Салыстырмалы кедір бұдырлық

Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 9 бет
Таңдаулыға:

Реферат

« Құбырдағы гидравликалық кедергі»

Орындаған:

Қабылдаған:

Қарағанды

2018-2019 оқу жылы

Жоспар:

Кіріспе
Негізгі бөлімҚұбырдағы гидравликалық кедергіабсолютті кедір-бұдырлықСалыстырмалы кедір бұдырлықЖергілікті қарсыластық
Қорытынды
Пайдаланылған әдебиеттер

Кіріспе

Технологиялық құбыржолдары технологиялық процестің қамтамасыз етілуін қамтамасыз ететін құбырлар, жартылай фабрикаттар және дайын өнімдер, пайдаланылған реагенттер, су, отын және басқа материалдарды тасымалдайтын өнеркәсіптік кәсіпорындардың осындай құбырларын білдіреді.

Химиялық кәсіпорындарда технологиялық құбырлар көмегімен өнім бір шеберханада немесе технологиялық қондырғыда, технологиялық қондырғыларда және жеке семинарларда, сақтау қоймаларынан шикізат немесе көлік дайын өнімді сақтау орнына ауыстырады.

Химия өнеркәсібі кәсіпорындарында технологиялық құбырлар технологиялық жабдықтың ажырамас бөлігі болып табылады. Кейбір жағдайларда олардың құрылысы құны бүкіл кәсіпорынның құнынан 30% -ға дейін жетуі мүмкін. Кейбір химиялық зауыттарда құбырлардың ұзындығы ондаған, тіпті жүздеген километрлерде өлшенеді. Технологиялық қондырғылар мен химиялық кәсіпорынның үздіксіз жұмысы, өндірілетін өнімнің сапасы және технологиялық жабдықтардың қауіпсіз жұмыс істеу шарттары құбырлардың дұрыс жобаланғанына және жұмыс істеп тұрғанына және олардың қандай дәрежеде сақталуына байланысты болады.

Негізгі бөлім

Құбырдағы гидравликалық кедергі

Құбыр арқылы шынайы сұйықтықтардың қозғалысы кезіндегі гидравликалық кедергіні есептеу гидродинамиканың негізгі сұрақтарының бірі болып табылады.

Күшінің жоғалуы маңыздылығы h _п (немесе қысымның жоғалуы ∆р _п ) осы жоғалудың орнын толтыру және сұйықтықтардың орынын ауыстыру үшін қажет энергияны есептеумен байланысты, мысалы насостар, компрессорлар және т. б. көмегімен жүзеге асады. Еске салайық, h _п өлшемін білмей Бернулли теңдеуін қолдану мүмкін емес.

Күшінің жоғалуы жалпы жағдайда үйкеліс қарсыластығы мен жергілікті қарсыластықпен негізделеді.

Үйкеліс қарсыластығы шынайы сұйықтықтың құбырлың барлық бойында қозғалысы кезінде пайда болады. Оның өлшеміне сұйықтықтың ағым режимі (ламинарлы, турбулентті, турбуленттіліктің даму дәрежесі) айтарлықтай әсер етеді. Осылай, турбулентті ағым, айтып кеткендей, тек қалыпты тұтқырлықпен ғана емес, сонымен қатар, турбулентті тұтқырлықпен сипатталады. Ол гидродинамикалық шарттарға тәуелді және сұйықтықтың қозғалысы кезінде қосымша энергия жұмсалымынын тудырады.

Жергілікті қарсыластық ағын жылдамдығының кез келген көлемі мен бағыты бойынша өзгерісінен туындайды. Оларға құбырдағы ағын кіреберісі мен одан сұйықтықтың шығуы, кенет құбырлардың тарылулары мен кеңеюі, бұрып жіберуі, иілістері, бөлімдері, ілмектері және тұрақтандыратын құрылғылар (шүмек, шұра, тиектер және т. б. ) жатады.

