Файл: Лабораторная работа 1 Гидродинамические режимы течения жидкости по курсу Процессы и аппараты в химической технологии и биотехнологии.docx

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 29.10.2023

Просмотров: 58

Скачиваний: 5

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Лабораторная работа 1 «Гидродинамические режимы течения жидкости» по курсу «Процессы и аппараты в химической технологии и биотехнологии»


Тема 1.1. Гидравлические процессы

Цели и задачи работы

1. Провести обучающий физический эксперимент изучения режимов течения жидкости.

2. Изучить ламинарный, критический и турбулентный режимы течения жидкости.

3. Сравнить экспериментальные значения числа Рейнольдса и расчетные значения.

1. Порядок запуска виртуальной лабораторной работы (ВЛР)

1. Получите доступ к виртуальному рабочему столу. Инструкция по доступу прилагается к заданию в курсе.

2. Откройте на виртуальном рабочем столе папку «Лабораторные работы», выберите папку «ЕМАКЕТ», в ней запустите двойным щелчком программу eLabsClient.

3. В правой части экрана можете ознакомиться с руководством пользователя по интерфейсу программы.

4. В списке доступных продуктов нажмите на блок «Процессы и аппараты в химической технологии», чтобы развернуть список, и кликните по названию работы «Гидродинамические режимы течения жидкости» для запуска. В появившемся окне нажмите кнопку «Запустить».

5. Подведите курсор к правому верхнему углу экрана – появится пиктограмма листка бумаги – это методическое пособие к лабораторной работе. Щелкните по ней, чтобы развернуть и ознакомиться.



Второй щелчок по этой пиктограмме свернет методическое пособие.
2. Управление ВЛР

В виртуальной лаборатории используются стандартные средства управления
Клавиши клавиатуры

W – перемещение вперед;

S – перемещение назад;

A – перемещение влево;

D – перемещение вправо.



Правая клавиша мыши

Для изменения направления взгляда (поворота головы) используется перемещение манипулятора мыши с нажатой правой клавишей.

Левая клавиша мыши

Для нажатия на объект, его перемещения, поворота и т. д. используется нажатие левой клавиши.

Для перемещения или вращения объекта необходимо выполнить нажатие на объекте левой клавишей и произвести перемещение манипулятора, не отпуская клавишу.

3. Краткая теория

Движение жидкостей и газов может происходить в двух режимах – ламинарном и турбулентном.

Ламинарное течение – течение, при котором жидкость или газ перемещается слоями без перемешивания и пульсаций (то есть без беспорядочных быстрых изменений скорости и давления). Ламинарное течение возможно только до некоторого критического значения числа Рейнольдса, после которого оно переходит в турбулентное. Критическое значение числа Рейнольдса зависит от конкретного вида течения (течение в круглой трубе, обтекание шара и т. п.).

Турбулентное течение – явление, заключающееся в том, что обычно при увеличении скорости течения жидкости или газа в среде самопроизвольно образуются многочисленные нелинейные фрактальные волны и обычные, линейные, различных размеров, без наличия внешних, случайных, возмущающих среду сил и/или при их присутствии. Турбулентное движение сопровождается интенсивным перемешиванием жидкости с пульсациями скорости и давления, наблюдаются поперечные перемещения и вращательные движения отдельных объемов жидкости.

Переход от одного режима к другому происходит через критический режим, где движение жидкости уже не ламинарное, но еще не турбулентное. Для каждого вида течения существует критическое число Рейнольдса, , которое, как принято считать, определяет переход от ламинарного течения к турбулентному.

При течение происходит в ламинарном режиме, при возможно возникновение турбулентности. Критическое значение числа Рейнольдса зависит от конкретного вида течения (например, течение в круглой трубе, обтекание шара и т. п.), различных возмущений потока, таких как изменение направления и модуля вектора скорости потока, шероховатости стенок, близости местных сужений канала и др. Например, для течения (точнее, для стационарного изотермического потока) жидкости в прямой круглой трубе с очень гладкими стенками = 2100...2300. При значениях выше критического и до определённого предела наблюдается переходной (смешанный)
режим течения жидкости, когда турбулентное течение более вероятно, но ламинарное в некоторых конкретных случаях тоже наблюдается – так называемая неустойчивая турбулентность. Числу выше 2300 течения в трубах соответствует переходной интервал 2300–10 000.

