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 33.15 Kb.
НазваниеФедеральное агентство по образованию государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования башкирский государственный университет
Размер33.15 Kb.
ТипДокументы

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ



Градуировка ротаметра


Методическое указание по курсу

«Общая химическая технология, ч.1»

для студентов 3 курса химического факультета


Уфа

РИО БашГУ

2008


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


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


Теоретические основы:

^ Гидростатика. Понятие давления

Гидростатика изучает жидкости в абсолютном и относительном покое. Кардинальная проблема этого раздела, лежащая в основе ряда конкретных задач – определение давления в произвольной точке технологического пространства: р=р(х,у,z). В задачах гидростатики давление в точке не зависит от пространственной ориентации площадки, на которую оно действует, иными словами давление в любой точке покоящейся жидкости действует одинаково по всем направлениям, иначе бы происходило перемещение жидкости внутри занимаемого объёма.

Представим себе сосуд с жидкостью. Выберем внутри покоящейся жидкости произвольно площадку площадью ∆S, к которой приложена сила ∆F в точке А, находящейся внутри площадки.

∆F/∆S – среднее гидростатическое давление столба жидкости, а предел этого отношения при ∆S→0 носит название гидростатического давления в точке или просто давления.

р=lim(∆F/∆S)

Размерности давления: [р]= 1Н/м2= 1Па - в СИ;

[р]= 1кгс/м2 – в технике.

В расчётах давление часто выражают также в физических и технических атмосферах или в единицах высоты Н столба манометрической жидкости (воды, ртути и т.д.). Между давлением, выраженным в Н/м2 или в кгс/м2 и в единицах высоты столба манометрической жидкости существует простая связь:

Р=γ·Н=ρgH,

Где Н – высота столба манометрической жидкости;

γ=ρg – удельный вес.

Отсюда: 1 атмосфера физическая (1атм)= 760 мм рт ст=10,33 м вод ст = 1,033 кгс/см2 = 10330 кгс/м2 = 101300Н/м2; 1 атмосфера техническая (1ат)= 735,6 мм рт ст=10 м вод ст = 1 кгс/см2 = 10000 кгс/м2 = 98100Н/м2

Приборы для измерения давления (манометры, вакууметры0 показывают не абсолютное давление Рабс внутри замкнутого объёма, т.е. аппарата, а разность между абсолютным и атмосферным давлением. Если давление в аппарате больше атмосферного, то эта разность называется избыточным давлением, а если давленеи в аппарате ниже атмосферного, то эту разность называют разрежением (в системе вакуум).

^ Дифференциальные уравнения равновесия Эйлера

На жидкость, находящуюся в покое, действуют сила тяжести и сила гидростатического давления. Соотношение между силами, действующими на жидкость, которая находится в состоянии покоя, определяющее условия равновесия жидкости, выражается дифференциальными уравнениями равновесия Эйлера.

При выводе используется принцип статики, согласно которому: сумма проекций на оси коорданат всех сил, действующих на элементарный объём, находящийся в равновесии, равна нулю.

Если по какой-то оси равнодействующая всех сил ∆F не равна нулю, то это действующая сила и жидкость не будет находится в покое.


- δр/δх = 0, (1)


- δр/δу= 0, (2)


-ρg - (δр/δz) = 0 (3)


Это и есть дифференциальные уравнения равновесия Эйлера

Основное уравнение гидростатики

имеет вид z + р/γ = const .

Это уравнение говорит нам о том, что жидкость, находящаяся в равновесии и в покое обладает какими-то видами энергии, т.е. основное уравнение гидростатики – это частный случай закона сохранения энергии.