Осылаша, жоғалған күш қосындылар үшін ортақ суммасы болып табылады:

h _п = h _тр + h _{м. с.}

Тікелей құбырдығы ламинарлы қозғалыс жағдайында h _тр -ге күштің жоғалуы теориялық түрде Пуазейль теңдеуі негізінде анықталуы мүмкін.

Шынымен де, Бернулли теңдеуіне сай тұрақты қимадағы (w ₁ = w ₂ ) горизонтальды құбыр үшін (z ₁ = z ₂ ) үйкеліс кезінде жоғалған күш:

$\frac{p_{1} - p_{2}}{pg} = \frac{\mathrm{\Delta}p}{pg} = h_{тр}$

$\mathrm{\Delta}p$ = pg $h_{тр}$ ауыстырған кезде, көлемдік жұмсау және πd ² /4 құбырдың көлденең қимасына V _сек ағынның орташа жылдамдығынан w аламыз:

$w\frac{{\pi d}^{2}}{4} = \frac{{\pi d}^{4}pgh_{тр}}{128µl}$

Осыдан, қысқарудан кейін, жоғалған күшті табамыз:

$h_{тр} = \frac{32wµl}{pgd^{2}}$

Оң бөліктегі сандық пен бөлгішті 2w -ға еселететін болсақ, соңында аламыз:

$h_{тр} = \frac{64µ}{wdp}*\frac{l}{d}*\frac{w^{2}}{2g} = \frac{64}{Re}*\frac{l}{d}*\frac{w^{2}}{2g}$

Осылайша, тік домалақ құбыр арқылы ламинарлы қозғалыс кезіндегісі:

$h_{тр} = \frac{64}{Re}*\frac{l}{d}*\frac{w^{2}}{2g}$

яғни, үйкеліске жұмсалған күш жылдамдықты күш арқылы анықталады: $h_{ск} = \frac{w^{2}}{2g}$

Үйкеліске жұмсалған күш жылдамдықты күштен қанша есе көп екендігін көрсететін өлшемді үйкеліс қарсыластығы коэффициенті деп аталады және ол l _тр -мен белгіленеді. Ал, 64/Re осы өлшемге кіретін қатынасын - гидравликалық үйкеліс коэффициенті немесе үйкеліс коэффициенті деп аталады, оны λ белгісімен белгілейді. Сондықтан, $\lambda = \frac{64}{Re}$

және

$lтр = \lambda\frac{l}{d}$

Осыған сәйкес, жоғарыдағы теңдеу болуы мүмкін:

$h_{тр} = lтр\frac{w^{2}}{2g} = \lambda\frac{l}{d}*\ \frac{w^{2}}{2g}$

немесе ∆р _тр үшін ( $\mathrm{\Delta}p$ = pg $h_{тр}$ екендігі ескере отырып) :

${\mathrm{\Delta}р}_{тр} = \lambda\frac{l}{d}*\ \frac{{pw}^{2}}{2}$

Теңдеу $\lambda = 64/Re$ кезінде, ламинарлы қозғалысты (Re<2320) орналастыру үшін арналған тәжірибелі мағлұматтармен үйлеседі. Осы шарттарда үйкеліс коэффициені өлшемі құбыр қабырғасының кедір-бұдырлығына байланысты емес.

Домалақ емес қималы құьырлар үшін диаметр орнына эквивалентті d _э диаметрін қоямыз.

$\lambda = \frac{B}{Re}$

Осы берілген теңдеу турбулентті қозғалыстағы үйкеліске жұмсалған күшті анықтау үшін де қолдануға болады. Бірақ та, осы жағдайдағы үйкеліс коэффициенті мәні турбулентті ағынның күрделігіне байланысты теориялық түрде анықтала алмайды және оған Навье-Стокс теңдеуі орындалмайды. Сондықтан, турбулентті ағындағы $\lambda$ есептік жолмен анықтау үшін жалпыланған теңдеуді қолданады:

$Eu = A{Re}^{m}\left( \frac{l}{d} \right) ^{q}$

Тегіс қабырғалы Re=4000-1 құбырдағы қозғалыстар кезіндегі тәжірибелік деректерді жалпылау нәтижесінде А коэффициентінің келесі сандық мәндері анықталды: A=0, 158; m=-0, 25; q=1.

