Контрольные вопросы

1. Приведите расчётную формулу для определения критерия Re (с расшифровкой).

2. Что показывает критерий Рейнольдса?

3. Какое значение имеют критические значения критерия Рейнольдса для гладких труб при ламинарном, переходном и турбулентном течении?

4. От каких условий зависит критическое значение критерия Рейнольдса?

5. Какие ,вы , знаете критерии подобия гидравлических процессов?

9. Из каких составляющих складывается полная потеря напора?

6. Последовательность расчёта простого трубопровода.

7. Опишите явление гидравлического удара в трубопроводе.

8. Применение каких методов позволяет избежать гидравлического удара в трубопроводе?

Домашнее задание 12.

Определить потери напора на линии всасывания и нагнетания если центробежный насос установлен на высоте 5 м над уровнем открытого водоёма для перекачки (столбец 2) вещества (столбец 8) в реактор, работающий под давлением 0,1 МПа. Геометрическая высота подъёма (столбец 3). Температура 20 °С. На линии нагнетания (длинна смотри столбец 4) расположены 2 отвода под углом 110 °, а так же 2 нормальных вентиля и один прямоточный. На линии всасывания (длинна смотри столбец 5) установлено два прямоточных вентиля и 3 отвода под углом 90 ° ( в обоих случаях отношение радиуса изгиба к внутреннему диаметру трубопровода равно 4).

Содержание урока 13,14 (лабораторная работа 1) Лабораторная работа 1.

Наименование работы: «Определение режима и скорости движения жидкости».

Цель работы: приобретение практических навыков при определении режима движения жидкости и расчёте критерия Рейнольдса; изучение изменений, происходящих в потоке при различных режимах течения.

Пояснения к работе

При расчёте технологических процессов, связанных с движением газов и жидкостей, необходимо учитывать характер движения потока.

На примере жидкости, пропускаемой по трубопроводу, можно установить существование двух режимов движения жидкости – ламинарного и турбулентного.

Обычно при малых скоростях ( и малых диаметрах трубопровода) элементарные струйки жидкости движутся параллельно, как бы скользя друг по другу, не перемешиваясь. Такое течение называется ламинарным или слоистым (вязким). При больших скоростях наблюдается поперечное перемешивание струек жидкости за счёт образования вихрей. Этот вид течения называется турбулентным.

Для установления потока при ламинарном течении скорость постоянна в каждой точке жидкости, а при турбулентном течении колеблется около некоторого среднего значения. Распределение скоростей по поперечному сечению трубопровода при ламинарном течении происходит по параболе, причём средняя скорость потока составляет 0,5 от максимальной (по оси потока). При турбулентном течении изменение скоростей в поперечном сечении трубопровода идёт по более пологой кривой и средняя скорость составляет 0,8 – 0,9 от максимальной.

Характер движения жидкости (газа) зависит, как показали опыты, не только от средней скорости потока, но и от геометрических размеров потока (эквивалентного диаметра), вязкости и плотности жидкости (газа). Влияние перечисленных параметров потока на характер движения определяется величиной критерия Рейнольдса:

, (1.51)[8]

где Re – критерий Рейнольдса;

средняя скорость потока, м/с;

эквивалентный диаметр трубопровода, м;

плотность жидкости или газа, кг/м³;

динамический коэффициент вязкости, Па∙с;

кинематический коэффициент вязкости, м²/с.

Критерий Рейнольдса показывает соотношение сил инерции, характеризующихся скоростью потока и его размерами, и сил внутреннего трения, характеризующихся скоростью потока. Отсюда следует, что турбулентное течение свойственное потокам, обладающим развитыми силами инерции, а ламинарное характерно для потоков, в которых силы внутреннего трения преобладают над силами инерции.

Установлено что для ламинарного режима численное значение критерия Рейнольдса всегда меньше, а для турбулентного всегда больше некоторого определённого «критического» значения. Например, для прямых труб критическое значение критерия Рейнольдса 2300.

