Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







ИЗОБРАЖЕНИЕ ПРОЦЕССА СУШКИ НА ДИАГРАММЕ





 

Для построения на диаграмме J – d реального процесса сушки (с учётом потерь тепла) определяется величина Δ по уравнению

 

Δ = (qД + C θн) – (qм + qт + qп), (16)

где qД – удельный расход тепла в дополнительном калорифере, Дж/кг; qД=0; C – теплоёмкость влаги, Дж/кг·0C; θн – начальная температура материала, 0C; qм = Gк/W·Скк – θн) – удельный расход тепла на нагрев высушенного материала; Cк – удельная теплоёмкость сухого материала, Дж/кг·0C; θк – температура материала в конце процесса сушки, 0C.

Температуру материала в конце процесса сушки определить экспериментально по показанию термопары 5 и сопоставить с расчётным значением, вычисленным по уравнению

θк = tм + tср – tм/Uкр – Uр (Uкр – U2), (17)

где tср = t1 + t2/2 – средняя температура сушильного агента (воздуха), 0C;

qт – удельный расход тепла на нагрев транспортных устройств, Дж/кг; qт=0; qп – удельные потери тепла сушилкой в окружающую среду, Дж/кг.

Потери тепла сушилкой в окружающую среду принимаем равными 10% от удельного расхода тепла в теоретической сушилке по уравнению

qп = 0,1 J1 – J0/d2˝ - d0, (18)

где J0, J1 – соответственно энтальпия воздуха на входе в калорифер и на выходе из него, Дж/кг·сух.в.; d2˝ - конечное влагосодержание воздуха для теоретической сушилки.

Определив по формуле (16) величину Δ, которую часто называют внутренним балансом сушильной камеры, приступают к изображению процессов нагрева воздуха и сушки влажного материала в координатах J-x на миллиметровой бумаге. По результатам построения определяют удельные расходы воздуха и тепла на сушку для теоретической и действительной сушилок, температуру «мокрого» термометра и температуру t2΄ по известному значению d2΄ (уравнение 14), парциальное давление пара в паровоздушной смеси Pп. Теплофизические параметры воздуха и пара определяются из справочной литературы при средней температуре.

 

СОСТАВЛЕНИЕ ОТЧЁТА

 

Отчёт по лабораторной работе оформляется на листах формата II (297х210). Титульный лист должен соответствовать титульному листу методических указаний к работам с указанием кафедры, названия работы, её номера, фамилии, и.о. студента, группы, специальности и фамилии, и.о. преподавателя, принявшего работу.

В отчете должны быть представлены:

- описание цели работы,

- схема лабораторной установки,

- методика проведения работы,

- полученные экспериментальные данные,

- результаты обработки опытных данных (графики и диаграмма вычерчиваются на миллиметровой бумаге с применением необходимых чертежных инструментов),

- выводы.

В отчете обязательно представить все расчеты по приведенным формулам.

 

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

 

1. До начала работы необходимо:

- убедиться в отсутствии явных повреждений лабораторной установки;

- проверить наличие резиновых ковриков перед щитом управления;

- установить вентиль 15 в положение «открыто», убедиться в наличии приемников пыли у батарейного циклона и рукавного фильтра.

2. Во время работы:

- строго руководствоваться данными указаниями;

- разрешается включать электрический калорифер только при работающих вентиляторах;

- не прикасаться голыми руками к стеклянным бюксам, находящимся под включенной лампой влагомера;

- не оставлять работающую установку без наблюдения;

- докладывать о всех замеченных неполадках преподавателю или учебному мастеру.

3. По окончании работы:

- выключить электрический калорифер при работающих вентиляторах;

- по истечении некоторого времени (3-5 минут) выключить вентиляторы;

- через разгрузочное отверстие 23 выгрузить из сушилки высушенный материал (при выгрузке материала вентиляторы должны быть включены);

- убрать рабочее место и сдать установку учебному мастеру (лаборанту).