Демек, сандық теңдеу түрі мынандай болады:

$Eu = 0, 158{Re}^{- 0, 25}\left( \frac{l}{d} \right)$

$Eu$ = ${\mathrm{\Delta}р}_{}$ / ${pw}^{2}$ мәнін осы теңдеуге қойғанда ( $\mathrm{\Delta}p$ = pg $h_{тр}$ екендігі ескере отырып) :

$\frac{pgh_{тр}}{{pw}^{2}\ }\ = 0, 158{Re}^{- 0, 25}\left( \frac{l}{d} \right)$

немесе элементарлы қайта түзілуден кейінгі

$h_{тр}\ = 0, 316{Re}^{- 0, 25}\left( \frac{l}{d} \right) *\ \frac{w^{2}}{2g}$

Соңғы екі теңдеугі сәйкестендіру тегіс қабырғалы құбырдағы турбулентті қозғалыс кезіндегі (Re=4*10 ³ -10 ⁵ ) үйкеліс коэффициенті жалпыланған тәуелділікпен анықталатынын көрсетеді.

$\lambda = 0, 316{Re}^{- 0, 25} = \frac{0. 316}{\sqrt[4] {Re}}$

Осылайша, турбулентті ағын кезінде үйкеліс коэффициенті жалпы жағдайда сұйықтықтың қозғалысы сипатына ғана емес, құбыр қабырғалары кедір-бұдырлығына да байланысты. 1-суреттен турбулентті режим кезінде $\lambda$ өлшемі тегіс емес құбырларға теңдеудегі берілгеннен қарағанда жоғары екенін көруге болады. Суретте Re критикалық аймағы жанындағы кішкене аумақта қозғалыс режимі тұрақсыз, $\lambda\$ өлшемін сенімді түрде анықтауға келмейді.

Құбырдың кедір-бұдырлығы абсолютті кедір-бұдырлық $\mathrm{\Delta}$ өлшемімен бағаланады. Ол құбырдың ішкі беткейіндегі кедір-бұдырлықтың орташа биіктігімен анықталады. Тәжірибелік деректерде жаңа болат құбырлар үшін $\mathrm{\Delta}$ =0, 06-0, 1 мм; бұрынғы эксплуатациялардағы, бірақ коррозияға қатты ұшырамағандарға $\mathrm{\Delta}$ =0, 1-0, 2 мм; ескі ластанған болатты және шойынға $\mathrm{\Delta}$ =0, 5-2 мм және т. б.

Кедір-бұдырлықтың $\lambda\$ өлшеміне әсері кедір-бұдырлықтың орташа биіктігі мен ламинарлы қабатастының қалыңдығы ϭ қатынасымен анықталады. Турбулентті қозғалыстың кейбір бастапқы кезеңінде, ламинарлы кабатасты кедір бұдыр биіктігінен жоғары болғанда (ϭ> $\mathrm{\Delta}$ ), сұйықтық осы бұдырлықтан ақырын ағады да, кедір бұдырлықтың $\lambda$ өлшеміне әсерін ескермей-ақ коюға болады. Берілген аймақта құбырдың турбулентті қозғалысын гидравликалық тегіс деп қарастыруға болады.

1-сурет. $\lambda$ тәуелділігінің Re критериіне тәуелділігі

1-тегіс және кедір-бұдырлы құбырлар 2-тегіс құбырлар

3-кедір-бұдырлы құбырлар

Re критикалық аймағы артқанда ϭ өлшемі азаяды. Олар абсолютті кедір-бұдырлық өлшемімен теңескенде (ϭ≈ $\mathrm{\Delta}$ ) немесе одан аз болса (ϭ< $\mathrm{\Delta}$ ), ламинарлы қабат кедір бұдырлықтың шығыңқы жерлерін жаппайтын болады. Осындай шарттарда үйкеліс коэффициенттің кедір-бұдырлықа тәуелділігі артады. Осыдан $\lambda$ өлшемі, сәйкесінше, үйкеліс кезіндегі күштің жұмсалуы иннерция күштері әсерінен ұлғаяды.