Выразим энергию в произвольных точках 1 и 2 внутри покоящейся однородной капельной жидкости относительно произвольно выбранной плоскости отсчёта. Плоскость отсчёта перпендикулярна плоскости рисунка, ОО – лилия пересечения плоскости отсчёта с плоскостью рисунка.




z1 и z2 - высоты расположения двух точек внутри покоящейся жидкости, называются нивелирным или геометрическим напором. Геометрический напор выражает удельную потенциальную энергию положения данной точки 1 или 2 над произвольно выбранной плоскостью сравнения ОО.

p1 и р2 – пьезометрическое давление столба жидкости, находящейся выше точки 1 и 2 соответственно.

p1и р2 - пьезометрические напоры.


z1 + р1/γ = z2 + р2/γ -для каждой точки покоящейся жидкости сумма нивелирной высоты и пьезометрического напора столба жидкости есть величина постоянная. Или, другими словами, сумма удельной потенциальной энергии положения и удельной потенциальной энергии давления для любой точки покоящейся жидкости есть величина постоянная и равная полному гидростатическому напору.


^ Закон Паскаля

Для вывода закона Паскаля рассмотрим две точки в покоящейся жидкости, одна из которых расположена внутри объёма жидкости (точка 1) на высоте z от произвольно выбранной плоскости сравнения, а другая находится на поверхности жидкости – на высоте z0 от той же плоскости. Пусть р и р0 – давления в точках 1 и 2 соответственно. Согласно основному уравнению гидростатики:

z + р/γ = z0 + р0/γ.

р/γ = z0 + р0/γ.- z (умножим обе части на γ),


р = р0 + γ(z0 – z) – математическое выражение закона Паскаля

Определение: давление в любой точке покоящейся несжимаемой жидкости передается одинаково всем точкам её объёма.

Покажем данное утверждение наглядно:

При постоянной температуре относительный удельный вес жидкости γ = ρg есть величина постоянная; разность ( z0 – z) (разность нивелирных напоров) тоже величина постоянная, следовательно γ(z0 – z)=const – обозначим данное произведение буквой А, тогда:

р = А + р0

Пусть р0 = 1 атм, то р = А + 1 атм

Увеличим р0 на 4 атм: р = А + 5 атм

р0 = 4 атм; ∆р = 4 атм - то есть, насколько изменилось давление в точке на поверхности жидкости, настолько оно изменилось и в любой точке в объёме жидкости.

Следствием закона Паскаля является принцип сообщающихся сосудов: если давление над сообщающимися сосудами одинаковое, то жидкость в сосудах находится на одном уровне:

р1 = р2 → z1 = z2

Этот принцип используют для измерения уровня и объёма жидкости в закрытых аппаратах с помощью водомерных стёкол.


^ Приборы для измерения давления

В технике для измерения давления применяют манометры, вакуумметры, пьезометры. Простейшим прибором является пьезометр – открытая, обычно стеклянная трубка (рисунок ). Чтобы избежать влияния на результаты измерения капиллярных сил, диаметр таких трубок должен быть не менее 8-10 мм.

При р12 (т.е. давление в аппарате выше атмосферного) и равновесии давление р’ справа и слева от точки а со стороны сосуда и со стороны трубки по закону Паскаля соответственно равно:

р’ = р1 + ρgz1; р’ = р2 + ρgz2.

Отсюда получаем давление р1:

р1 = р2 + ρg(z2 – z1),

причём величина ρg(z2 – z1) характеризует избыточное по отношению к атмосферному давление в ёмкости 1 (над жидкостью).

Трубку ^ 2 называют пьезометром.

Если р12 (т.е. давление в аппарате ниже атмосферного), то давление в точке А (рисунок ) можно также замерить с помощью трубки, которую в этом случае называют обратным пьезометром или чаще – вакуумметром, представляющим собой трубку 2. Давление в точке А со стороны жидкости в аппарате и со стороны жидкости в трубке 2 соответственно равно:

р’ = р1 + ρgz1; р’ = р2 + ρgz2

откуда

р1 = р2 + ρg(z2 – z1),

причём в данном случае z21, и выражение ρg(z2 – z1) будет иметь отрицательный знак.


Определение расхода газа или жидкости

в приборах с постоянным перепадом

Действие этих приборов основано на уравновешивании силы тяжести поплавка силой, развиваемой давле­нием восходящего потока (газом или жидкостью). При этом удель­ный вес поплавка должен быть боль­ше удельного веса жидкости.