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ ДОПУСКА К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

 

1. Какова цель предстоящей работы?

2. Из каких элементов состоит лабораторная установка и каково назначение каждого из них?

3. Каков порядок выполнения лабораторной работы?

4. Какие экспериментальные данные снимаются при выполнении работы?

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ НА ЗАЩИТЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

 

1. Что является движущей силой процесса сушки?

2. Что называется скоростью сушки?

3. Чем определяется скорость сушки в первом периоде? При каких условиях скорость сушки в первом периоде постоянна?

4. Чем определяется скорость сушки во втором периоде?

5. Что такое равновесное влагосодержание материала и от чего зависит его значение? Что такое критическое влагосодержание материала?

6. Как изменяется температура материала в процессе конвективной сушки?

7. Почему при сушке влага в материале перемещается из внутренних слоев к поверхности?

8. Что такое относительная влажность воздуха?

9. Как, пользуясь диаграммой Рамзина, найти относительную влажность воздуха, температуру «мокрого» термометра, температуру точки росы?

10. Справедливы ли при сушке в кипящем слое представления о периодах постоянной и падающей скоростях сушки?

11. Почему для сушки полидисперсных материалов нецелесообразно применять сушилки цилиндрической формы?

12. Что такое удельный расход воздуха и удельный расход тепла?

13. Какой физический смысл понятия тепловой кпд сушилки?

14. В чем физический смысл величины Δ – внутреннего баланса сушилки?

15. Что такое теоретическая сушилка?

16. Как изменяется относительная влажность воздуха при нагревании его до температуры выше 100 0C?

17. С какой целью применяют частичный возврат отработанного воздуха в сушилку при конвективной сушке?

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 

1. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. – М.: Химия, 1971.

2. Романков П.Г., Рашковская Н.В. Сушка во взвешенном состоянии. – Л.: Химия, 1968.

 

Работа № 16

 

ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КАЛОРИФЕРА ДЛЯ НАГРЕВА ВОЗДУХА

 

В химической технике довольно широко применяется нагревание электрическим током. С помощью электрического тока нагрев можно производить в очень широком диапазоне температур, точно поддерживая и регулируя температуру нагрева в соответствии с заданным технологическим режимом. Кроме того, электрические нагревательные устройства отличаются простотой, компактностью, удобны для обслуживания. В химической промышленности наиболее часто применяется омический электронагрев (до температур не выше 5000C) при помощи пластинчатых, стержневых и трубчатых нагревателей небольшой единичной мощности. В них тепло выделяется при прохождении электрического тока по специальным нагревательным элементам и передается нагреваемой среде лучеиспусканием, конвекцией и теплопроводностью. Нагревательные элементы изготавливают главным образом из проволоки или ленты хроможелезоникелевых сплавов, обладающих большим омическим сопротивлением и высокой жаростойкостью (нихром или фехрали).

Электрический калорифер лабораторной установки выполнен в виде трубы диаметром 100 мм, в которой размещены трубчатые электрические нагреватели (ТЭНы) в количестве трех штук, мощностью каждый – 2000 Вт. ТЭН представляет собой стальную трубку 1 (рис. 1), в которой расположена спираль из нихрома 2.

Пространство между стенкой трубки и спиралью заполнено кристаллической окисью магния 3, обладающей хорошей теплопроводностью и электроизоляционными свойствами.

 

Рис. 1. Устройство ТЭНа:

1 – стальная трубка диаметром мм; 2 – спираль из нихрома; 3 – окись магния; 4 – фарфоровый изолятор; 5 – клемма; 6,7 – зажимы (гайки) токоподводящего провода.

 

Подводимая к ТЭНам электрическая энергия превращается в теплоту Q, которая расходуется по трем направлениям:

а) передается воздуху, протекающему по трубе калорифера, Q1;

б) передается воздуху, окружающему калорифер, Q2;

в) расходуется на нагрев корпуса калорифера, Q3.

