Құбырлардың диаметрін анықтау. Сұйықтардағы денелердің қозғалыстары диаметрін есептеу

Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 8 бет
Таңдаулыға:

Құбырлардың диаметрін анықтау.
Сұйықтардағы денелердің қозғалыстары диаметрін есептеу

Құбыр құны химиялық өнеркәсіп құрылғыларының жалпы құнының айтарлықтай бөлігін құрайды. Сонымен қатар, құбырларды эксплуатациялау едәуір қаражатты жұмсаумен тоғысады. Сондықтан, құбыр диаметрін дұрыс таідау үлкен технико-экономикалық мәнге ие.
Берілген өндірісте құбыр диаметрі шығыс теңдеуінен анықталуы мүмкін:
Vсек=ws=wPId24
осыдан
d=4VсекPIw

Осылайша, құбыр диаметрі өлшемі ондағы қозғалмалы сұйықтық жылдамдығы мәнін анықталады.
Таңдалынған жылдамдық w неғұрлым көп болған сайын, жоғарыдағы теңдеуге сәйкес құбырдың қажет диаметрі аз болады. Сонымен қатар, құбырды жөндеу және монтаждау азырақ болады. Жылдамдық артқан сайын, құбырдағы күш жоғалуы көбееді, яғни, сұйықтықтың қозғалуы үшін қажет қысым түсуі жоғарылайды. Сәйкесінше, оның орын ауыстыруына энергия жұмасалуы көбееді. Сондықтан, құбырдың оптимальды диаметрі үшін әр түрлі факторлардың қарама-қайшы әсерін ескеретін техникалық-экономикалық тәсіл қажет. Оптимальды диаметр кезінде құбырдың эксплуатациясы үшін минимальды жұмсаулар қамтамасыз етіледі.
Құбырдың эксплуатациясы үшін суммарлы жылдық шығындар М рубжыл болсын. Бұл шығындар амортизация мен жөндеудің жылдық шығындары (А рубжыл) және құбыр арқылы тамшылы сұйықтықты немесе газды жылжытуға жұмсалған энергиядан (Э рубжыл) құралады.
1-сурет. Құбырдың оптимальды диаметрін анықтау үшін
Осы шығындар мен жалпы жылдық шығындардың құбыр диаметріне тәуелділігінің типті түрі 1-суретте көрсетілген. Оптимальды таңдалынған жылдамдыққа жауапты dопт құбыр диаметрі қисық сызықта минимумға сәйкес келеді: М=A+Э. Дәл осы тәсіл аппараттардың отптимальды диаметрін есептеу үшін де қолданылады.
Техникалық-экономикалық ойлар негізінде сұйықтық, газ және булар жылдамдығының ұсынылған өзгерістері құрылған. Осы жылдамдықтардың мәндері төменде келтірілген.
Аз тұтқырлықты тамшылы сұйықтықтар үшін қозғалыс жылдамдығы ̴ 3 мсек-тен аспауы қажет, ал тұтқыр тамшылы сұйықтықтар үшін ̴ 1 мсек-тен аспауы қажет. Тамшылы сұйықтықтардың өздігінен ағуы кезінде жылдамдықтары әдетте 0,2-1 мсек, ал қысымды құбырлар үшін 1-3 мсек құрайды.
Газдар мен булар жылдамдығы келесі аралықта жатыр: салыстырмалы аз артық қысым кезінде - 8-15 мсек, ал қысымды газдар үшін 15-25 мсек, қаныққан сулы бу үшін - 20-30 мсек және қайнатылған сулы бу үшін - 30-50 мсек.

