Федеральное агентство по образованию государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования башкирский государственный университет icon

Федеральное агентство по образованию государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования башкирский государственный университет


Скачать 33.13 Kb.
НазваниеФедеральное агентство по образованию государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования башкирский государственный университет
Размер33.13 Kb.
ТипДокументы

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ



Градуировка реометра


Методическое указание по курсу

«Общая химическая технология, ч.1»

для студентов 3 курса химического факультета


Уфа

РИО БашГУ

2007


Печатается в соответствии с решением кафедры ВМС и ОХТ (протокол № 6 от 30.01.2007 г.)


Составители: к.х.н., доц. Базунова М.В.

к.т.н., доц. Минибаев А.В.


^ Теоретические основы:

Основные характеристики движения жидкости

Рассмотрим движение жидкости по трубе постоянного сечения.

Количество жидкости, протекающее через всё поперечное сечение трубопровода или аппарата в единицу времени, называется расходом жидкости.

Различают объёмный расход W (измеряется в м3/с, м3/ч) и массовый расход M (измеряется в кг/с, кг/ч).

Количество жидкости, протекающее через единицу поперечного сечения трубопровода в единицу времени называется скоростью жидкости.

Как будет показано ниже, вследствие влияния сил вязкости (трения) в разных точках поперечного сечения потока скорость частиц жидкости неодинакова. Поскольку установить распределение скоростей по поперечному сечению потока часто затруднительно, в инженерных расчётах обычно используют так называемую среднюю скорость wср, определяемую как отношение объёмного расхода жидкости W к площади поперечного сечения потока S:


wср=W/S [w]=[м3/с]/[м2]=[м/с]

Тогда объёмный расход жидкости и её массовый расход определяются соответственно уравнениями:

W=wS; M=wSρ

Уравнение Бернулли

Уравнение Бернулли - это важнейшее уравнение гидродинамики, широко используемое в инженерных расчётах. Например, с его помощью можно определить необходимый напор (или давление) для того, чтобы жидкость с заданной скоростью транспортировалась по трубопроводу, а также скорость и расход жидксоти, время истечения жидкости из отверстия в резервуаре.

Уравнение Бернулли выводят интегрированием дифференциальных уравнений движения Эйлера. Для идеальных жидкостей уравнение Бернулли имеет вид:

z + p/ρg+ w2/2g = const (1), где

z – нивелирный напор

p/ρg – пьезометрический напор

z + p/ρg - полный гидростатический напор

w2/2g – динамический (скоростной напор), выражает удельную кинетическую энергию движения жидкости.

z + p/ρg+ w2/2g – полный гидродинамический напор, обозначим Н.

Для двух произвольных сечений жидкости можно записать:

z1 + p1/ρg+ w 12/2g = z2 + p2/ρg+ w 22/2g ,

то есть для любого сечения или точки потока при установившемся движении идеальной жидкости сумма потенциальной (z + p/ρg) и кинетической (w2/2g) энергий жидкости остаётся величиной постоянной. Таким образом, уравнение Бернулли выражает частный случай закона сохранения энергии.

^ Уравнение сплошности

При движении жидкости или газа поток полностью наполняет трубопровод и пустот в трубопроводе не образуется. Это возможно при одном условии, если количество жидкости или газа, проходящий по трубопроводу в единицу времени будет постоянным.




Рис.1.


ρwS = const (2) -

это уравнение неразрывности (сплошности) потока в интегральноц форме для установившегося движения. Для трёх различных сечений трубопровода уравнение сплошности принимает вид: ρ1w1S1 = ρ2w2S2 = ρ3w3S3 , М1 = М2 = М3, т. е. при установившемся потоке, полностью заполняющем трубопровод, через каждое поперечное сечение проходит в единицу времени одна и та же масса жидкости. Поэтому уравнение (2) называют также уравнением постоянства расхода и оно является частным случаем закона сохранения массы и выражает материальный баланс потока. Для несжимаемых жидкостей ρ = const, поэтому уравнение (2) принимает вид:

wS = const (3).

Из уравнения (3) следует, что скорости капельной жидкости в различных поперечных сечениях трубопровода обратно пропорциональны площадям этих сечений.


^ Распределение скоростей по сечению потока

Значения скоростей в различных точках трубопровода зависят от характера движения жидкости. При малых скоростях она мо­жет перемещаться параллельными слоями относительно оси тру­бопровода. Такой характер движения называют ламинарным.

При больших скоростях газа или жидкости параллельность по­токов нарушается, появляются завихрения и скорость потока в определенной области одинакова. Такой тип движения называют турбулентным.