Таким образом, Q = Q1 + Q2 + Q3. (1)

При стационарном режиме теплообмена, когда температура стенки трубы калорифера неизменна, т.е. когда достигнуто тепловое равновесие, Q3 = 0.

Количество теплоты Q1 может быть определено по формуле

Q1 = G [Cp / t2 – Cp / t1], Вт (2)

где G – секундный расход воздуха, кг/с; Cp / и Cp / - средние теплоемкости воздуха, Дж/кг·К; t1 – температура воздуха на входе в калорифер, К; t2 – температура воздуха на выходе из калорифера, К.

Количество тепла, выделяемое при прохождении электрического тока по нагревателям, определяется формулой

Q = J V cosφ, Вт, (3)

где J – сила тока в амперах; V – падение напряжения в вольтах.

В данной работе изучается передача тепла в электрическом калорифере при нагревании в нем атмосферного воздуха в условиях вынужденной конвекции, когда, как известно, тепло воздуху передается совместно конвекцией и излучением. Суммарная отдача тепла стенкой ТЭНа путем конвекции Qк и теплового излучения Qл определяется уравнением

Q = Qк + Qл = αобщ · F (θ – t), Вт, (4)

где αобщ – суммарный коэффициент теплоотдачи, Вт/м2· К; F – поверхность теплоотдающей стенки (ТЭНа), м2; θ – температура наружной стенки ТЭНа, К; t – температура нагреваемой фазы (воздуха), К.

Так как температура теплоизлучающей стенки и температура воздуха, движущегося вдоль нее, не остаются постоянными, то в формулу (4) следует подставить среднюю разность температур, определяемую формулой

Δtср = Δt1 – Δt2 / 2,3 lg Δt1/Δt2 (5)

где Δt1 = θ1 – t1 – разность температур стенки (ТЭНа) и воздуха на одном конце калорифера (вход холодного воздуха); Δt2 = θ2 – t2 – то же на другом конце калорифера (выход нагретого воздуха).

Если Δt1/Δt2 < 2, то вместо формулы (5) можно использовать более простую зависимость

Δtср = Δt1 + Δt2/2.

 


ЦЕЛЬ РАБОТЫ

 

1. Закрепление теоретических знаний основ теплопередачи.

2. Практическое ознакомление с работой электрического калорифера.

3. Исследование влияния силы тока и скорости движения воздуха на основные параметры процесса нагрева.

4. Приобретение навыков в обработке экспериментального материала методами математической статистики.

 

Содержание экспериментальной части работы

Экспериментальное определение влияния силы тока Ј и скорости движения воздуха W на основные параметры процесса нагрева в виде зависимостей t2 = f (J,W); θ1 = f (J,W); θ2 = f (J,W); α = f (W).

Получение того или иного вида аналитического выражения определяется заданием преподавателя.

 

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

 

Принципиальная схема лабораторной установки описана в работе № 15 («Исследование процесса сушки зернистых материалов в псевдоожиженном слое»). Объектом исследования в данной работе является электрический калорифер 9, сила тока нагревательного элемента (ТЭНа) в котором устанавливается с помощью автотрансформатора 10 и измеряется амперметром А. Через калорифер с помощью вентиляторов 16 и 17 продувается атмосферный воздух, расход которого измеряется с помощью мерной диафрагмы 15 и дифманометра 18. Регулируется расход воздуха с помощью вентилей 14 и 13. Места установки термопар для измерения температуры воздуха и температуры поверхности ТЭНа показаны на рис. 2.

Выходной координатой объекта исследования являются температура воздуха на выходе из калорифера t2, температура поверхности нагревателя θ1, θ2 или θ = θ1 + θ2/2, которые зависят в основном от значений двух переменных: силы тока J в спирали нагревателя и скорости движения нагреваемого воздуха W.

Кроме того, возможны случайные колебания температуры вследствие изменения напряжения в сети, температуры окружающего воздуха и других неучтенных факторов, которые можно рассматривать как некоторую общую помеху.

 

 

Рис. 2. Схема подключения термопар в электрическом калорифере.

