Энергия шығыны

Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 12 бет
Таңдаулыға:

“5B060300-Механика”

7-семестр

“Гидромеханиканың тәжірибелік әдістері”

пәні бойынша жоба тақырыбы:

“ Цилиндрлік құбыр бойындағы сұйықтың қысымының жоғалуын тәжірибе жүзінде зерттеу ”

Орындаған:

Орындаған:: 4-курс студенті

: Жәлел Ә. Ә.

Орындаған::

Орындаған:: Қабылдаған:

Орындаған:: Ф. м. ғ. к., доцент м. ғ.

: Туралина Д. Е.

Алматы 2021ж

Аңдатпа

Мазмұны:

1. Кіріспе . . .

1. 1 Әдеби шолу . . .

1. 2 Мәселенің өзектілігі . . .

2. Есептің қойылымы . . .

2. 1 Есептің физикалық қойылымы . . .

2. 2 Есептің математикалық қойылымы . . .

3 . Зерттеу әдісі . . .

3. 1Мәселені шазу әдісі . . .

3. 2Зерттеу әдісіне түсініктеме . . .

3. 3Зерттеу жүргезу реті . . .

3. 4Зерттеу нәтижелері . . .

4. Қорытынды . . .

5. Пайдаланылған деректер тізімі . . .

1. 1Әдеби шолу:

Құбыр ағынында энергия шығыны

Сұйықтық құбыр арқылы ағып жатқанда, сұйықтық кейбір қарсылықты сезінеді, - ол үшін сұйықтық энергиясының бір бөлігі жоғалады.

Энергия шығыны

1. Үлкен энергия шығыны (үйкеліс салдарынан)

2. Энергияның шамалы жоғалуы

a. кенеттен кеңейту

b. кенеттен қысу

c. құбыр иілу

d. құбыр фитингтер

e. құбырдағы кедергі

Кірістің ұзындығы:

Құбырдың басына жақын, ағын толық дамымаған.

Егер бізде құбырға кіре берісте біркелкі жылдамдық профилі болса, қанша

кіріс әсерлері шамалы болмас бұрын біз құбырдан өтуіміз керек пе?

Кірістің ұзындығы:

Ламинарлық ағын:

Турбулентті ағын

Толық дамыған ағын:

Ағын енді ағын бағытында өзгермейді.

Құбыр ағындарындағы үйкеліске шығындар:

Тұтқырлық ағындарда энергияның жоғалуына әкеледі, ол үйкеліс шығындары деген атпен белгілі.

Басты жоғалту өрнегі:

$C:\Users\Гульшат\Pictures\Screenshots\Снимок экрана (671).png$

Жоғарыда көрсетілгендей тұрақты ағыны бар көлденең құбырды қарастырыңыз.

L = 1 және 2 бөлімдер арасындағы құбырдың ұзындығы болсын.

d = құбыр диаметрі

f = үйкеліс коэффициенті

$h_{f}$ = үйкеліс салдарынан қысымның жоғалуы.

p1 = 1 бөліміндегі қысым

v1 = 1 учаскесіндегі жылдамдық

p2, v2 - 2-бөлімдегі тиісті мәндер.

1 және 2 бөлімдердегі нақты сұйықтық үшін Бернулли теңдеулерін қолдана отырып, біз аламыз

$\frac{p_{1}}{\rho g} + \frac{{\vartheta_{1}}^{2}}{2g} + z_{1} = \frac{p_{2}}{\rho g} + \frac{{\vartheta_{2}}^{2}}{2g} + h_{f}$

Бірақ, $\vartheta_{1} = \vartheta_{2}$ және $z_{1} = z_{2}$ құбыр көлденең болғандықтан және құбырдың диаметрі екі бөлімде де бірдей.