В трубах с очень гладкими трубами ламинарное течение может существовать и при Re >2300, однако такое течение неустойчиво и небольшие возмущения вызывают переход к турбулентному режиму.

Необходимо отметить, что приведённое критическое значение является в известной степени условной величиной, так как трудно обнаружить резкий переход от ламинарного режима к турбулентному. В действительности обычно наблюдается так называемая «переходная» область исчезновения ламинарного режима и установление турбулентного состояния потока. Численные значения критерия Рейнольдса при переходной области находятся в пределах 2300 – 10000. При значении Re более 10 000 режим потока становится развитым (устойчивым) турбулентным.

Для змеевиков значение критерия Re повышается в зависимости от соотношения диаметра трубы к диаметру (d/D) и может достигать 7000 - 8000.

Аппаратура и реактивы

1. бак для воды

2. стеклянная трубка

3 . вентиль

4. сливная ёмкость

5. уровнемер

6. резиновые трубки для подачи чернил

7. вентиль

8. ёмкость с чернилами

рисунок 15

Техника безопасности

Опасность представляют стеклянные трубки и применение в работе большого количества воды.

Трубки, выполненные из стекла, хрупки, их нельзя: трясти, ронять на них предметы, облокачиваться. В случае появления трещин или разрушения стеклянных трубок необходимо поставить в известность лаборанта или преподавателя. Разрушенные стеклянные трубки убирать аккуратно, используя средства индивидуальной защиты рук. В случае нарушения правил техники безопасности при обращении со стеклянными предметами возможны механические травмы рук и лица.

Используемая в работе жидкость – вода не является токсичной, однако не аккуратное обращение с водой может вызвать её пролив на одежду, и как следствие намокание последней.

Подготовка и проведение работы

Опыт 1.

Перед работой проверяют наличие воды в баке 1 и температуру воды с помощью термометра. Затем вентилем 3 регулирует скорость потока в стеклянной трубке 2. По резиновой трубке 6 из ёмкости 8 подают чернила (или окрашенную воду). Устанавливают ламинарный режим движения жидкости и засекают по уровнемеру 5 время истечения 3 литров жидкости.

Опыт 2.

Затем вентилем 3 увеличивают поток жидкости, устанавливают турбулентный режим и засекают по уровнемеру 5 время истечения 3 литров жидкости.

Определяют скорость течения воды в стеклянной трубке при ламинарном и турбулентном режиме по формуле:

(1.73)[10]

где скорость течения жидкости, м/с;

объём замеренной жидкости, м³;

площадь сечения трубопровода, м²;

время опыта, с.

По справочным данным (приложение А) определяем вязкость воды при температуре определения.

По номограмме (приложение Б) определяем плотность воды при температуре эксперимента.

Заполнить таблицу опытных данных.

Таблица 10 – Опытные данные

опыт	наблюдения	, м3	, °С	, с	, Па*с	, м/с	Re	Режим движения
1
2

Задание

• самостоятельно изучить методические рекомендации по проведению лабораторной работы;

• подготовить предварительную форму отчета о лабораторной работе;

• ответить на контрольные вопросы в конце методики.

Работа в лаборатории

Провести подготовку к лабораторной работе согласно методическим указаниям и выполнить указанные в проведении работы действия. Заполнить отчет о лабораторных работах. Согласно полученным результатам работы произвести расчёт скорости движения жидкости и режима движения жидкости. Сделать вывод.

Контрольные вопросы:

1. Из каких узлов состоит лабораторная установка?

2. Как запустить установку в действие?

3. Какие режимы движения жидкости вы знаете?

4. Цель проведения работы?

5. Как определить режим движения жидкости визуально?

6. Как определить режим движения жидкости расчётным путём?

7. записать формулу определения критерия Рейнольдса.

8. Какие величины входят в формулу для определения критерия Рейнольдса? Размерности входящих в формулу величин.

9. Как определяется скорость движения жидкости в трубке?