 

Структурная схема объекта исследования представлена на рис. 3.

Рис. 3. Структурная схема объекта исследования.

 

ПОРЯДОК РАБОТЫ

 

Преподаватель задает значения входных переменных x1i (i = 1,2,…n) и x2j (j = 1,2,…m), каждая пара которых определяет один режим работы калорифера. Студент последовательно выводит объект на каждый из заданных режимов и по окончании переходного процесса (через 15-20 мин) регистрирует установившееся значение выходной величины yij. Исходя из 4-часовой продолжительности лабораторных занятий и среднего времени переходного процесса 15-20 мин общее количество исследуемых в одном эксперименте режимов работы калорифера не должно превышать 16.

Результаты экспериментов заносят в табл. 1.

 

Таблица 1

№ п.п. Сила тока J, А Напряжение V, В Расход воздуха Температура
Δp, кг/м2 G, м3 W, м/с ТЭНов воздуха
θ1 θ2 t1 t2
                 

 

ОБРАБОТКА ОПЫТНЫХ ДАННЫХ

 

4.1. Вывод расчетных уравнений.

Экспериментальные данные требуется аппроксимировать уравнением вида y = φ(x1, x2) = f1 (x1) · f2 (x2),

используя метод Брандона. В данной работе студенты берут для обработки одну из перечисленных выше зависимостей (по заданию преподавателя). Расчет проводят в такой последовательности:

1) экспериментальные данные из табл. 1 переносят в табл. 2, более удобную с учетом применяемого метода обработки;

2) в первом приближении выходную координату y рассматривают как функцию одной переменной, например, x1. При этом каждому значению x1i соответствует m значений yij в зависимости от значений второго аргумента x2j. Рассчитывают средние значения

y (x1i) = Σ yi j /m, i = 1, 2, … n

(обрабатывают данные вертикальных столбцов табл. 2) и строят график функции y (x1),

 

Таблица 2

X1 X2 X11 X12 X13 X1i …. X1n
X21 y11 y21 y31 yi1 .… yn1
X22 y12 y22 y32 yi2 .… yn2
             
X2j y1j y2j y3j yi j .… ynj
             
X2m y1m y2m y3m yim .… ynm

 

где x1 = W; x2 = J; y = θ1 ≡ θ2 ≡ t2;

3) функцию y (x1) аппроксимируют уравнением прямой f1(x1) = a0 + a1x1 или параболы f1(x1) = a0 + a1x1 + a2x12, коэффициенты которого находят методом наименьших квадратов (см. приложение);

4) исключается влияние переменной x1, для чего рассчитывают значения остаточной функции:

f2 [ij] = yi j / f1 (x1i),

которая предполагается зависящей только от переменной x2 (обрабатываются данные горизонтальных строк табл. 2);

5) для каждого значения x2j вычисляют среднюю величину:

f2 (x2j) = ∑ f2 [ij] / n, j = 1, 2, … m

и строят график функции f2 (x2);

6) функцию f2 (x2) аппроксимируют уравнением прямой или параболы:

f2(x2) = b0 + b1x2 или f2(x2) = b0 + b1x2 + b2x22,

коэффициенты которого определяются методом наименьших квадратов;

7) рассчитывают погрешности аппроксимации на отдельных режимах:

Δ[ij] = yi j – f1 (x1) · f2 (x2), i = 1, 2, …n; j = 1, 2, … m.

и среднюю квадратичную погрешность аппроксимации:

Ơ = √∑ ∆2[ij] / N – 1.

Приложение: 1. Определение коэффициентов многочлена первой степени методом наименьших квадратов.

Система уравнений для вычисления коэффициентов аппроксимирующей функции f(x) = a0 + a1x имеет вид:

 

a1 ∑ xк + a0R = ∑ yк,

a1 ∑ xк2 + a0 ∑ xк = ∑ xк yк,

 

где yк, xк, к = 1, 2, … R – набор экспериментальных данных, отражающих некоторую функцию y = f(x).