Характер движения определяют, пользуясь критерием Рейнольдса (Re),

Rе = wdρ/μ,

где w — линейная скорость, м/с; d —диаметр трубы, м; ρ — плотность газа или жидкости, кг/м3; μ — ди­намическая вязкость, Нс/м2.

Число Рейнольдса — величина безразмерная.

Значение числа Рейнольдса для условий перехода от ламинар­ного режима движения жидкости к турбулентному называют кри­тическим. При движении жидкостей по прямым гладким трубам Re = 2300. При Rе < 2300 режим движения жидкости будет лами­нарным, а при Rе > 2300 - турбулентным. Однако при 2300 < Rе < 10000 режим движения жидкости неустойчив - движение может быть и ламинарным, и турбулентным; эту область значений Rе часто называют переходной.

В случае ламинарного движения вязкой жидкости в прямой трубе круглого сечения всю жидкость можно мысленно разбить на ряд кольцевых слоёв, соосных с трубой. Вследствие действия между слоями сил трения слои будут двигаться с неодинаковыми скоростями. Центральный слой у оси трубы имеет максимальную скорость, но по мере удаления от оси скорость слоёв будет уменьшаться. Докажем это утверждение.

Скорость любого самопроизвольного процесса можно выразить как отношение движущей силы процесса к сопротивлению движения. Движение слоя жидкости происходит под действием разности давлений p1 и p2 с обеих торцевых сторон трубопровода, т. е. движущая сила ∆p = p2 – p1.

Оценим скорость движения слоя жидкости, непосредственно прилегающего к стенке трубы w0-тр:


w0-тр = ,

сопротивлением движению нулевого слоя является сопротивление стенки трубы Rтр, имеющее очень большую величину:

w0-тр = , Rтр → 0, w0-тр ≈ 0.

Оценим скорость движения первого слоя относительно нулевого. Сопротивлением движению этого слоя является вязкость жидкости μ, тогда:


w1-0 = = w ≠ 0,

значит w1-тр = w + 0 = w.

Аналогично скорость движения второго слоя относительно первого равна

w2-1 = = w ,

w2-0 = w + w = 2w,

w2-тр = 2w + 0 = 2w.


w3-2 = = w,

w3-тр = 2w + w = 3w, и так далее.

Таким образом, при ламинарном течении жидкости распределение скоростей по сечению потока параболическое.




Рис. 2. Распреде­ление скоростей в ламинарном потоке


Как уже было сказано, в инженерных расчётах обычно используют среднюю скорость wср . В случае ламинарного течения её определяют следущим образом:

wср = .

При турбулентном движении кривая распределения скоростей по сечению имеет отличный от параболы вид – вершина кривой значительно сглажена (рис.3). При этом: wср =0,8wmax




Рис. 3. Распределение скоростей в турбулент­ном потоке.


^ Определение расхода газа и жидкости

приборами с переменным перепадом давления

Принцип действия приборов с переменным перепадом давления основан на том, что на пути движения жидкости или газа ставят преграду с отверстием.

В качестве преград применяют диафрагмы, сопла и трубки Вентури (рис.4), называемые дросселирующими устрой­ствами. При прохождении потока через такую преграду происходит увеличение скорости, а, следовательно, и увеличение динамического напора. При этом изменяются значения статических напоров, раз­ность которых покажет дифференциальный манометр.





а)




б)




в)


Рис. 4. Дросселирующие устрой­ства:

а — диафрагма; б — сопло; в — труба Вентури


Мерная диафрагма (рис.4а) представляет собой тонкий диск с отверстием круглого сечения, центр которого расположен на оси трубы.

Выберем в трубопроводе два сечения: первое I-I площадью S1 – до сужения потока, средняя скорость потока в этом сечении w1; второе II-II площадью S2 – непосредственно в месте сужения, средняя скорость потока в этом сечении w2 . Диаметр струи после преграды меньше диаметра отверстия в диафрагме, так как струя по инерции сужается, и, следовательно, и максимальное значение скорости будет не в диафрагме, а за ней.

Запишем уравнение Бернулли для широкого I-I и узкого II-II сечения потока:


p1/ρg+ w 12/2g = p2/ρg+ w 22/2g,

p1/ρg - p2/ρg = w 22/2g - w 12/2g,

p1/ρg - p2/ρg =∆h

w 22/2g - w 12/2g=∆h (*)

Согласно интегральной форме уравнения сплошности струи: w1S1 = w2S2.. Выразим из этой формулы w1 и подставим в уравнение *:

w1 = .

