Решения практических задач динамики потоков применительно к химической промышленности - Учебное пособие

5.3 Требования при перекачивании и выбор насоса 5.4 Кавитация и минимальное давление всасывания 5.4.1 Паровой затвор и кавитация 5.4.4 Коэффициент быстроходности подачиСжимаемые потоки6.2.1 Изотермический поток 6.2.2 Адиабатический поток 6.2.3 Сжатый потокУчебное пособие предназначено для начальной теоретической подготовки и получения навыков решения практических задач динамики потоков применительно к химической промышленности. Все разделы пособия включают изложение теоретической части, формулировку основных практических задач свойственных для химической промышленности, примеры решения этих задач, а так же список задач для самостоятельного решения. Третий раздел посвящен основным законам сохранения, используемым в механике потоков: сохранения массы, энергии, количества движения и момента количества движения. В четвертом разделе рассматривается движение потока в трубопроводе. Пятый раздел посвящен более подробному рассмотрению движения потока в трубопроводе.Пусть имеется среда, в объеме V которой заключена ее масса М. При наличии неоднородности среды, плотность вначале будет заметно зависеть от объема. Когда среда в объеме V станет почти однородной, плотность практически не будет изменяться. Такая зависимость от объема оказывается справедливой до тех пор, пока в объеме еще достаточно большое число молекул. Имея в виду, что наша сплошная среда является моделью реальной жидкости, имеющей молекулярное строение, определим среднюю по объему скорость V как отношение количества движения к массе: .В противоположность от поведения твердых тел, для жидкости напряжение сдвига не зависит от деформации, но зависит от скорости изменения деформации. Если молекулы проявляют заметное взаимное притяжение такое, что сила или сдвиговое напряжение пропорциональна относительной скорости, т.е. градиенту скорости, такая среда носит название вязкая (ньютоновская) жидкость.В действительности, некоторые среды имеют одновременно свойства эластичности (твердого тела) и вязкости (жидкости). В простейшем случае вязкость имеет время-независимое поведение, напряжение сдвига зависит только от скорости сдвига, но не прямо пропорционально как в ньютоновской жидкости. На графике зависимости напряжения сдвига или вязкости от скорости сдвига, можно различать различные виды поведения в зависимости от природы жидкости, как показано на рисунках Рисунок 1.2 и Рисунок 1.3. Если вязкость среды уменьшается с ростом скорости сдвига, среду называют жидкостью со сдвиговым разжижением или псевдопластичной жидкостью. Поток с противоположным поведением, т.е. когда мнимая вязкость увеличивается с ростом скорости сдвига, среду называют жидкостью со сдвиговым уплотнением.Тем самым ослабляется коротко-действующее взаимодействие между молекулами и, как следствие, уменьшается вязкость. Для многих жидкостей связь между температурой и вязкостью описывается уравнением Андраде. A и B, что позволит вычислять вязкость для любой другой температуры. Если известны данные только для одной точки, то одним из способов экстраполяции может послужить диаграмма Льюиса-Сквайрса на рисунке Рисунок 1.7, основанный на эмпирическом факте того, что степень изменение вязкости от температуры зависит от самого значения вязкости. Оно хорошо аппроксимирует значение вязкости для многих жидкостей за исключением случаев при низких и высоких температурах, где вязкость может аномально увеличивать или уменьшать свои значения.Силы, действующие внутри потока, имеют различное происхождение. Напряжение представляется как сила, приложенная к единичной площади, которая ограничена бесконечно малым объемом потока. Вектор силы имеет направление действия силы, а вектор площади - направление нормали к выбранной поверхности. Таким образом, напряжение имеет как численное значение, так и два направления, связанных с ним, что имеет название тензор второго порядка или диада. Если сила действует вдоль направления какой либо оси i декартовой системы координат, т.е. i=x1, x2, x3, а поверхность сориентирована в направлении j, тогда соответствующий компонент напряжения ?ij определяются как где i,j =1,2 или 3Рассмотрим область цилиндрической формы внутри потока. Применим закон сохранения количества движения к слою, заштрихованному на рисунке Рисунок 2.1. Слой имеет толщину ?z, площадь поверхности Az. это сумма всех сил, действующих на выделенный слой в направлении z; m - масса слоя; az - ускорение, действующее в направлении z. Силы, действующие на область, составляют:-действие отрицательного давления (-P) на нижнюю поверхность области с отрицательной нормалью (-z).Если плотность (?) остается постоянной, процесс носит название изохорический, т.е. заданная масса всегда занимает одинаковый объем. Если ускорение свободного падения (g) так же постоянно, то давление может меняться за счет изменения уровня z. Уравнение (2.5) показывает, что изменение давления обусловлено изменением уровня z. Разность давлений между двумя точками среды движущейся или покоящейся может быть измерена при помощи манометра.