Сұйықтардағы денелердің қозғалыстары диаметрін есептеу

Сұйықтықтағы бөлшектер қозғалысына қарсыластық. Химиялық технологиямен бірқатар процесстердің жүргізілуі қатты денелердің тамшылы сұйықтықта немесе газда қозғаласымен байланысты. Осындай процесстерге қатты денелердің ауырлық күші және иннерционды күштер әсерінен суспензиядан мен шаңдардан тұнуын жатқызуға болады. Айтып өткендей, осы процесстердің заңдылығын зерттеу гидродинамиканың сыртқы міндеті болып табылады.
Сұйықтықта бөлшектің қозғалысы (немесе қозғалыссыз бөлшектің қозғалатын сұйықтыққа ілесуі) кезінде қарсвластық туындайды, оларды жеңу және біртекті қозғалысты қамтамасыз ету үшін белгілібір энергия жұмсалуы қажет. Туындаған қарсыластық өлшемі алдымен қозғалыс режимі мен ілесетін бөлшек пішініне тәуелді.
2-сурет. Сұйықтықтағы қатты дене қозғалысы.
а - ламинарлы ағыс, б-тубулентті ағыс
Аз жылдамдықты және бөлшекері кіші көлемді немесе жоғары тұтқырлықты ламинарлы қозғалыс кезінде бөлшек шекаралық өабатпен қоршалған және ағынмен біртіндеп ілеседі (2а-сурет). Осындай жағдайларды энергияның жұмсалуы негізінде тек үйкеліс қарсыластығын жеңумен байланысты. Ағынның турбуленттілігі дамыған жағдайда (бөлшек қозғалысы жылдамдығы артуында) иннерция күші үлкен рөл атқарады. Осы күштердің әсер етуінен шекаралық қабат бөлшек беткейінен үзіледі, ол тікелей емес жақындықта қозғалмалы бөлшектің артынан қысымның төмендеуіне алып келеді де, осы кеңістікте ретсіз жергілікті бұрылыстардың түзілуін тудырады (2б-сурет). Сонымен қатар, бөлшектің алдыңғы беткейі мен артқы беткейіне сұйықтық қысымының әр түрлігі бөлшектің ламинарлы қозғалысы кезіндегі осы қасиетті одан ары ұлғайтады. Рейнольдс критерийінің кейбір мәндерінен бастап, алдыңғы беттік қарсыластықтың рөлі басымырақ болып келеді, ал үйкеліс қарсыластығын ескермеуге де болады. Осы жағдайда, құбырдағы сұйықтықтың қозғалысы кезіндегідей, автомодельді режим (Рейнольдс критерийіне қатысты) туындайды.
Қарсыластық күші R(н) қарсыластық заңымен көрінуі мүмкін:
R=lSpw22
RS қатынасы ∆p (нм2) бөлшек қозғалысымен қарсы тұратын қысымның өзгерісін көрсетеді. Сондықтан жоғарыда берліген теңдеуді l-ға қатысты есептейтін болсақ, l қарсылық коэффициенті әр түрлі гидрадинамикалық режим кезінде тәжірибелік деректерді өңдеу арқылы гидрадинамикалық ұқсастықтағындағы критерийлер арасындағы жалпыланған тәуелділікпен алуға болады.
3-суретте d диаметрлі шар тәрізді бөлшектердің l критерийінің Рейнольдс критерийіне тәуелділігі көрсетілген. Бұл диаметр Рейнольдс критерийін анықтаушы көлемі болып табылады. Графиктен қозғалыстың үш түрлі режимі бар екендігі, олардың әрқайсына l-дің Re-ге қатынасы тәуелділігінің әр түрлі сипаттамасы бар екендігін көруге болады.
Ламинарлы режим (Стокс заңы аймағы) шамамен Re2 кезінде
l=24Re
Аралық режим Re=2-500 кезінде
l=18,5Re0,6
Автомодельді режим (Ньютон квадраттық заңы әрекет ететін аймақ) ̴ 2*105Re ̴ 500 кезінде
l=0,44=const
Келтірілген теңдеулерді қарсыластық заңы теңдеуіне келтіретін болсақ, ламинарлы қозғалыс кезінде қарсыластық күші бірінші дәрежелі жылдамдыққа пропорциональды, яғни R ̴ w, аралық режимде R ̴ w1,4, автомодельді режимде R ̴ w2.
Шардан өзгеше бөлшектер қозғалысы кезінде қарсыластық коэффициенті көбірек, тек Re критерийіне ғана емес, Ф пішін факторына да байланысты, яғни
l=f (Re, Ф)
Мұнда
Ф=FшF
Fш - қарастырылатын F беткейлі бөлшек көлеміндегі шар беткейі. Мысалы, куб үшін Ф=0,806, цилиндр үшін Ф=0,69, диск үшін Ф=0,32. Ф мәндері анықтамаларда берілген.
Шар тәрізді емес бөлшектер үшін Рейнольдс критерийінде анықтаушы сызықтық көлем - эквивалентті шар диаметрі. Егер бөлшек V көлемі болса, оның салмағы m болады, егер pt тығыздық болса, диаметр d мәні мына қатынастан табылады:
V=mpt

Ауырлық күші әсерінен қатты бөлшектердің қозғалыссыз ортада тұнуы

Ауырлық күші әсерінен қатты бөлшектердің қозғалыссыз ортада тұнуын масылға келтіре отырып, сұйықтықта дененің қозғалысын қарастырайық.
Егер m массалы бөлшек (mg салмағымен) өз салмағының күшімен құлай бастаса, онда оның қозғалыс жылдамдығы бастапқыда уақыт өте келе ұлғаяды. Орта қарсылығының толық болмауынан w жылдамдық бәрімізге белгілі w=gr заңымен уақытқа байланысты өзгеретін еді. Бірақ, жылдамдық ұлғайған сайын бөлшектің қозғалысқа қарсылығы күшееді, төмендегі теңдеуде берілгендей, оның жылдамдануы азаяды. 1-теңдеу:
R=lSpw22

Нәтижесінде, қысқа уақыт өткеннен кейін динамикалық тепе-теңдік орнайды: бөлшекті ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.