∙10-5)

Переходный

1311,7

6

55

200

(5,55∙10-5)

Турбулентный

1416,3

7

60

218

(6,06∙10-5)

Турбулентный

1546,5

8

100

348

(9,67∙10-5)

Турбулентный

2467,75

Расчет:

; dэ = dвн;

Ⅰ. dвн = 25 мм;

1).

2).

Остальные пункты рассчитаны аналогично:

Ⅱ. dвн= 35 мм;

1).

Аналогично:

Вывод: для трубы с меньшим сечением критическое число Рейнольдса равно 4105,4, а для трубы с большим сечением – 380,24.

Тефлоновое покрытие

Тефлоновое покрытие (политетрафторэтилен) действительно сейчас активно используется в многих отраслях промышленности. Оно может наноситься практически на любые материалы и поверхности изделий из алюминия и его сплавов, стали, чугуна. Покрытие тефлоном выполняется промышленным способом, включающим в себя несколько поэтапных технологических процессов.

Тефлон применяется в химической промышленности для покрытия трубопроводов, ректификационных колонн, мешалок, так как обладает химической инертностью, стойкостью к агрессивным средам, температуре и коррозии, негорючестью, также имеет низкий коэффициент сопротивления. Химическая стойкость тефлона превышает практически все синтетические материалы и металлы.

Но считается нецелесообразным покрытие тефлоном всего трубопровода, мешалки и др. Более выгодным и простым в исполнении считают покрытие отдельных, наиболее подверженных к воздействию среды, элементов аппарата или участков трубопровода, контактирующих с агрессивной средой.

Помимо вышеперечисленных свойств, тефлон также имеет антиадгезионные, антипригарные и диэлектрические свойства. Этот материал применяется в пищевой промышленности, холодильной промышленности, в медицинской технике, текстильной промышленности и др.

Критерий Рейнольдса для реки средних размеров при медленном течении

Согласно классификации рек по величине, средними реками называются равнинные реки, бассейны которых располагаются в одной гидрографической зоне и имеют площадь от 2000 до 50000 км2. К таким рекам относится Москва-река, имеющая бассейн в 17 600 км².

Критерий Рейнольдса определяется по формуле:

Re =

Средняя годовая температура в Москве равняется + 6 °C, при данной температуре

ρ (H2O) = 1000 кг/м3

μ (H2O) = 1,474 мПа⋅с

Наименьшая скорость течения воды в Москве-реке составляет 0,2 м/с (вблизи Лужников).

Согласно формуле для расчёта эквивалентного диаметра,

Dэ =

где S – площадь сечения канала, по которому течёт жидкость, P – смоченный периметр.

Известно, что средняя ширина Москвы-реки приблизительно равняется 160 м, средняя глубина – 4,5 м. Так как дно реки имеет неправильную форму, примем, что минимальная площадь канала имеет вид кругового сегмента (рис. 1), а максимальная – вид прямоугольника (рис. 2).

Рассчитав число Рейнольдса для каждого из этих каналов, мы найдём возможный диапазон значений критерия.

1) Круговой сегмент

для канала данного сечения площадь вычисляется по формуле:

S = 0,5R2( – sin(α))

где R – радиус круга, от которого отсечён сегмент, α – угол отсечения сегмента.

Для нахождения радиуса дополним сегмент до целого круга (рис. 3). Из получившегося прямоугольного треугольника по теореме Пифагора получаем соотношение:

R2 = (R – 4,5)2 + 802

отсюда выводим радиус:

R2 = R2 – 9⋅R + 20,25 + 6400

R = 6420,25/9 = 713,4 м

Длина смоченного периметра равняется длине дуги окружности с радиусом R, отсекаемой хордой с длиной H = 160 м (рис. 4)

Длина дуги P находится из пропорции:

при длине хорды Н = 2⋅R = 1426,8 м длина дуги Р = 0,5⋅π⋅D = 2240,1 м

при длине хорды Н = 160 м длина дуги

Р = ⋅ 2240,1 = 251,2 м

Угол α находится из аналогичной пропорции:

при длине дуги Р = 2240,1 м угол α = 180°

при длине дуги Р = 251,2 м угол

α = ⋅ 180 = 20,19°

sin(α) = 0,3451

подставим полученные значения в формулу для нахождения площади сечения канала:

S = 0,5R2( – sin(α)) =

= 0,5713,42( – 0,3451) = 1807,6 м2

отсюда находим эквивалентный диаметр:

Dэ = = = 28,78 м

по указанной выше формуле находим число Рейнольдса:

Re = = = 3,905⋅106

2) Прямоугольный канал

Для прямоугольного канала эквивалентный диаметр определяется по формуле:

Dэ = = = 17,04 м

для данного значения эквивалентного диаметра критерий Рейнольдса равен:

Re = = = 2,312⋅106

Вывод: во всех реках наблюдается крайне выраженный турбулентный режим течения. Это подтверждает тот факт, что реки всегда мутные: при турбулентном режиме течения пограничный слой не успевает сформироваться, и поток жидкости захватывает частицы песка и ила, лежащие на дне.

Изменение количества измеряемой жидкости в ротаметре

Ротаметры обычно имеют форму вертикальной конической трубы, расширяющейся вверх, в которой свободно перемещается вверх и вниз поплавок специальной формы.

Жидкость движется вверх по трубе, вынуждая тем самым поплавок подняться на определенную высоту и образовать кольцевой зазор между ним и стенками трубы так, чтобы силы, действующие на поплавок, уравновесились. Следовательно, положение поплавка соответствует определенной величине расхода, которую можно определить по шкале.

В основном, на поплавок действуют три силы:

• гравитационная сила G

• выталкивающая сила А, которая в соответствии с законом Архимеда является постоянной, если постоянна плотность жидкости

• сила S, динамический напор потока, воздействующий на поплавок.

Поскольку в данном случае силы G и А постоянны, сила S в положении равновесия также должна быть постоянной (плавучее состояние), а сумма сил G + А должна быть равна ей и противоположна по направлению. Это достигается изменением кольцевого зазора до соответствующего равновесного положения поплавка в конусе измерительной трубы. Поэтому каждое значение расхода соответствует определенному кольцевому зазору, который при известной конусности измерительной трубы соответствует определенному положению поплавка.

Если изменить массу поплавка, то можно добиться увеличения диапазона измерения ротаметра, так как это влияет на гравитационную силу.

Для этого существуют поплавки переменной массы: