Головна

Два режиму течії рідини

  1. Абсорбери з механічним перемішуванням рідини
  2. АТ. Механічні характеристики АД при різних режимах роботи
  3. Аналітичні рішення для похибок автономного режиму роботи ИСОН на кінцевому інтервалі часу
  4. Апарати з нерухомим рівнем рідини
  5. Апарати з рухомим рівнем рідини
  6. Провідні філософські течії 60-70-х рр. XX ст.
  7. Ймовірні причини зміни плевральної рідини.
 
 

Візьмемо прозору трубу, в якій з невеликою швидкістю V1 тече прозора рідина, наприклад, вода. У цей потік помістимо невеликі, істотно менші, ніж діаметр потоку, трубки. В трубках під напором знаходиться підфарбована рідина, наприклад, кольорові чорнила, яка може з них витікати, якщо відкрити крани К. Будемо відкривати їх на короткий час (1-3 секунди) і припиняти подачу чорнила через якісь проміжки часу так, щоб можна було простежити рух кольорової рідини. В такому випадку в потоці будуть виникати різнокольорові струмені, причому кольорова рідина буде явно показувати розподіл швидкостей (епюра швидкостей) по перетину потоку. Цей розподіл буде відповідати розглянутої раніше струменевого моделі потоку. Якщо спостерігати за рухом рідини, то можна ясно бачити, що при переміщенні від перетину 1 до перетину 2 картина розподілу швидкостей буде залишатися незмінною, а рух рідини буде шаруватим, плавним, все цівки струму будуть паралельні між собою. таке рух носить назву ламинарное (Від латинського слова lamina - шар).

 
 

Якщо збільшити швидкість основного потоку до величини V2 і повторити експеримент з кольоровими цівками, то епюри швидкостей як би витягнуться, а характер руху залишиться колишнім, ламінарним. Попутно зауважимо, що коефіцієнт кінетичної енергії ±, Що входить в рівняння Бернуллі і враховує ставлення дійсної кінетичної енергії потоку до кінетичної енергії, обчисленою з використанням середньої швидкості, при «витягуванні» епюри швидкостей зростає.

 
 

Якщо ще більше збільшити подачу рідини до швидкості V3, То епюри швидкостей можуть витягнутися ще більше і при цьому протягом буде спокійним, плавним - ламінарним. коефіцієнт ± наближається до значення 2.

 
 

Однак до нескінченності збільшувати швидкість при ламінарному режимі руху потоку неможливо. Обов'язково наступить такий момент, коли характер руху рідини радикально зміниться. Кольорові цівки почнуть спочатку коливатися, потім розмиватися і інтенсивно перемішуватися. Перебіг потоку стає неспокійним, з постійним вихреобразование. Епюра розподілу швидкостей по перетину потоку наблизиться до прямокутної форми, а значення швидкостей в різних перетинах потоку стануть практично рівні середньої швидкості руху рідини. Значення коефіцієнта кінетичної енергії ±наближається до 1.

Такий перебіг рідини називається турбулентним (Від латинського слова turbulentus- Обурений, безладний).

Якщо знову зменшити швидкість течії рідини, відновитися ламінарний режим руху. Перехід від одного режиму руху до іншого відбуватиметься приблизно при одній і тій же швидкості, яку називають критичною швидкістю і позначають Vкр. Експерименти показують, що значення цієї швидкості прямо пропорційно кінематичному коефіцієнту в'язкості рідини  і обернено пропорційно діаметру трубопроводу d (Для найбільш часто вживаних труб круглого перетину) або гідравлічного радіусу потоку R (Для інших типів труб і русел).

або

У цих виразах коефіцієнти и  - Безрозмірні величини, однакові (близькі за даними різних експериментів) для всіх рідин (і газів) для будь-яких розмірів труб і перетинів потоку. Надалі ми будемо розглядати тільки напірні потоки в трубах круглого перетину.

безрозмірний коефіцієнт  називається критичним числом Рейнольдса на прізвище англійського вченого - фізика, що досліджував в 1883р. два режими течії рідини. Цей коефіцієнт позначається:

Дослідним шляхом встановлено, що критичне число Рейнольдса для круглих труб - 2320 для круглих труб, а для інших перерізів 580.

Для визначення режиму руху в потоці треба знайти фактичне число Рейнольдса Re , Яке можна встановити для будь-якого потоку по формулі

,

і порівняти його з критичним числом Reкр.

При цьому, якщо Re , То режим руху ламінарний, якщо Re> Reкр, То режим руху турбулентний.

Визначення втрат напору на місцеві опори

 Місцевими опорами називаються ділянки трубопроводу, в яких відбувається різка деформація потоку (до них відносяться, зокрема, всі види арматури трубопроводів - вентилі, засувки, трійники, коліна і т.д.).
 Втрати напору в місцевих опорах hM визначаються за формулою Вейсбаха (в частках швидкісного напору)
 (86)
 де n- число місцевих опорів;
 ?- середня швидкість потоку за місцевим опором;
 ?- коефіцієнт місцевого опору, що залежить від його геометричної форми, стану внутрішньої поверхні і Re, а для запірних пристроїв - від ступеня їх відкриття. При розвиненому турбулентному русі (Re> 104), що відповідає квадратичної зоні опору для місцевих опорів, ?КВ = const і визначається за довідниками.
 Втрати напору в місцевих опорах можна розрахувати за формулою Дарсі-Вейсбаха через еквівалентну довжину lекв, розуміючи під нею таку довжину трубопроводу, для якої hT = hM.
 (87)
 де - Приведена довжина трубопроводу
 (88)
 Зазвичай зона деформації потоку в районі місцевого опору мала в порівнянні з довжиною труб. Тому в більшості завдань приймається, що втрати напору в місцевому опорі відбуваються як би в одному перерізі, а не на ділянці, що має деяку довжину.
 Таким чином, повний перепад тиску з урахуванням місцевих опорів і рельєфу місцевості визначається з формули:
 (89)
 При великих довжинах напірних трубопроводів питома вага місцевих опорів невеликий і ними при розрахунках нехтують.
 При русі рідини по трубопроводу відбувається втрата тиску на його довжині, що викликається гідравлічними опорами. Величина втрат тиску (напору) залежить від діаметра трубопроводу, стану його внутрішньої поверхні (гладка, шорстка), кількості рідини і її фізичних властивостей.
 Залежність між шляховий втратою напору і витратою рідини, тобто hП = f (Q) називається гідравлічної характеристикою трубопроводу.

 Трубопроводи, по яких тече рідина, часто мають в своєму складі різноманітні звуження, розширення, повороти і дросселирующие пристрої, які називаються місцевими гідравлічними опорами. У практичних розрахунках трубопроводів зазвичай керуються наступним правилом. Якщо довжина трубопроводів значна, а місцевих опорів трохи, то втрати напору в місцевих опорах не враховують, але для компенсації цих втрат довжину трубопроводу при розрахунку збільшують на 5 - 10%. Якщо трубопроводи короткі, а місцевих опорів багато, то втрати напору в них враховують найретельнішим чином. Схема ліній струму в різних місцевих сопротівленіяхОпределеніе втрат напору при раптовому розширенні потоку (малюнок а). Виходячи з вузькою труби в широку, потік розширюється поступово і тільки на деякій відстані від місця розширення заповнює всі перетин. У місці розширення за контурами транзитної струменя утворюється застійна зона, заповнена рідиною, яка, природно, не залишиться нерухомою. Шари рідини, що стикаються з транзитної струменем, будуть залучені нею в коловоротна рух. Ці так звані вторинні руху у вигляді різних інтенсивних вальців будуть підтримуватися за рахунок енергії транзитної струменя, викликаючи втрати енергії потоку рідини. Визначення втрат напору при раптовому звуженні потоку. Втрати напору при раптовому звуженні потоку (малюнок б), так само як і при раптовому розширенні, залежать від ступеня його деформації, т. Е. Від відносини ?2 / ?1. Втрати тиску обчислюють за формулою, в якій коефіцієнт місцевого опору в залежності від ставлення знаходять по довідниках. Окремим випадком раптового звуження є вхід рідини з резервуара в трубу. При гострих крайках входу коефіцієнт місцевого опору в цьому випадку дорівнює 0,5. Визначення втрат напору при повороті потоку (малюнок в). Втрати напору в цьому випадку обчислюють за універсальною формулою. Іноді при розрахунку систем трубопроводів з великим числом місцевих опорів втрати напору в них обчислюють за їх еквівалентним довжинах. Довжиною, еквівалентній даному місцевому опору, вважається така довжина прямої труби (того ж діаметру, як і номінальний діаметр розраховується трубопроводу), протягом якої гідравлічні втрати дорівнюють втратам в даному опорі. В результаті такої заміни все місцеві опори в системі усуваються, довжини труб відповідно збільшуються і далі розраховується тільки прямолінійний трубопровід. Нехай, наприклад, треба замінити місцеве опір З коефіцієнтом ? трубою еквівалентної довжини lе діаметром d. Значення еквівалентних довжин для кожного значення ? береться з таблиць відповідних довідників.

Турбулентний режим течії зустрічається в практиці створення теплообмінної апаратури незрівнянно частіше, ніж ламінарний. Коефіцієнти тепловіддачі при турбулентному режимі вище, ніж при ламінарному, тому апаратуру намагаються проектувати так, щоб використовувати цю перевагу.
 Турбулентний режим течії рідко виникає на горизонтальних трубах, але може встановлюватися на нижніх ділянках вертикальних поверхонь.
 Турбулентний режим течії здійснюється не тільки за рахунок великих перепадів тиску, а й за рахунок великих розмірів поперечних перерізів труб або каналів. Закономірність для сили внутрішнього тертя при турбулентному режимі різко відрізняється від відповідної закономірності при ламінарному режимі.
 Турбулентний режим течії найбільш характерний для потоків у відкритих руслах і великих трубах.
 Турбулентний режим течії характеризується переважанням сил інерції, веледствіе чого струмки зриваються з виступів шорсткості, з'являються поперечні складові швидкості і потік інтенсивно перемішується. При турбулентному плині втрати тиску на тертя в основному залежать від обміну кількості руху безладно рухаються мас повітря - вони різко зростають у порівнянні з ламінарним режимом течії.
 Визначення Re, і ti. Турбулентний режим течії характеризується наявністю вихорів.
 Турбулентний режим течії суспензії в барабані центрифуги повинен впливати на процес осадження зважених часток. Внаслідок цього однакові зважені частинки повинні осідати на дно відстійника на різних відстанях. Як експериментально встановлено Д. Я. Соколовим [56], частки даної крупності, пущені в потік на одній певній глибині, не випадають на дно в одній точці, а розсіюються в деякій зоні по довжині потоку.
 Для турбулентного режиму течії характер взаємодії магнітного поля з потоком значно складніше, бо в цьому випадку поле взаємодіє як з осреднении, так і з пульсаційним рухом. Ця взаємодія проявляється у вигляді двох ефектів - ефекту Гартмана і ефекту гасіння турбулентних пульсацій. Співвідношенням цих ефектів визначається характер перебігу. Накладення поля може значно змінити структуру потоку: наприклад, погасити або послабити пульсації швидкості в напрямку, перпендикулярному вектору магнітної індукції, створивши тим самим різку анізотропію турбулентності. При великих полях можлива і повна лами-нарізація течії.
 Перевага турбулентного режиму течії при ексцентричному розташуванні колони труб полягає в тому, що розподіл швидкості v (cp) є тут більш рівномірним.
 Для турбулентного режиму течії експериментальні і теоретичні значення не збігаються.
 Схема для пояснення руху рідин в ексцентричному просторі. Забезпечення турбулентного режиму течії в усіх частинах кільцевого ексцентричного каналу має бути обов'язковим.
 Використання турбулентного режиму течії емульсії для укрупнення крапель обумовлено значним збільшенням частоти зіткнення крапель в порівнянні з частотою зіткнення при їх осадженні в спочиває рідини або при ламінарному режимі течії. Дисперсні частинки, зважені в рідині, захоплюються турбулентними пульсаціями і хаотично переміщаються за обсягом, і їх рухом схоже з броунівським рухом.
 Для турбулентного режиму течії потоку через шар А, Л / несли де А 150 - г - 200 і приблизно дорівнює так званої константі козенят - Кармана (йк 150), знайденої експериментально при вивченні гідравліки зернистого шару.