Этот принцип использован в ро­таметре (рис. 1), который пред­ставляет вертикально установлен­ную коническую стеклянную трубку, расширяющуюся кверху. Трубка с помощью уплотнительных колец зажимается между участками тру­бопровода. Внутри стеклянной трубки помещен поплавок. В непод­вижной жидкости поплавок покоится на нижнем уплотнительном кольце. Для того чтобы во время работы поплавок находился в центре трубы, на верхней части его имеются специальные борозд­ки, проходя по которым жидкость вызывает вращение поплавка, вследствие чего он центрируется в середине потока. Поплавок, таким образом, не испытывает трения и чувствителен к незначи­тельным изменениям расхода.



Рис, 53. Рота­метр: ^ 1 —коническая

стеклянная трубка; 2 — по­плавок


Пусть трубка заполнена водой, жидкость находится в покое. При этом на поплавок действуют две силы: сила тяжести поплавка ^ G (направлена вниз) и архимедова сила Gар, направленная вверх.

G = mg. = ρпgVп = γпVп; Gар = γводы · Vп

Найдём равнодействующую этих сил:

^ G = G - Gар = (γп - γводы) Vп,

где γп – удельный вес поплавка;

γводы – удельный вес воды;

Vп – объём поплавка.

Так как γп > γводы, то поплавок тонет.

Начнём через ротаметр снизу подавать воду в количестве ^ W см3/мин. На поплавок начинает действовать динамическая сила Fдин, равная:

Fдин = hдин Sп,

где hдин - динамический напор, hдин = ;

Sп – площадь сечения поплавка.

Если пропускать снизу жидкость, поплавок начинает подниматься вверх до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие сил, действующих на поплавок сверху и снизу. В состоянии равновесия ∆G = Fдин,

^ Sп = (γп - γводы) Vп.

Выразим скорость:

w = ,

при t=const γп = const, γводы = const. Для данного поплавка Vп = const, Sп = const. Следовательно, для любого расхода W скорость, при которой поплавок находится в равновесии, есть величина постоянная и её можно рассчитать по формуле.

При небольшом расходе жидкости поплавок поднимается в трубе на небольшую высоту. По мере увеличения количества подаваемой жидкости поплавок будет подниматься на более высокий уровень. Это объясняется тем, что при повышении расхода газа значение скорости, равное w (обусловливающее равновесие поплавка), будет достигаться в большем по площади, а следовательно, расположенном более высоко, кольцевом сечении. Таким образом, при переменном расходе газа поплавок в трубке может занимать по высоте любое положение: от самого низкого до самого высокого. Благодаря конусности трубки, площади кольцевых сечений между телом поплавка и стенками трубки непрерывно увеличиваются. Так как при равновесном положении поплавка в кольцевом сечении скорость жидкости может принимать одно единственное значение w, то расход газа зависит только от площади кольцевого сечения, на уровне которого остановился поплавок, т. е. расход газа в ротаметрах определяется известной формулой:

^ W=wS

При этом скорость w в любом кольцевом сечении S, на уровне которого остановился поплавок, будет величиной постоянной, а площади кольцевых сечений между телом поплавка и стенкой трубки будут непрерывно меняться (увеличиваться), так как площадь кольцевого сечения является величиной переменной. Ротаметры называют приборами постоянного перепада, потому что величина динамического напора, определяющая величину перепада и равная hдин = , в любом кольцевом сечении трубки независимо от высоты подъема поплавка является величиной постоянной.


Лабораторная работа

^ ГРАДУИРОВКА РОТАМЕТРА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСХОДА ВОДЫ


Цель работы: Знакомство с методикой градуировки расхо­домеров постоянного перепада.

Ротаметры предназначены для измерения расхода газа или жидкости. Их изготовляют на разные производительности и гра­дуируют или применительно к газам и жидкостям определенного удельного веса, или в условных единицах.

