Химическая технология, ч. 1. - Гончаров А.И
Скачать (прямая ссылка):
Щоб дотримувати балансу енергії, коли реальна рідина рухається, треба в правій частині рівняння Бернуллі врахувати втрату напору, що характеризує енергію подолання гідравлічного опору
Ч"5-+-ё~*+-5-+4+^
де z —• нівелірна висота, або висотний напір (/гг); -^- — напір тиску (hT), або п'єзометричний напір, сума + "^) — повний гідроста-
тичний напір, або статичний напір (/гст); величина ¦^- — швидкісний, або динамічний напір (hmB).
Таким чином, відповідно до рівняння Бернуллі при встановленому русі ідеальної рідини сума швидкісного і статичного напорів, яка дорівнює гідродинамічному напору, не змінюється при переході від однсго поперечного перетину потоку до іншого. Разом з тим, з рівняння Бернуллі відповідно до енергетичного розуміння його членів виходить, що при встановленому русі ідеальної рідини сума потенціальної
^z + -j^rj і кінетичної (|~] енергій рідини для кожного з поперечних перетинів потоку залишається незмінною. Отже, рівняння Бернуллі є окремим випадком закону збереження енергії і виражає енергетичний баланс потоку.
Рівняння Бернуллі застосовують для визначення швидкості, вит-рати і часу витікання рідини з резервуарів. Для визначення швидкості і витрати рідини в промисловостТ застосовують диференційний манометр "(рис. 20). Його tV-подібна трубка заповнена ртуттю, водою або спиртом залежно від робочої рідини. За наслідками вимірювань
,и- . .
Пшв = -2-7 знаходять максимальну швидкість рідини вздовж осі
трубопроводу. Витрату рідини розраховують як добуток середньої швидкості на площу поперечного перетину трубопроводу. Для визначення швидкості і витрати рідини частіше використовують дросельні
Рис. 21. Вимірювальна діафрагма.
прилади, принцип роботи яких грунтується на вимірюванні .перепаду тисків при зміні поперечного перетину трубопроводу. Це вимірю-вальні діафрагми (рис. 21)7^опла і труба Вентурі (рис. 22).
Вимірювальну піяфрягмя — це тонкий диск з отвором круглого перетину, центр якого розміщений на осі труби. Вимірювальне сопло є насадкою, що має плавно закруглений вхід і циліндричний вихід. У труби Вентурі поперечний перетин поступово звужується, а потім знову розширюється до попереднього розміру.
Витрата рідини Q в перетині S0 отвору діафрагми (а отже, і в трубопроводі) дорівнюватиме:
У '-W
або скорочено
Q = ¦^4VW, (80)
де а — поправочний коефіцієнт («_<; 1), який називають коефіцієнтом витрати дросельного приладу. Його значення залежить від значення критерію Re для рідини і відношення діаметра отвору дросельного приладу до діаметра трубопроводу
а =/(Re, А). (Bi)
Середню швидкість рідини в трубопроводі визначають діленням d0 на площу перетину трубопроводу, користуючись скороченим рівнянням
co = a(AjV2gft- (82)
Якщо робота проводиться з газом або парою, які стискуються, то у рівняння (82) вводять ще один поправочний коефіцієнт, який враховує зміну їх густини. V Рух тіл у рідинах і осадження часточок під дією сил тяжіння. Багато процесів хімічної технології пов'язано з рухом твердих тіл
у рідинах або газах. До таких процесів належать процеси осадження твердих часточок з суспензій і пилу під дією сил тяжіння та інерційних сил, перемішування в рідинах та ін. Вивчення закономірностей цих процесів і є зовнішнім завданням гідродинаміки. Під час руху тіла в рідині або при обтіканні твердого тіла рідиною виникають опори, на подолання яких витрачається певна енергія. Опір, який виникає, залежить в основному від режиму руху і форми тіла.
Під час ламінарного руху, якщо швидкість мала або якщо в'язкість середовища велика, навколо тіла утворюється шар рідини і тіло повільно обтікається потоком. Втрата енергії в таких умовах пов'язана з подоланням опору тертя.
З розвитком турбулентного руху дедалі більшу роль відіграють сили інерції, які призводять до утворення за тілом невпорядкова-них завихрень. При цьому різниця тисків рідини на передню і задню частини тіла дедалі все більше перевищує різницю тисків при ламінарному русі. Починаючи з деяких значень критерію Рей-нольдса, роль лобового опору стає визначальною. Силу опору середовища, яка протидіє руху тіла, можна виразити рівнянням закону опору
Ньютона R = rj-a^cd2p, (83)
де \|з — коефіцієнт опору середовища; d — діаметр часточки, м; ©ос — швидкість осадження, м/с; р — густина середовища, кг/м3.
Відношення RJd — це перепад тисків Ар, який долає тіло. Розв'язавши рівняння (83) відносно г|з, можна встановити, що коефіцієнт
опору пропорційний критерію Ейлера Eu = -^- і залежить від
критерія Рейнольдса під час руху кулястих часточок діаметром d, який і є визначальним розміром у критерії Re. Визначено три різних режими руху, і кожному з них відповідає певний характер залежності гр від Re, що видно з таких рівнянь:
Коефіцієнт опору \р Зл
^ = ж
7,27
^ = —Ш Re
г|) = 0,173
Режим руху Критерій Re
Ламінарний, область дії закону Стокса Менш як 2
Перехідний режим, область дії рівняння
Аллена 2—500 Автомодельний (турбулентний), область дії
закону Ньютона Більш як 500