Оглавление

Введение

1. Основные положения гидроаэромеханики

1.1 Концепция сплошной среды

1.2 Физические параметры потока

1.3 Напряжение и деформация

1.3.1 Ньютоновская жидкость

1.3.2 Неньютоновские жидкости

1.3.3 Бингамовская вязко-пластичная жидкость

1.3.4 Жидкость со степенным законом поведения

1.4 Определение реологических свойств жидкости

1.4.1 Вискозиметр Куэтта

1.4.2 Течение в трубе. Вискозиметр Пуазейля

1.5 Температурные зависимости вязкости

1.5.1 Жидкости

1.5.2 Газы

1.6 Плотность

2. Статика жидкой среды

1.1 Напряжение и давление

1.2 Основные уравнения статической жидкой среды

1.2.1 Среда с постоянной плотностью

1.2.2 Идеальный изотермический газ

1.2.3 Идеальный изоэнтропийный газ

1.2.4 Атмосфера

1.3 Движущиеся системы

1.3.1 Вертикальное ускорение

1.3.2 Горизонтальное ускорение. Свободная поверхность

1.3.3 Вращающаяся среда

1.4 Выталкивающее действие

1.5 Статические силы на границе

1.6 Задачи

1.6.1 Статика

2. Законы сохранения

2.1 Сохранение массы

2.1.1 Интегральная форма

2.1.2 Дифференциальная форма

2.2 Сохранение энергии

2.2.1 Внутренняя энергия

2.2.2 Энтальпия

2.3 Неравновесные процессы

2.3.1 Коррекция кинетической энергии

2.4 Сохранение импульса

2.4.1 Одномерный поток в трубе

2.4.2 Коэффициенты гидравлических потерь

2.4.3 Сохранение момента импульса

2.4.4 Системы с подвижными границами и относительное движение

2.4.5 Дифференциальная форма закона сохранения импульса

2.5 Задачи

3. Поток в трубопроводе

3.1 Режимы потока

3.2 Флуктуации скорости и напряжения Рейнольдса

3.3 Общие соотношения для потоков в трубе

3.4 Сохранение энергии

3.4.1 Сохранение импульса

3.4.2 Неразрывность

3.4.3 Энергия диссипации

3.5 Ньютоновские жидкости

3.5.1 Ламинарный поток

3.5.2 Турбулентный поток

3.5.3 Все режимы потока

3.6 Потоки со степенным законом

3.6.1 Ламинарный поток

3.6.2 Турбулентный поток

3.6.3 Все режимы течения

3.7 Бингамовская жидкость

3.7.1 Ламинарный поток

3.7.2 Турбулентный поток

3.7.3 Все режимы течения

3.8 Задачи течения в трубопроводе

3.8.1 Определение движущей силы

3.8.2 Определение расхода

3.8.3 Определение диаметра

3.9 Течения в вискозиметрах

3.9.1 Вискозиметр Куэтта

3.9.2 Вискозиметр Пуазейля

3.10 Задачи

4. Внутренняя задача потока жидкости

4.1 Трубы не круглого сечения

4.1.1 Ламинарные потоки

4.1.2 Турбулентные потоки

4.2 Потери на трение в трубопроводной арматуре

4.2.1 Коэффициент гидравлических потерь

4.2.2 L/D метод эквивалентности

4.2.3 Метод Crane

4.2.4 2-K метод

4.2.5 3-K метод

4.3 Неньютоновские жидкости

4.4 Задачи с трубопроводами и арматурой

4.4.1 Определение движущей силы

4.4.2 Определение расхода

4.4.3 Определение диаметра

4.5 Слабый поток

4.6 Трубопроводная сеть

4.7 Задачи

5. Насосы и компрессоры

5.1 Насосы

5.1.1 Насосы объемного типа

5.1.2 Центробежные насосы