Инженерная реология. Методические указания к лабораторно-практической работе
.pdfМИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет»
Кафедра машин и аппаратов химических и пищевых производств
Р.Ф. САГИТОВ
ИНЖЕНЕРНАЯ РЕОЛОГИЯ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ
Рекомендовано к изданию Редакционно-издательским советом государственного образовательного учреждения
высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет»
Оренбург 2005
УДК 681.5:664(07) ББК 36.81-5я7
С89
Рецензент доктор технических наук, профессор В.Ю. Полищук
Сагитов Р.Ф.
С89 Инженерная реология [Текст]: методические указания к лабораторно-практической работе / Р.Ф. Сагитов – Оренбург:
ГОУ ОГУ, 2005. – 11 с.
Методические указания предназначены для выполнения лабораторно-практической работы «Расчет трубопроводной установки для транспортирования пластично-вязкого продукта» по дисциплине «Инженерная реология» для студентов специальностей 270900 Технология мяса и мясных продуктов и 271100 Технология молока и молочных продуктов очной формы обучения. Работа включает методику расчета фаршепровода.
К __________
ББК 36.81-5я7
© Сагитов Р.Ф. 2005 © ГОУ ОГУ, 2005
2
1 Лабораторно-практическая работа № 5
Расчет трубопроводной установки для транспортирования пластично-вязкого продукта
Цель работы: Определение диаметра трубы или среднеобъемную скорость продукта, потерь давления при транспортировании, мощности, сообщаемой продукту, мощности насоса.
1.1 Методика расчета фаршепровода
1.1.1 Исходные параметры:
Вид продукта, производительность, масса одной загрузки, загрузок за смену, длительность перекачки, общая длинна трубопровода (см. приложение А, таблица 1).
Производительность трубопровода (кг/с)
Mc = Mcм 3600 фр
где Мсм ~ выработка в смену, кг/смену; 3600 - переводной коэффициент, с/ч;
τρ - эффективное время работы в смену, ч/смену.
ф = Длительностьперекачки кол −во загрузок |
|
с |
3600 |
|
|
1.1.2 Выбираемые параметры |
|
(1)
(2)
Скорость движения продукта по трубопроводу - ω0, м/с. Ее оптимальное значение лежит в пределах 0,1÷0,5 м/с (чем «гуще» фарш, тем меньше скорость).
1.1.3 Расчетные параметры
Секундный расход (м³/с) трубопровода
V |
= |
Mc |
, |
(3) |
|
||||
c |
|
с |
|
|
где ρ - плотность продукта, кг/м³. Плотность фарша:
3
р = 1037 - (290·φ +10,5·U) + 22·lgρт,
или yc = 1037 - (290· φ +10,5· ω) ⁄ (1 - ω)+ 22·lgρт,
где φ - жирность продукта, кг жира на 1 кг продукта;
V - влагосодержание продукта, кг влаги на 1 кг сухого остатка; ω - влажность продукта, кг влаги на 1 кг продукта;
рт - давление в трубопроводе, равное половине давления на выходе из насоса, Па.
При организации транспортирования колбасного фарша следует руководствоваться следующим. Плотность жирных видов фарша находится в диапазоне 960÷980 кг/м³, плотность для маложирных видов -1030÷1040 кг/м³. Значения жирности, влагосодержания и влажности фарша выбирают по таблице 2.
Диаметр трубопровода определяют по формуле объемного расхода, по ГОСТу выбирают ближайшую величину d. (по таблице 3)
V = щ F = щ р d2 |
4 = щ р R 2 |
(4) |
c |
, |
где F - площадь живого сечения потока, м² (равна площади сечения продукта, которая нормальна вектору средней скорости); ω - средняя скорость продукта, м/с;
d - внутренний диаметр, м;
R - внутренний радиус трубопровода, м.
Действительную среднюю скорость движения продукта вычисляют по той же формуле объемного расхода.
Консистентную переменную («градиент скорости») (1/с) вычисляют по формуле:
и |
= |
4 щ= |
8 щ= |
|
4 Vc |
|
= |
32 Vc |
, |
|
|
з (р R3 ) |
з (р d3 ) |
||||||||
с |
|
з с з d |
|
|
|
|
||||
|
|
|
ϕ• |
= |
|
32 Vc |
= 8 щ, |
|
||
|
|
|
з (р d3 ) |
|
||||||
|
|
|
* |
|
|
|
d |
|
||
Консистентную переменную («напряжение сдвига») (Па) определяют по формулам:
(5)
(6)
4
|
* |
• |
3 |
n+1 |
n |
|
8 щ n |
|
|
||||||
и |
= B |
|
ϕ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
(7) |
|
|
|
|
|
|
ϕ• |
|
|||||||||
с |
|
0 |
1 |
4 |
р |
|
d |
|
|
|
|||||
или |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и = A |
1 |
ϕ•n , |
|
|
|
|
|
(8) |
|||||
|
|
|
с |
|
|
|
* |
|
|
|
|
|
|
||
где А1 - напряжение сдвига на стенке трубы при единичном значении относительного градиента скорости, Па;
•
ϕ*n - относительный градиент скорости на стенке (консистентная
переменная);
n - индекс течения; если в логарифмических шкалах экспериментальная кривая линия спрямляется, то он равен отношению логарифмов (находят по таблице 4).