В нашем случае

xк ≡ W ≡ J; yк ≡ y (x1i) ≡ f2(x2j).

Для определения коэффициентов, входящих в систему уравнений, необходимо рассчитать соответствующие суммы, что удобно делать, пользуясь следующей таблицей.

№ п.п. xк xк2 yк xк ∙ yк
         
         
       
R        
       

 

2. Определение коэффициентов многочлена второй степени. Для данного случая система уравнений для вычисления коэффициентов многочлена – аппроксимирующей функции f (x) = a0 + a1x + a2x2 имеет вид:

 

a2 ∑ xк2 + a1 ∑ xк + a0R = ∑ yк;

a2 ∑ xк3 + a1 ∑ xк2 + a0 ∑ xк = ∑ xк yк;

a2 ∑ xк4 + a1 ∑ xк3 + a0 ∑ xк2 = ∑ xк2 yк.

 

Для расчета коэффициентов, входящих в систему уравнений, удобна следующая таблица.

 

№ п.п. xк xк2 xк3 xк4 yк xк∙ yк xк2∙yк
               
               
               
….              
R              
             

 

4.2. Определение коэффициента теплоотдачи от поверхности нагревателя (ТЭНа) к воздуху в условиях вынужденной конвекции.

Коэффициент теплоотдачи (общий) определяется по формуле

αобщ = Q1 / F· Δtср, Вт/м2·К,

где Q1 – количество тепла, отдаваемое поверхностью ТЭНов воздуху, проходящему через электрический калорифер, Дж; F – наружная поверхность ТЭНов, м2; F = πdln; d, l – соответственно диаметр и длина ТЭНа; n – количество ТЭНов; Δtср – средний температурный напор, К.

Для каждого значения силы тока J и всех расходов воздуха при данном J рассчитать значения αобщ по приведенной формуле. Результаты расчетов занести в табл. 3.

В таблице обозначено: x1 = Ư, м3/ч или x1 = W, м/с, y = αобщ – коэффициент теплоотдачи, Вт/м2·К.

Примечание. Расход воздуха, проходящего через калорифер, определяют по показаниям дифманометра, присоединенного к плоской диафрагме, и вычисляют по формуле:

Ư = 2,5 √∆p / ρt, м3/ч,

где Δp – статический перепад давлений в дроссельном приборе, замеренный до и после диафрагмы, мм вод.ст.; ρt – плотность воздуха у диафрагмы, кг/м3.

 

Таблица 3

x2 x1 x11 x12 x13 x1i
x21          
x22          
x23          
         
x2j       xi j

 

Плотность воздуха при рабочих условиях, т.е. температуре t и барометрическом давлении B, вычисляется по формуле:

ρt = ρ0 273 (B +P) / (273 + t)760, кг/м3,

где ρ0 – плотность воздуха при начальных условиях (t = 00C, B = 760 мм рт.ст.), кг/м3; B – барометрическое давление, мм рт.ст.; P – сопротивление системы, мм рт.ст.

При известном значении расхода воздуха Ư скорость воздуха на свободное сечение трубчатого электрического калорифера определяем по формуле:

W = Ư/26,6, м/c.

Данные табл. 3 аппроксимировать уравнением в виде многочлена первой или второй степени по изложенной выше методике.

4.3. Определение технологического коэффициента полезного действия электрического калорифера.

Технологический коэффициент полезного действия показывает, какая доля тепла от общего количества, выделяемого электрическим калорифером, полезно затрачивается на проведение данной технологической операции, т.е. идет на нагрев воздуха:

η = Q1/Q · 100, %,

где Q1 – количество теплоты идущего на нагрев воздуха, протекающего через калорифер, Вт; Q – количество теплоты, выделяемое при прохождении электрического тока по спирали нагревателя, Вт. Q1 и Q определяются по вышенаписанным формулам.

Результаты расчета сведены в табл. 4.