Для турбулентних режимів течії суміші гідродинамічні рівняння (2.1.57) - (2.1.61) також можуть вважатися справедливими (в цьому випадку вони описують справжні (миттєві) стану середовища), так як найменший характерний масштаб турбулентних пульсацій зазвичай багато більше довжини вільного пробігу молекул (про це докладніше див. розд.
 Для турбулентного режиму течії в'язкої рідини в циліндричній трубі відповідними необхідними ознаками будуть: 1) звивистий і невпорядкований характер траєкторій окремих частинок, 2) майже рівномірний розподіл усереднених швидкостей по поперечному перерізі, але з різким зменшенням їх до нуля в тонкому шарі поблизу стінки, 3) перевищення максимальної швидкості над середньої має порядок 10 - 20% і 4) графік залежності коефіцієнта опору від числа Рейнольдса представляється кривої з повільно убутним нахилом. Як показано на рис. 31, при переході через критичне значення числа Рейнольдса коефіцієнт опору труби збільшується стрибком, а потім повільно зменшується зі збільшенням числа Рейнольдса.
 Забезпечення турбулентного режиму течії тампонажний суміші повинно забезпечувати високу якість заміщення бурового розчину при цементуванні. Особливо це стосується випадків, коли в'язкість тампонажний суміші більше, ніж промивної рідини, що є характерним для сучасної практики цементування. Цьому сприяє обробка тампонажних розчинів реагентами, що підвищують їх стабільність і знижують водоотдачу.
 При турбулентному режимі течії товщина пристінного шару б в порівнянні з діаметром каналу незрівнянно мала, тому можна припустити, що все визначають величини в ньому і, перш за все, дотичне напруження, що не залежать від товщини пристенного шару.
 Одновимірна схема течії рідини в координатах Ейлера. При турбулентному режимі течії під в'язкістю слід розуміти ефективну в'язкість ц еф, яка складається з молекулярної і турбулентної складових в'язкості.
 Розподіл швидкості при ламінарному і турбулентному. При турбулентному режимі течії має місце сильне перемішування рідини, що визначається величиною усередненої швидкості. Інтенсивність поширення тепла визначається головним чином величиною цієї швидкості. Вплив теплопровідності зберігається істотним лише біля поверхні твердого тіла, так як у міру наближення до поверхні твердого тіла поперечні пульсації внаслідок в'язкості рідини поступово згасають і на поверхні стають рівними нулю.
 При турбулентному режимі течії в міжтрубномупросторі пучка характер руху рідини по периметру труб може бути різним.
 При турбулентному режимі течії має місце сильне перемішування рідини, що визначається величиною осрсдпепной швидкості. Інтенсивність поширення тепла визначається головним чином величиною цієї швидкості. Вплив теплопровідності зберігається істотним лише біля поверхні твердого тіла, так як у міру наближення до поверхні твердого тіла поперечні пульсації швидкості внаслідок в'язкості рідини поступово згасають і па поверхні стають рівними нулю.
 Демонстрація режимів течії. При турбулентному режимі течії відбувається інтенсивне перемішування цівок (шарів) рідини з утворенням великої кількості великих і дрібних вихорів. Окремі частки рідини рухаються хаотично, і практично жодна з них не повторює траєкторію інший.
 При турбулентному режимі течії розрізняють три зони тертя: гідравлічно гладких труб (Я, залежить тільки від Re) змішаного тертя (А.
 При турбулентному режимі течії коефіцієнт опору залежить від того, є труба технічно гладкою або шорсткою. Технічно гладкими вважають труби, коефіцієнт опору яких, так само як і при ламінарному режимі, не залежить від стану поверхні.
 При турбулентному режимі течії швидкість в кожній точці потоку пульсує близько деякого середнього по часу значення. Внаслідок цього виникає інтенсивне поперечне перемішування рідини, що і викликає інтенсивний обмін кількістю руху і теплотою між шарами з різною швидкістю.