Число Рейнольдса как критерий перехода от ламинарного к турбулентному режиму течения и обратно относительно хорошо характеризует напорные потоки (течение жидкости в каналах). Для безнапорных потоков (например, в реках) переходная зона между ламинарным и турбулентным режимами возрастает, и использование числа Рейнольдса как критерия не всегда правомерно. Число Рейнольдса определяется следующими соотношениями:

, (1)

, (2)

, (3)

где – плотность среды [кг/м3]; – характерная скорость [м/с]; - гидравлический диаметр [м]; – динамическая вязкость среды [Па·с или кг/(м·с)]; – кинематическая вязкость среды [м2/с]; – объемный расход потока [м3/с]; – площадь сечения трубы [м2].
В табл. 1 приведены значения кинематической вязкости воды.

Таблица 1

Кинематическая вязкость воды

t, °С
0
20
40
60
80
100

ν·106, м2/с
1,789
1,006
0,659
0,478
0,365
0,295

4. Лабораторное оборудование



Рис. 1. Лабораторное оборудование

  1. Бак с красителем. (Бак полностью заполнен, уровень красителя = const).

  2. Кран подачи красителя.

  3. Бак с водой.

  4. Датчик давления (показ значений давления в [кПа]).

  5. Датчик температуры (показ значений в [градусы Цельсия]).

  6. Расходомер ультразвуковой (не влияет на гидравлическое сопротивление трубопровода, показ значений в [метры кубические в час].

  7. Датчик давления (показ значений давления в [Па]).

  8. Задвижка.

  9. Трубопровод.

  10. Центробежный насос (максимальное давление – 0,1 МПа, максимальная производительность – 3 м3 в час.).

  11. Бак с водой для слива.

  12. Пульт управления центробежным насосом.

  13. Измерительный трубопровод. (Длина измерительного трубопровода составляет 1,5 метра, внутренний диаметр – 50 мм).


5. Порядок выполнения работы

  1. Щелкнуть мышкой на оконные жалюзи, чтобы отрегулировать свет; приблизиться к установке.

  2. Открыть кран подачи воды из бака к насосу;



Рис. 2. Кран подачи воды из бака к насосу

  1. Включить центробежный насос. Для этого переключить в положение Hand или Auto, нажать на кнопку.



Рис. 3. Щит управления центробежным насосом

  1. Открыть задвижку 8 и настроить необходимую подачу воды (контролировать по расходомеру 6).

  2. Открыть кран подачи красителя 2.

  3. Изменяя подачу воды (задвижка 8), наблюдать за характером течения жидкости и его изменениями.

  4. Определить подачи, характерные для ламинарного и турбулентного режимов. Записать результаты в таблицу измерений.

  5. Повторять пункты 6 и 7 для получения необходимого количества данных.

  6. Произвести расчет коэффициентов для ламинарного, турбулентного и переходного режимов, исходя из ранее зафиксированных расходов жидкости, характерных для переходов из одного режима течения в другой.

  7. Оценить степень совпадения расчетных и опытных значений коэффициентов (рассчитать отклонения экспериментальных данных от заданных значений – ламинарный ( < 2300), промежуточный (2300 < < 4000), турбулентный (4000 < ).

  8. Сформулировать выводы о проделанной работе согласно цели и поставленных задачам.

  9. Оформить отчет согласно структуре, приведенной ниже, и прикрепить его в курс для проверки.


6. Структура отчета о проделанной работе

  1. Титульный лист (стандартный, прикреплен в курсе).

  2. Цель и задачи работы (бланк).

  3. Параметры стенда: диаметр трубопровода, температура воды и шероховатость стенок труб (бланк).

  4. Табл. 2 в бланке с экспериментальными и расчетными данными.

  5. Выводы (бланк).

  6. Письменные ответы на контрольные вопросы (табл. 3 в бланке).


7. Контрольные вопросы

1. Что такое число Рейнольдса?

2. Что такое плотность жидкости?

3. Для чего применяется число Рейнольдса?

4. Что такое гидравлический диаметр?

5. Что такое динамическая вязкость среды?

6. Чем отличается ламинарный режим течения жидкости от турбулентного?

7. Что влияет на вязкость воды?

8. Что такое манометр?

9. Что такое расходомер?

10. Что такое центробежный насос?

Смотрите также файлы