Таблица 4

№ п.п. Тепло, выделяемое ТЭНом Q, Вт Расход тепла на нагрев воздуха Q1, Вт Кпд нагревателя η, %
. . . n      

 

СОСТАВЛЕНИЕ ОТЧЕТА

 

Отчет по лабораторной работе оформляется на листах формата II (297х210). Титульный лист должен соответствовать титульному листу методических указаний к работе с указанием кафедры, названия специальности и фамилии, и.о. преподавателя, принявшего работу.

В отчете должны быть представлены:

- описание цели работы,

- схема лабораторной установки,

- методика проведения работы,

- полученные экспериментальные данные,

- результаты обработки опытных данных.

 


ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

 

1. До начала работы необходимо:

- убедиться в отсутствии явных повреждений лабораторной установки;

- проверить наличие резиновых ковриков перед щитом управления;

- убедиться в исправности работы потенциометра.

2. Во время работы:

- строго руководствоваться данными указаниями;

- не включать электрический калорифер в работу при неработающих вентиляторах;

- не оставлять работающую установку без присмотра;

- не закрывать вентиль сброса воздуха в атмосферу при изменениях его расхода;

- докладывать о всех замеченных неполадках преподавателю или учебному мастеру.

3. По окончании работы:

- при работающих вентиляторах выключить электрический калорифер;

- по истечении 5-10 минут выключить вентиляторы;

- сдать установку учебному мастеру (лаборанту).

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ ДОПУСКА К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

 

1. Какова цель предстоящей работы?

2. Из каких элементов состоит лабораторная установка и каково назначение каждого из них?

3. Объяснить устройство и принцип действия электрического калорифера.

4. Каков порядок выполнения лабораторной работы?

5. Какие экспериментальные данные фиксируются при выполнении работы?

 


ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ НА ЗАЩИТЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

 

1. Достоинства и недостатки нагревания электрическим током.

2. Способы превращения электрической энергии в теплоту.

3. Устройство электрических калориферов сопротивления.

4. Что такое сложная теплоотдача? Дайте определение коэффициента теплоотдачи излучением.

5. Какие замеры необходимо сделать, чтобы определить среднюю движущую силу процесса теплоотдачи в калорифере?

6. Можно ли по результатам этих замеров определить коэффициент теплоотдачи излучением?

7. В чем различие между коэффициентом теплоотдачи и коэффициентом теплопередачи по физическому смыслу?

8. От чего в большей степени зависит коэффициент теплоотдачи при развитом турбулентном движении воздуха по трубе электрического калорифера – от скорости воздуха или от силы тока?

9. Разность каких температур входит в уравнение теплоотдачи и каких – в уравнение теплопередачи?

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 

1 Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. – М.: Химия, 1973.

2.Балакирев В.С. Построение математических моделей и обработка экспериментальных данных: Конспект лекций для слушателей ФПКП при МИХМе. – М.: МИХМ, 1980.

 

Работа № 17

 

ИССЛЕДОВАНИЕ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ ПО ПРЯМЫМ ГЛАДКИМ ТРУБАМ

 

Трубопроводы в химической промышленности занимают очень важное место, являясь неотъемлемой частью технологического оборудования. На некоторых химических предприятиях общая протяженность трубопроводов измеряется десятками и даже сотнями километров. От качества их проектирования, изготовления, монтажа и эксплуатации во многом зависит успех работы на предприятиях.

Давно было замечено, что энергетические затраты на транспортирование жидкостей (газов) по трубопроводам зависят, помимо прочих причин, от скорости движения потока. Позднее это было связано с наличием двух качественно различных гидродинамических режимов движения жидкости (газа), названных ламинарным и турбулентным. Характер гидродинамического режима определяется величиной критерия Рейнольдса Re, критическое значение которого, соответствующее переходу ламинарного потока в турбулентный при движении жидкости (газа) по прямым гладким трубам, составляет 2300. В диапазоне 2300<Re<10000 принято говорить о переходном режиме. Устойчивый турбулентный режим наблюдается при Re > 10000 [1,2].