При турбулентному режимі течії окремі частинки рідини здійснюють безладні несталі руху по складних траєкторіях, що призводить до інтенсивного перемішування шарів рідини. Миттєва швидкість руху частинок тут безладно змінюється в часі як за величиною, так і за напрямком.
 Коефіцієнт опору плоскої пластини в перехідній області. При турбулентному режимі течії в пограничному шарі, як буде показано далі (§ 4), напруга тертя може бути виражено через товщину втрати імпульсу.
 При турбулентному режимі течії вплив динамічного напруження зсуву бурових і цементних розчинів проявляється менше, ніж інерційні сили.
 При турбулентному режимі течії окремі частинки рідини здійснюють безладні несталі руху по складних траєкторіях, що призводить до інтенсивного перемішування шарів рідини.
 При турбулентному режимі течії окремі частинки рідини здійснюють безладні несталі руху по складних траєкторіях, що призводить до інтенсивного подовжньому перемішування шарів рідини. Миттєва швидкість руху частинок тут безладно змінюється в часі як за величиною, так і за напрямком.
 При турбулентному режимі течії відбувається розмив межі між послідовно рухаються рідинами. Це явище турбулентної дифузії призводить до вирівнювання середніх швидкостей vt, зменшує відставання рідин, а отже, призводить до зростання повноти заміщення.
 При турбулентному режимі течії (при Re104) зі збільшенням діаметра труби в 2, 3 і 4 рази коефіцієнт тепловіддачі а зменшується відповідно в 1 15, 1 25 і 1 32 рази. При ламінарному режимі течії (при Res: 2000) коефіцієнт тепловіддачі зменшується відповідно в 1 595, 2 08 і 2 56 рази.
 При турбулентному режимі течії з числом Re, дуже близьким до ReKp (в довгому турбопроводе), можливо загасання турбулентності і перехід до ламінарного течією без зниження числа Re. Однак при числах Рейнольдса Re, значно більших ReKp, настає так звана розвинена турбулентність, з якої звичайні-н про доводиться мати справу на практиці.
 При турбулентному режимі течії параметр 2а усредняется.
 При турбулентному режимі течії вплив динамічного напруження зсуву бурових і тампонажних розчинів проявляється менше, ніж інерціончие сили.
 При турбулентному режимі течії вплив динамічного напруження зсуву бурових і тампонажних розчинів проявляється менше, ніж інерційних сил.
 При турбулентному режимі течії в пограничному шарі, як буде показано далі (§ 4), напруга тертя може бути виражено через товщину втрати імпульсу.
 При турбулентному режимі течії зі збільшенням Re значення Кр зростає тим інтенсивніше, чим вище в'язкість витісняє рідини, і стає по абсолютним значенням більше, ніж у випадках, коли витісняє рідина має меншу в'язкість.
 Характер ексцентричного розміщення обсадної колони в стовбурі свердловини.
 При турбулентному режимі течії, співвідношення щільності і реологічних параметрів рідини майже не впливають на величину коефіцієнта витіснення.
 При турбулентному режимі течії змінюється не тільки коефіцієнт опору, але і істотно інтенсифікуються процеси перенесення маси, імпульсу і енергії.
 При турбулентному режимі течії збільшення витрат прокачується рідини викликає підвищення гідродинамічного тиску, отже, і перепаду тиску, а також сили тертя.
 При турбулентному режимі течії значення Vn прийнято вважати постійним.
 При турбулентному режимі течії розрізняють три зони опору.
 При турбулентному режимі течії газу в трубах, каналах і при поздовжньому обтіканні трубних пучків тепловіддача може бути підрахована за формулою (5 - 7), але при цьому поправка на зміну фізичних властивостей з температурою (Ргш / РГС) 0 25 несправедлива.
 При турбулентному режимі течії газу по газопроводу на теплопередачу від газу до стінки труби великий вплив робить примусова конвекція, пов'язана з турбулентним перемішуванням газу. Шорсткість труб кілька збільшує коефіцієнт тепловіддачі.
 Розрахункова схема втрат напору в ламінарному режимі руху рідини. У розвинених турбулентних режимах течії дію сил в'язкого тертя незначно і втратами енергії за рахунок прояву сил тертя можна знехтувати.
 При розвиненому турбулентному режимі течії турбулентні напруги в точках, що лежать за межами пристенного подслоя, можуть набагато перевищувати вязкостниє напруги. Тому наближений розрахунок турбулентного течії в трубі можна побудувати на двошарової моделі, припускаючи, що в межах вузького подслоя протягом ламинарное, а в центральній частині потоку (в турбулентному ядрі) епюра (профіль) усередненої швидкості і закон опору цілком визначаються турбулентними напругами.
 Коефіцієнти, враховую-ющие вплив зазорів між стінкою і обертовими елементами перемішують. У перехідних і турбулентних режимах течії вплив відцентрового критерію Рейнольдса КЕЧ досить незначно або відсутній.
 Розподіл швидкостей при ламінарному режимі течії води і глинистого розчину в трубі. При турбулентному режимі течії втрати напору для в'язкопластичні рідини відповідають в основному залежно для води.