Осылайша, $\lambda$ өлшемі Re-ге тәуелді Рейнольдс критерийінің артуымен тегіс үйкеліс аймағы алдымен аралас үйкеліс аймағына ауысады, кейін автомодельді аймаққа өтеді. Ол кезде $\lambda\$ -дің Рейнольдс критерийіне тәуелділігі жойылады да, құбыр кедір-бұдырлығымен ғана анықталатын болады.

Автомодельді аймақты қарсыластықтың квадраттық заңы деп те атайды. $\lambda\$ -ға Re-нің әсері жойылған кезде, үйкеліс қарсыластығы жылдамдың квадратына пропорционалды бола бастайды.

Кедір бұдырлық үйкеліс коэффициентіне әсер ете бастағанда Re _кр+1 және Re _кр+2 критикалық мәндері абсолютті кедір-бұдырлықтың диаметрге қатынасымен көрінетін салыстырмалы кедір-бұдырлыққа тәуелді болады. (2-суретке қара)

$\varepsilon = \frac{\mathrm{\Delta}}{d}$

2-сурет. $\lambda$ тәуелділігінің Re критериіне әр түрлі салыстырмалы

кедір-бұдырлық кезіндегі тәуелділігі

Турбулентті қозғалыстың барлық аймақтарында үйкеліс коэффициентін есептеген кезде жалпы теңдеу қолданылады:

$\frac{1}{\sqrt{\lambda}} = - 2\lg\left\lbrack \frac{\varepsilon}{3. 7} \right\rbrack + \left( \frac{6. 81}{Re} \right) ^{0. 9}$

Тегіс үйкеліс аймағы үшін $\lambda$ -ны есептеу кедір бұдырлықтың әсерін көрсететін және осы аймақ үшін кіші өлшеммен берілетін теңдеумен көрсетіледі:

$\frac{1}{\sqrt{\lambda}} = - 2\lg\left( \frac{6. 81}{Re} \right) ^{0. 9} = 1. 8\lg{Re - 1. 5}$

Автомодельді аймақ үшін есептеу теңдеуі:

$\frac{1}{\sqrt{\lambda}} = 2\lg\frac{3, 7}{\varepsilon}$

Үлкен ұзындықты құбырлар арқылы газдардың қозғалуы жағдайында есептеу кезінде қысым азаюынан газдың тығыздығының өзгерісін ескеру қажет. Егер газ қозғалысы осы кезде температураның айқын өзгерісімен бірге жүреді, онда газ тығыздығының өзгерісін ескерген жөн.

Келтіріген есептеу теңдеулері сұйықтықтың изотермалық шарттары үшін келтірілген. Қозғалмалы сұйықтықтың қайнатуы немесе суытуы кезінде сұйықтықтың тұтқырлығы өзгереді. Ол берілген қимадағы жылдамдық профилінің өзгерісіне және $\lambda$ өлшемінің өзгерісіне алып келеді. Әсіресе, $\lambda$ өлшеміне ламинарлы режим кезіндегі жылу алмасудың әсері едәуір.

Сондықтан, ағынның орта температурасы құбыр температурасынан айтарлықтай айырмашылықтары болса, $\lambda$ -ны есептеу үшін дұрысталған көптіктерді енгізген жөн.

Әр түрлі жерглікті қарсыластық кезінде ағын жылдамдығының көлеміне байланысты өзгерісі (3а, б-сурет), бағытына байланысты өзгерісі (3в, г-сурет) немесе бір уақытта көлемі мен бағытына байланысты өзгерісі (4-сурет) жүреді.