Установление экономически выгодных режимов эксплуатации трубопроводов обязательно требует знания гидродинамических режимов движения потоков в них.

 

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

 

1. Закрепить теоретические знания по вопросам гидродинамических режимов движения жидкостей (газов) в условиях внутренней задачи.

2. Путём визуального наблюдения за характером движения подкрашенной струйки установить качественное изменение гидродинамического режима при изменении скорости жидкости в трубе и, определив значение критерия Рейнольдса Re для этого случая, сравнить его с критическим Reкр для прямых гладких труб.

3. Объяснить причину наблюдаемого в эксперименте качественного изменения гидродинамического режима движения потока.

 

 

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ (рис.)

 

Рабочей жидкостью является вода, поступающая в бак 1 из водопровода через вентили 2 и 3. Для контроля за уровнем воды в баке 1 служит водомерное стекло 4, а постоянный уровень обеспечивается переливной трубой 5. Опорожнение бака 1 после окончания работы осуществляется через сливную трубу при открытом вентиле 6.

В рабочую ёмкость 7 вода из бака 1 поступает по трубе 8 с вентилем 9. Сливная труба с вентилем 10 служит для опорожнения рабочей ёмкости 7. Постоянный уровень воды в рабочей ёмкости 7 обеспечивается переливной трубой 11. Рабочая ёмкость имеет смотровое окно. Внутри её установлена перегородка из металлической сетки, назначение которой – погасить возмущения на входе в стеклянную трубу 12, обусловленные потоком воды, поступающей из бака 1 в рабочую ёмкость 7. Температура воды в ёмкости 7 измеряется термометром 22.

Стеклянная труба 12 внутренним диаметром 27 мм с двумя пъезометрами 13 и 14 одним концом заделана в сетчатую перегородку рабочей ёмкости 7.

Для измерения воды служит ротаметр 15 (РС-04Ж). Расход регулируется с помощью вентиля 16.

Индикатор режима движения потока в трубе – подкрашенная марганцовкой струйка воды подаётся из специального бачка 19 через регулирующий вентиль 20 по трубке 21 на вход в стеклянную трубу 12 (по оси).

 

ПОРЯДОК РАБОТЫ

 

После изучения руководства и ознакомления с установкой приступить (с разрешения преподавателя) к работе.

Открыв вентили 2 и 3 (при закрытых вентилях 6 и 9), наполнить бак 1 (контроль за выполнением – по водомерному стеклу). Приготовить и залить в бачок 19 индикаторную жидкость (производится лаборантом). После заполнения водой бака 1 открыть вентиль 9, подав тем самым воду в рабочую ёмкость 7 (при закрытых вентилях 10, 16). Вентиль 3 прикрыть таким образом, чтобы во время эксперимента уровень воды в баке 1 оставался практически постоянным (следить и регулировать вентилем 3 во время работы). После заполнения ёмкости 7, о чём свидетельствует перелив лишней воды из неё по трубе 11 (устанавливается визуально и по характерному звуку сливающейся воды), можно начинать эксперимент.

Осторожно открыв вентиль 16, по ротаметру установить небольшой расход воды (5-10 делений) и подать индикаторную жидкость в трубу, открывая кран 20 таким образом, чтобы струйка индикаторной жидкости не размывалась в потоке. Следует иметь в виду, что любое изменение расхода воды или индикаторной жидкости возмущает поток и тем самым сказывается на поведении подкрашенной струйки. Поэтому, установив определенный расход, нужно выждать некоторое время (3-5 мин). Термометром 22 замерить температуру воды в ёмкости 7 (t, 0C).

Результаты наблюдения за поведением струйки подкрашенной жидкости в потоке записать, сделав небольшой схематический рисунок наблюдаемой картины. Охарактеризовать поток: ламинарный, переходный, турбулентный.

После этого, больше открывая вентиль 16, увеличить расход воды (на 5-10 делений по ротаметру, согласовав предварительно с преподавателем), записать показания ротаметра и результаты наблюдения за поведением индикаторной струйки жидкости.