початок форми

 

трубопроводами називаються пристрої, за якими транспортуються рідкі, газоподібні і сипучі речовини.

за трубопроводах котельних установок транспортуються паливо (газ, мазут і т.д.), вода для живлення котлів опалення, реагенти для хімічної очистки води, вода для опалення під тиском і нагріта вище 100 ° С, пар під різним тиском і різної температури для технологічних потреб. трубопроводи котельних установок малої та середньої потужності працюють під різним надлишковим тиском при температурі, що транспортується до 450 ° С. Частина трубопроводів працює під розрідженням.

Залежно від умов роботи і призначення трубопроводи класифікують по тиску:

транспортуються по трубопроводу речовини за ступенем агресивності поділяються на неагресивні і агресивні, які призводять до корозії металу. для трубопроводів, Що транспортують агресивні продукти, застосовують труби з легованих (нержавіючих) сталей, неметалічних матеріалів і вуглецевих сталей, захищених зсередини корозійностійким покриттями.

трубопроводи, Що транспортують водяний пар робочим тиском більше 0,07 МПа, гарячу воду температурою понад 115 ° С, відповідно до "Правил будови і безпечної експлуатації трубопроводів пари і гарячої води", поділяють на чотири категорії (табл.1). Ці правила визначають вимоги до будови, виготовлення, монтажу, експлуатації та огляду трубопроводів.

Таблиця 1



Попередня   15   16   17   18   19   20   21   22   23   24   25   26   27   28   29   30   Наступна

Сила тиску рідини на плоску стінку | центр тиску | Доведення | Розширений закон | Одне із застосувань | Для стискання ідеального газу | Висновок закону Бернуллі з рівняння Ейлера і термодинамічних співвідношень | Висновок рівняння Бернуллі | конструкція | Труба Вентурі в швидкісних газоочисниках |

© 2016-2022  um.co.ua - учбові матеріали та реферати