Потери давления или давление в продукте на выходе из насоса
определяют по найденному значению консистентной переменной по формуле:
p d |
|
|
|
|
|
|
n |
|
= A |
8 |
щ |
г |
|
• |
, |
(9) |
|
4 l |
1 |
|
|
1 |
d |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p d |
= A1 ϕ*n |
=и, |
|
(10) |
||
|
|
|
|||||
|
4 l |
|
|
|
|||
|
p = |
4 l и |
|
, |
|
(11) |
|
|
d |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
||
Мощность, сообщаемая продукту (кВт): |
|
|
|||||
|
N = p V 10 |
−3 |
(12) |
||||
|
|
|
|
|
c |
, |
|
1.1.4 Выбор оборудования
Насос выбирают по требуемой подаче трубопровода Мс или МчАС=3600 Мс, принимая во внимание, что объемный КПД составляет 0,5÷0,6, и руководствуясь данными таблицы 5.
Мощность электродвигателя (кВт):
|
|
а |
|
N |
|
N |
|
|
|
|
Nэд |
= |
|
+ |
|
, |
(13) |
||||
|
|
|
||||||||
Kn |
|
|
|
|
||||||
|
|
Kн |
|
Ki |
|
|
||||
5
где а - коэффициент запаса мощности (для коротких трубопроводов до 5 м - а=2; для длинных а=1,5); КП,КН,КШ - КПД механических передач от электродвигателя
соответственно к насосу, от насоса и шнеков (питателей); N1,NШ - полезная мощность, развиваемая насосом и шнеком, кВт.
Электродвигатель выбирают по соответствующему каталогу с округлением мощности в сторону увеличения.
6
Список использованных источников
1.Виноградов Я.И. Гидравлика и гидравлические машины для пластичновязких мясных и молочных продуктов. [Текст] / Я.И. Виноградов, В.И.
Горбатов и др.: - М., 1991. – 265 с.
2.Мачихин Ю.А. Инженерная реология пищевых материалов [Текст] / Ю.А. Мачихин, С.А. Мачихин : - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981.
–216 с.
7
Приложение А
(обязательное) Исходные данные
Таблица А1 - Исходные данные по вариантам
|
|
Производитель- |
Масса одной |
Загрузок за |
Длительность |
Общая длинна |
|
№ варианта |
Вид продукта |
перекачки |
трубопровода, |
||||
|
|
ность, кг. |
загрузки, кг. |
смену |
одной |
м. |
|
|
|
|
|
|
загрузки, сек. |
||
|
|
|
|
|
|
||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
1 |
Говядина |
3500 |
250 |
14 |
400 |
7 |
|
куттерованная |
|||||||
|
|
|
|
|
|
||
|
Свинина |
|
|
|
|
|
|
2 |
полужирная, |
4200 |
280 |
15 |
360 |
6,5 |
|
|
куттерованная |
|
|
|
|
|
|
|
Фарш |
|
|
|
|
|
|
|
колбасный, |
|
|
|
|
|
|
3 |
колбасы |
2600 |
200 |
13 |
340 |
8 |
|
|
ливерной при |
|
|
|
|
|
|
|
30ºС |
|
|
|
|
|
|
4 |
Фарш сосисок |
3400 |
200 |
17 |
420 |
6,8 |
|
свиных |
|||||||
|
|
|
|
|
|
||
|
Фарш |
|
|
|
|
|
|
5 |
колбасный |
5000 |
250 |
20 |
500 |
7,4 |
|
|
любительский |
|
|
|
|
|
|
|
Фарш |
|
|
|
|
|
|
|
колбасный |
|
|
|
|
|
|
6 |
колбасы |
4800 |
240 |
20 |
330 |
6,6 |
|
|
докторской |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8
Продолжение таблицы А1
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
7 |
Фарш |
3700 |
185 |
20 |
390 |
7,6 |
|
котлетный |
|||||||
|
|
|
|
|
|
||
|
Фарш |
|
|
|
|
|
|
|
колбасный |
|
|
|
|
|
|
8 |
колбасы |
2800 |
140 |
20 |
430 |
7,9 |
|
|
ливерной при |
|
|
|
|
|
|
|
60ºС |
|
|
|
|
|
|
|
Фарш |
|
|
|
|
|
|
9 |
колбасный |
3200 |
160 |
20 |
450 |
6,9 |
|
|
колбасы чайной |
|
|
|
|
|
|
10 |
Фарш |
3900 |
195 |
20 |
460 |
6, |
|
котлетный |
|||||||
|
|
|
|
|
|
||
11 |
Говядина |
4000 |
200 |
20 |
470 |
6,2 |
|
куттерованная |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Фарш |
|
|
|
|
|
|
12 |
колбасный |
4100 |
205 |
20 |
490 |
6,3 |
|
|
любительский |
|
|
|
|
|
|
13 |
Фарш сосисок |
3100 |
215 |
20 |
520 |
6,8 |
|
свиных |
|||||||
|
|
|
|
|
|
||
|
Фарш |
|
|
|
|
|
|
|
колбасный |
|
|
|
|
|
|
14 |
колбасы |
3100 |
155 |
20 |
510 |
7,7 |
|
|
ливерной при |
|
|
|
|
|
|
|
60ºС |
|
|
|
|
|
9
Продолжение таблицы А1
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
|
Фарш |
|
|
|
|
|
|
15 |
колбасный |
3550 |
355 |
10 |
340 |
7,3 |
|
колбасы |
|||||||
|
|
|
|
|
|
||
|
докторской |
|
|
|
|
|
|
|
Свинина |
|
|
|
|
|
|
16 |
полужирная. |
3650 |
146 |
25 |
280 |
7,2 |
|
|
куттерованная |
|
|
|
|
|
|
|
Фарш |
|
|
|
|
|
|
17 |
колбасный |
2860 |
143 |
20 |
300 |
7,8 |
|
колбасы |
|||||||
|
|
|
|
|
|
||
|
ливерной |
|
|
|
|
|
|
|
Фарш |
|
|
|
|
|
|
18 |
колбасный |
2980 |
149 |
20 |
290 |
7,4 |
|
|
колбасы чайной |
|
|
|
|
|
10