На рис. 2 изображена схема установки для градуировки рота­метров по воде. Вода из трубопровода ^ 1 непрерывной струей по­дается в напорный бак 2. Избыток воды по переливной трубе 10 сливается в отводную трубу 9 и оттуда в канализацию. Верхний обрез переливной трубы поднят в напорном баке, чем достигается постоянство давления воды. В ротаметр по трубе 7 поступает вода, количество которой регулируют вентилем 8. Вода, вытекающая из ротаметра по трубе 3, попадает в измерительный бак 5, разделен­ный на две половины глухой перегородкой. Перекидным жело­бом 4 вода может быть направлена в правую или левую часть из­мерительного бака. Каждая из половин имеет водомерное стекло, на котором краской нанесены две отметки: нижняя, соответст­вующая объему 5 л, и верхняя, соответствующая 10 л. В дно из­мерительного бака врезаны сливные краны 5, позволяющие опо­рожнить каждую часть бака отдельно.

^ Порядок работы:

1. Слить воду из обеих половин измерительного бака через спускные краны 6 при закрытом вентиле 8.

2. Пустить воду в напорный бак так, чтобы из переливной тру­бы вода стекала в отводную трубу достаточно интенсивно.

3. Открыть вентиль 8 и установить величину потока так, чтобы верхний обрез поплавка установился против желаемого деления на трубке ротаметра, а вода из последнего пот/пяля нагтмч.ог.

о левый отсек измерительного бака, пс перекидному желобу.

4. Закрыть спускной кран 6 в пра­вом отсеке, пустив одновременно се­кундомер, и перекинуть желоб, чтобы вода стекала в правый отсек измери­тельного бака. По секундомеру опреде­лить время наполнения бака до штри­ха, соответствующего 5 и 10 л. Пока идет наполнение правого отсека, из левого сливается вода, наполнившая его во время установления желаемой величины потока. Как только вода из левого отсека стечет, его сливной кран перекрывают, тем самым подготовляя левый отсек для измерения.

По заполнении правого отсека от­мечают время заполнения 5 и 10 л. После этого желоб перекидывают к ле­вому отсеку и снова, пустив секундо­мер, производят замер количества во­ды так же в левом отсеке измеритель­ного бака. Таких измерений производят 3—4 для одной скорости потока попе­ременно в правом и левом отсеках измерительного бака. Наличие двух отсеков, включаемых попеременно, позволяет съэкономить время при вы­ливании воды и не прерывать устано­вившегося в ротаметре режима.

5. Провести изменения к К—к ^п-,

-г__^,^--х и^ч^^^лпл о и—и различных точках шкалы. Полученные показания свести в таблицу. На основании полученных данных строят градуировочную кри­вую, откладывая по оси ординат условные показания ротаметра и по оси абсцисс — расход воды в литрах на секунду.



Рис. 2. Схема установки для градуировки ротаметра: ^ 1 — питающая трубка; 2 — на­порный бак; 3 — дугообразная труба; 4 — перекидной желоб; 5 — измерительный бак; 6 — сливные краны; 7 — сливная труба; 8 — вентиль; 9 —отвод­ная труба; 10 — переливная труба; 11 — ротаметр


Контрольные вопросы

  1. Гидравлика. Гидростатика. Понятие давления. Принцип статики. Вывод дифференциальных уравнений равновесия Эйлера. Основное уравнение гидростатики, физический смысл входящих в него величин.

  2. Закон Паскаля. Принцип сообщающихся сосудов. Применение закона Паскаля и следствия из него: манометры, пьезометры, водомерные стёкла. Гидропрессы.

  3. Гидродинамика. Понятия: расход и скорость движения жидкости. Уравнение Бернулли. Динамический, статический и нивелирный напор, их физический смысл.

  4. Ротаметр – прибор с постоянным перепадом давления. Принцип действия ротаметра, силы, действующие на поплавок, условие равновесия. Измерение расхода жидкости или газа с помощью ротаметра. Влияние расхода жидкости на перепад динамического напора в ротаметре.

  5. Описание устройства ротаметра и установки для градуировки ротаметра. Ход работы, оформление результатов градуировки.


Литература


1. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 1973. С. 23-27, 54-59.

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. 102-110.

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