Таким путём постепенно довести расход воды до максимально возможного в условиях данной установки (при полном открытии вентиля 16), каждый раз фиксируя показания ротаметра, характер движения потока и температуру воды.

По окончании работы закрыть вентили 3 и 20, открыть вентили 6 и 10 до полного слива воды из системы, после чего закрыть вентили 6, 10 и 16. Установку сдать учебному мастеру (лаборанту).

 

ОБРАБОТКА ОПЫТНЫХ ДАННЫХ

 

1. По тарировочному графику для ротаметра (помещён непосредственно на установке) определить расход воды V, м3/с.

2. По уравнению расхода определить среднюю скорость движения воды в трубе:

W = V / πd2/4, м/с.

3. По справочной литературе определить плотность (ρ, кг/м3) и вязкость (μ, н.с/м2) воды при фиксированных в эксперименте температурах.

4. Определить значения чисел Рейнольдса для каждой скорости потока:

Re = W d ρ / μ.

5. Установить значение критического числа Рейнольдса по результатам эксперимента – Reкр.оп.

6. Сравнить полученное значение Reкр.оп. с известным по литературе Reкр = 2300.

7. Результаты представить в виде таблицы:

 

№ опыта Расход воды n,V, дел. м3/с ротаметра W, м/с t, 0C μ, н.с/м2 Re, расчетное значение (опытное) Характер потока схеламатимичес на- кий
             

 

СОСТАВЛЕНИЕ ОТЧЕТА

 

Отчет по лабораторной работе оформляется на листах формата А4 (297х210). Титульный лист должен соответствовать титульному листу методических указаний к работам с указанием кафедры, названия работы, её номера, фамилии, и.о. студента, группы, специальности и фамилии, и.о. преподавателя, принявшего работу.

В отчёте должны быть представлены:

- описание цели работы,

- схема лабораторной установки,

- описание работы установки,

- методика проведения работы,

- полученные экспериментальные данные,

- результаты обработки опытных данных,

- выводы.

 

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

 

1. До начала работы:

- проверить наличие (отсутствие) воды в баке 1;

- убедиться в наличии индикаторной жидкости в бачке 19.

2. Во время работы:

- строго руководствоваться данными указаниями;

- следить за уровнем воды в баке 1;

- не оставлять работающую установку без наблюдения.

3. По окончании работы:

- закрыть вентиль 3 на линии подачи воды в бак 1;

- закрыть вентиль 20 подачи индикаторной жидкости;

- открыть вентили 6 и 10 на линиях слива воды из бака 1 и рабочей ёмкости 7 до полного опорожнения последних;

- сдать установку дежурному рабочему мастеру (лаборанту).

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ ДОПУСКА К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

 

1. Какова цель предстоящей лабораторной работы?

2. Из каких элементов состоит лабораторная установка и каково назначение каждого из них?

3. Каков порядок выполнения лабораторной работы?

4. Какие экспериментальные данные фиксируются при выполнении данной работы?

 

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ НА ЗАЩИТЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

 

1. От чего и как зависят вязкости жидкостей и газов?

2. В чём различие между динамической и кинематической вязкостями? Какова размерность динамической вязкости в системе СИ и как перевести вязкость в сантипаузах в единицы системы СИ?

3. Кем и когда (хотя бы примерно) было проведено впервые систематическое изучение гидродинамических режимов движения жидкостей?

4. Какие гидродинамические режимы движения жидкостей внутри каналов принято различать? Каковы их качественные характеристики?

5. Каким критерием принято характеризовать гидродинамический режим движения жидкости и каков его физический смысл?

6. Каковы величины критических значений Re для потока жидкости в прямых гладких трубах?

7. Как изменяются значения критических чисел для потока жидкости в изогнутых каналах (змеевика)?

8. Как влияет гидродинамический режим течения жидкости (газа) на характер распределения локальных скоростей в поперечном сечении потока?

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 

1. Дытнерский <







ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...





Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2024 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.