$\ h_{f} = \frac{p_{1}}{\rho g} - \frac{p_{2}}{\rho g}$ (1)

Дарсидің үйкеліс коэффициенті келесідей анықталады

$f = - \frac{\frac{dp}{dx}D_{h}}{\frac{1}{2}\rho\vartheta^{2}}$

Гидравликалық диаметрі: $D_{h} = \frac{4(аудан) }{Периметр}$

$\Longrightarrow - \frac{dp}{dx} = \frac{f\rho\vartheta^{2}}{2D_{h}}\ \ \ \Longrightarrow p_{1} - p_{2} = \frac{f\rho\vartheta^{2}L}{2D_{h}}\$

1-ші теңдеуді қолдана отырып:

$h_{f} = f\frac{L}{D_{h}}*\frac{\vartheta^{2}}{2g}$ Дарси-Вейшбах теңдеуін аламыз

Үйкеліс салдарынан энергияның жоғалуы

Дарси-Вейшбах теңдеуі: үйкеліс салдарынан қысымның жоғалуы

$h_{f} = f\frac{L}{D_{h}}*\frac{\vartheta^{2}}{2g} = 4C_{f}\frac{L}{d}*\frac{\vartheta^{2}}{2g}$

L - құбыр ұзындығы

$\vartheta$ -орташа ағын жылдамдығы

d - құбыр диаметрі

толық дамыған ламинарлық ағын үшін $f$ -үйкеліс коэффициенті:

$f = \frac{64}{Re}(Re < 2000\ үшін) \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ Re = \frac{\rho u_{avg}d}{\mu}$

$C_{f}$ бұл қаптаманың үйкеліс коэффициенті немесе желдеткіштің үйкеліс коэффициенті.

Хаген-Пуазейл ағыны үшін: $C_{f} = \frac{\tau_{wall}}{\frac{1}{2}\rho u_{avg}^{2}} = \frac{16}{Re}$

Кенеттен кеңейту кезінде қысымының шамалы жоғалуы

$C:\Users\Гульшат\Pictures\Screenshots\Снимок экрана (2025).png$

$A_{1}$ = 1 бөліктегі аудан

$p_{1}$ = 1 бөліктегі қысым

$\vartheta_{1}$ = 1 бөліктегі жылдамдық

$A_{2}$ , $p_{1}$ , $\vartheta_{1}$ -тиісті 2-бөліктегі мәндер.

1 және 2 бөлік үшін Бернулли теңдеуін жазамыз:

$\frac{p_{1}}{\rho g} + \frac{{\vartheta_{1}}^{2}}{2g} + z_{1} = \frac{p_{2}}{\rho g} + \frac{{\vartheta_{2}}^{2}}{2g} + h_{f} + z_{2}$

$z_{1} = z_{2}$ -ге себебі құбыр горизонталь жатыр.

1 және 2 бөлімдер арасындағы сұйықтықтың нақты көлемін қарастырамыз. Нақты көлемінің ішіндегі сұйықтыққа әсер ететін күштерді қарастыра отырып, біз аламыз:

$F_{x} = p_{1}A_{1} - p_{2}A_{2} + p'(A_{2} - A_{1})$

мұндағы $p' - p_{1}$ - аймақтағы сұйықтық құйындарының қысымы $(A_{2} - A_{1}$ ) . Демек, эксперименталды түрде белгілі: $F_{x} = (p_{1} - p_{2}) A_{2}$

$\frac{p_{1} - p_{2}}{\rho g} = \frac{{\vartheta_{2}}^{2} - \vartheta_{1}\vartheta_{2}}{g}$

Бернулли теңдеуін пайдалана отырып:

$h_{e} = \frac{(\vartheta_{1} - \vartheta_{2}) ^{2}}{2g}$

Кенеттен қысқарған кездегі қысымының шамалы жоғалуы

$C:\Users\Гульшат\Pictures\Screenshots\Снимок экрана (2026).png$

$A_{1}$ = 1 бөліктегі аудан

$p_{1}$ = 1 бөліктегі қысым

$\vartheta_{1}$ = 1 бөліктегі жылдамдық

$A_{2}$ , $p_{2}$ , $\vartheta_{2}$ және $A_{c}$ , $p_{c}$ , $\vartheta$ сәйкесінше 2 және C бөліктегі тиісті мәндерге ие.