- ()2· = ∆h,

отсюда w2 = .

Для турбулентного движения w2 ср = 0,8w2 max,


w2 ср = 0,8, S12>>S22, значит w2 ср = 0,8 = 0,8,

следовательно, расход жидкости можно определить по формуле W = 0,8·S2.


Диафрагма не отражает характер сужения потока, поэтому при сужении потока и при его расширении теряется большое количество энергии.

Вместо мерной диафрагмы можно использовать мерное сопло (рис.4б), представляющее собой насадок с плавно закруглённым входом и цилиндрическим выходом. Сопло более сложно в изготовлении и требует довольно длинный участок для установки, но гидравлическое сопротивление его меньше, чем диафрагмы, соответственно меньше потери напора.

Ещё одним видом дроссельного прибора является труба Вентури (рис.4 в), представляющая собой насадок, по ходу потока сначала постепенно сужающийся, а затем постепенно расширяющийся до первоначального размера. Благодаря плавному изменению сечения потока гидравлическое сопротивление трубы Вентури гораздо меньше, чем мерной диафрагмы и сопла. Однако труба более сложна в изготовлении и требует для установки очень длинный участок трубопровода, поэтому она использутся для измерения расхода только в исследовательских целях.


Лабораторная работа

^ ГРАДУИРОВКА РЕОМЕТРА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСХОДА ГАЗА

Цель работы. Знакомство с методикой калибрования диафрагменных и капиллярных реометров.

Реометрами (рис. 5) называют лабораторные газовые расходомеры, представляющие собой стеклянную трубку с впаянной в неё диафрагмой или капилляром и дифференциальным маномет­ром. Реометр монтируют на щитке, имеющем градуировочную шкалу. Принцип действия прибора аналоги­чен измерителям расхода газов с дросселирующими устройствами. Диафрагменные реометры применя­ют для больших расходов, в то вре­мя как капиллярные, при соответст­вующем подборе капилляра, дают возможность измерять очень малые. расходы. Подбор капилляра необхо­димо производить для затворной жидкости с определенным удельным весом, от которого зависит величина перепада давления, а следовательно, и расход.




Рис. 5. Реометры: а — капиллярный; б—диафрагменный;

1 — капилляр; 2 — диафрагма; 3 — дифференциальный манометр


Столб жидкости во внутренней трубке реометра показывает разницу напоров до капилляра и после него. При увеличении расхода газа увеличивается скорость в капилляре w22 = H∆h, происходит увеличение перепада давления.

Схема установки показана на рис. 6. Воздух компрессором ^ 1 подаётся в реометр 3. Пройдя через капилляр, воздух поступает в нижнюю часть измерительной бюретки 5. В напорной склянке 6 находится водный раствор моющего средства, дающего устойчивую пену. При подъёме склянки 6 в тройнике бюретки 5 идёт образование тонкой плёнки, которая поднимается по бюретке током воздуха. Скорость движения плёнки равна скорости потока воздуха в бюретке.

Расход воздуха можно определить, измерив секундомером время прохождения плёнки по бюретке плёнки по бюретке объёма 5 – 10 мл.

Для регулирования расхода воздуха служит кран ^ 2, выпускающий излишек воздуха в атмосферу.


Рис. 6. Схема установки для градуировки реометра. 1 – компрессор; 2 – кран; 3 – реометр; 4 – капилляр; 5 – бюретка; 6 – напорная склянка.


Порядок работы

  1. Открывают полностью кран 2 в атмосферу.

  2. Включают вилку компрессора в сеть.

  3. Осторожно, плавно закрывая кран 2, создают в реометре перепад давления 2 см шкалы.

  4. Поднимая уравнительную склянку 6, переводят раствор в бюретку.

  5. При прохождении плёнки через деление бюретки 0 включают секундомер, при прохождении деления 5 или 10 мл выключают.

  6. Прикрывая кран 2,увеличивают перепад давления в реометре до 4 см шкалы. Повторяют измерение объёма газа пенным счётчиком и секундомером. Проводят измерение расхода при 5-6 различных перепадах давления.

  7. Соединить кран 2 с атмосферой.

  8. Выключить компрессор. Данные опыта свести в таблицу.


Таблица 1.


№ п/п

Показания реометра

(в сантиметрах шкалы)

Время прохождения пены,

с

Объём по бюретке,

мл

Расход,

мл/мин

1

2

5

10

(10 мл /5с)·60 с =

= 120 мл/мин



На основании полученных данных строят градуировочный график в координатах « Показания реометра – расход воздуха»


^ Техника безопасности

  1. Компрессор для подачи воздуха питается электрическим током напряжением 220 В. Это напряжение смертельно опасно для человека!