Үзіліссіздік теңдеуі:

$A_{c}\vartheta_{c} = A_{2}\vartheta_{2} \Longrightarrow \frac{\vartheta_{c}}{\vartheta_{2}} = \frac{A_{2}}{A_{c}} = \frac{1}{C_{c}}$

С секциясынан 2-ге дейін кеңейтуге байланысты қысымның жоғалуы:

$h_{c} = \frac{(\vartheta_{c} - \vartheta_{2}) ^{2}}{2g} = \frac{\vartheta_{2}^{2}}{2g}\left( \frac{1}{C_{c}} - 1 \right) ^{2} = k\frac{\vartheta_{2}^{2}}{2g}$

Мұндағы $k \equiv \left( \frac{1}{C_{c}} - 1 \right) ^{2}.$ k мәні 0, 5-тен 0, 7-ге дейін.

1. 2. Мәселенің өзектілігі

Құбыр бойындағы қысымның жоғалуы үйлерді жылумен қамтамасыз еткен кезде өте маңызды мәселе. Жылу құбырын өткізген кезде өте маңызды. Құбырдағы қысымның жоғалуы құбырдың берілген бөлігіндегі қысымның жоғалуын көрсетеді. Шығындар неғұрлым жоғары болса, суды дұрыс жерге жеткізу үшін көп жұмыс істеу керек болады. Гидравликалық кедергінің сипаттамасы қысымның жоғалуына байланысты құбырдың диаметрі қаншалықты тиімді таңдалғанын көрсетеді. Суды қажетті жерге жеткізу үшін жұмыс жасауға қосымша насостар керек болады. 90 градусы болып қосылатын жерлер, құбыр ішіндегі кедір-бұдыр, кенеттен кеңею немесе қысқару кездерінде қысым жоғалады осының бәрін есептеп су немесе жылу құбырларын орнату керек.

2. Есептің қойылым:

2. 1Есептің физикалық қойылымы

Газ немесе сұйықтық құбыр арқылы ағып жатқанда, сұйықтық ішіндегі тұтқыр ығысу кернеулері және құбырдың ішкі қабырғасында пайда болатын турбуленттілік құбыр арқылы сұйықтық ағынына қарсы тұрады. Осыған байланысты сұйықтықта қысым жоғалады, өйткені құбыр қабырғалары қозғалатын сұйықтыққа әсер ететін тұтқыр немесе үйкеліс күштерін жеңу үшін энергия қажет. Үйкеліс күштерінен жоғалған энергиядан басқа, сұйықтық клапандар, тізелер, жиырылу және кеңейту сияқты фитингтер арқылы ағып жатқан кезде энергия жоғалады. Бұл қысымның жоғалуы, негізінен, осындай арматура арқылы қозғалу кезінде ағынның жергілікті бөлінуіне байланысты. Құбыр ағындарындағы қысымның жоғалуы әдетте қысымның жоғалуы деп аталады. Үйкеліс шығындары негізінен тікелей құбырда пайда болады, ал иілу, муфталар, клапандар немесе шлангтағы немесе құбырдағы өтулер сияқты фитингтерден туындаған үйкеліс шығындары шамалы шығындарды құрайды. Үйкеліс шығындары үлкен шығындар ( $h_{f}$ ) деп аталады, ал арматура арқылы шығындар және т. б. аз шығындар ( $h_{m}$ ) деп аталады. Олар бірге құбыр ағындары үшін жалпы қысым шығынын (h) құрайды.

$C:\Users\Гульшат\Desktop\exp4-1.png$

Фитинг түрлері

Іс жүзінде құбырдағы ағынның жоғалуы әртүрлі деңгейдегі екі резервуарды қосатын құбырлардағы ағынды есептеу немесе қолданыстағы құбыр арқылы ағынды екі есе көбейту үшін қажет қосымша қысымды есептеу сияқты жағдайларда көрінеді. Құбырдағы бұл шығындар сұйықтықтың тұтқырлығы, құбырдың ішкі диаметрінің мөлшері, құбырдың ішкі бетінің ішкі кедір-бұдырлығы, құбырдың ұштары арасындағы биіктіктің өзгеруі, құбырдың материалы және сұйықтық өтетін құбырдың ұзындығы сияқты бірқатар факторларға байланысты.

Тегіс беті бар құбырлар үйкеліске көп шығын әкелмейді, ал бетон, шойын және болат сұйықтық сияқты тегіс емес қабырғалары бар құбырлар сұйықтықтың тұтқырлығына байланысты құбырда пайда болатын үйкелісті жеңу үшін көп энергияны қажет етеді. Құбырдың ішкі қабырғасы неғұрлым кедір-бұдыр болса, үйкеліс салдарынан қысымның жоғалуы соғұрлым көп болады.

Тегіс және кедір-бұдыр құбырлардың ішкі беті

$C:\Users\Гульшат\Pictures\Screenshots\Снимок экрана (2028).png$

Құбырдағы үйкеліс шығындары

" Үлкен шығын " деп аталатын құбырдың біртекті түзу бөліктерінде үйкелістің жоғалуы тұтқырлықтың әсерінен, сұйық молекулалардың бір-біріне немесе құбырдың қабырғасына (мүмкін кедір-бұдыр) қарсы қозғалуынан болады. Мұнда ағынның ламинарлы немесе турбулентті болуына қатты әсер етеді.

Ламинарлы ағын : бұл сұйықтық қабаттар арасында көрші араласпай параллель қабаттарға ағып жатқанда пайда болады. Ағынның бұл түрінде құйындар да, көлденең ағымдар да болмайды, құбырдың орталық бөлігі тез ағып, құбырдың бетіне жақын қозғалыс болмайды. Құбыр бетінің кедір-бұдырлығы сұйықтық ағынына да, үйкелістің жоғалуына да әсер етпейді. Ламинарлық ағын үшін Рейнольдс саны (Re) .

Ауыспалы ағын : бұл ламинарлық және турбулентті ағынның қоспасы, құбырдың ортасындағы турбулентті ағын және құбырдың шетіне жақын ламинарлық ағын. Бұл ағындардың әрқайсысы ағыс кезінде үйкеліс энергиясының жоғалуы тұрғысынан әр түрлі әрекет етеді және оларды сипаттамасын болжайтын әртүрлі теңдеулерге ие. Өтпелі ағын үшін Рейнольдс саны Re> 4000.

Дарси теңдеуі-бұл сұйықтықтың жылдамдығы мен үйкеліске байланысты қарсылыққа негізделген құбырдағы үйкеліс энергиясының жоғалуын болжайтын теориялық теңдеу. Ол тек турбулентті ағындағы үйкеліс салдарынан қысымның жоғалуын есептеу үшін қолданылады.

$h_{f} = \frac{fL\vartheta^{2}}{2Dg}$

$h_{f}$ = үйкеліс қысымының жоғалуы

f = darsi қарсылық коэффициенті

L = құбыр ұзындығы

D = құбыр диаметрі

$\vartheta$ = орташа жылдамдық

g = ауырлық күшінің әсерінен үдеу.

Турбулентті ағымда f үйкеліс коэффициенті Рейнольдс санына және құбырдың салыстырмалы кедір-бұдырлығына байланысты, k / D , мұндағы k -кедір-бұдырлық параметрі, ал D -құбырдың ішкі диаметрі. K құбырдың диаметрімен салыстырғанда өте аз болған кезде, яғни k / D > 0, f тек R>e-ге байланысты болады. k/D маңызды болған кезде, төмен Re -ті тегіс деп санауға болады (кедір-бұдыр әсерінсіз) . Re жоғарылаған сайын, ағын өтпелі режим деп аталатын өтпелі кедір-бұдыр болады, онда үйкеліс коэффициенті тегіс мәннен жоғары көтеріледі және k және Re және Re функциялары көбірек артады, ағын толығымен өрескел режимге жетеді, онда f Re -ге тәуелді емес. Жобалау мақсаттары үшін тегіс және өрескел дөңгелек құбырлардың үйкеліс сипаттамалары Муди диаграммасына негізделген Re -ге қарсы желдеткіштің үйкеліс коэффициентінің логарифмдік журналы болып табылатын үйкеліс коэффициентінің диаграммасын қолдана отырып жинақталады.