  2. До начала работы проверить исправность штепселя и целость изоляции подводящего провода.

  3. Не разбирать компрессор, находящийся под напряжением.


Контрольные вопросы

  1. Гидродинамика. Понятия расход и скорость движения жидкости, их размерность. Дифференциальные уравнения движения Эйлера, их вывод на основе принципа динамики. Вывод закона Бернулли на основе интегрирования дифференциальных уравнений движения Эйлера. Физический смысл входящих в уравнение Бернулли величин. Уравнение сплошности струи.

  2. Режимы движения жидкости и критерий Рейнольдса. Ламинарное движение жидкости. Выражение скорости любого самопроизвольного процесса и его применение для расчета скорости движения отдельных слоев жидкости. Распределение скоростей по сечению потока при ламинарном движении. График распределения скоростей потока при ламинарном и турбулентном движении, средняя скорость потока.

  3. Измерение скорости движения потока и расхода жидкости с помощью гидродинамических труб. Вывод уравнения для расчета максимальной и средней скорости потока. Преимущества и недостатки этого метода определения скорости потока.

  4. Типы сужающих устройств: мерная диафрагма, сопло, труба Вентури. Определение напора до и после сужающего устройства с помощью дифманометра. Определение скорости потока с помощью мерной диафрагмы. Вывод уравнения для расчета максимальной скорости потока, средняя скорость движения. Преимущества и недостатки отдельных сужающих устройств.

  5. Устройство и принцип работы реометров для измерения расхода газов: с диафрагмой и капиллярные. Области их применения.

  6. Описание работы по градуировке реометров для измерения малых расходов газа: ход работы, оформление результатов.


Литература


1. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 1973. С. 33-37, 45-45, 48-52, 54-61.

2. Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии, ч.1. М.: Химия, 2002. С. 38-39, 93-100.

3. Александрова Г.Г., Вольфкович С.И., Бебих Г.Ф. Практикум по химической технологии. М.: МГУ, 1988. С. 102-115.

Похожие:

Федеральное агентство по образованию государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования башкирский государственный университет iconФедеральное агентство по образованию государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования башкирский государственный университет
Печатается в соответствии с решением кафедры вмс и охт (протокол №5 от 12. 2006 г.)
Федеральное агентство по образованию государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования башкирский государственный университет iconФедеральное агентство по образованию государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования башкирский государственный университет
Печатается в соответствии с решением кафедры вмс и охт (протокол №6 от 30. 01. 2007 г.)
Федеральное агентство по образованию государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования башкирский государственный университет iconФедеральное агентство по образованию государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования башкирский государственный университет
Печатается в соответствии с решением кафедры вмс и охт (протокол №6 от 30. 01. 2007 г.)
Федеральное агентство по образованию государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования башкирский государственный университет iconФедеральное агентство по образованию государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования башкирский государственный университет
Печатается в соответствии с решением кафедры вмс и охт (протокол №6 от 30. 01. 2007 г.)
Федеральное агентство по образованию государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования башкирский государственный университет iconФедеральное агентство по образованию государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования башкирский государственный университет
Печатается в соответствии с решением кафедры вмс и охт (протокол №6 от 30. 01. 2007 г.)
Федеральное агентство по образованию государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования башкирский государственный университет iconФедеральное агенство по образованию РФ государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования башкирский государственный университет тепловые процессы методическое указание по курсу
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Федеральное агентство по образованию государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования башкирский государственный университет iconФедеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уральский государственный педагогический университет»
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Федеральное агентство по образованию государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования башкирский государственный университет iconФедеральное агентство по образованию государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Уральский государственный университет им. А. М. Горького»
«Искусствоведение» и 031401 «Культурология», специализации «Музееведение» по циклу «Общепрофессиональных и специальных дисциплин»...
Федеральное агентство по образованию государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования башкирский государственный университет iconФедеральное агентство по образованию государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ростовский государственный университет»
Ii. Конституционная история прав и свобод человека и гражданина в Российской Федерации 10
Федеральное агентство по образованию государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования башкирский государственный университет iconФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Башкирский государственный педагогический университет им. М. Акмуллы»
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Федеральное агентство по образованию государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования башкирский государственный университет iconФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Башкирский государственный педагогический университет им. М. Акмуллы»
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Документы


При копировании материала укажите ссылку ©ignorik.ru 2015

контакты
Документы