Rusijos Federacijos švietimo ir mokslo ministerija

Federalinė švietimo agentūra

Saratovo valstybinis technikos universitetas

nusėdimas

kietosios dalelės

veikiamas gravitacijos

Gairės

kursuose „Maisto gamybos procesai ir aparatai“

ir „Chemijos gamybos procesai ir aparatai“

specialybių studentams

dieninės ir neakivaizdinės mokymo formos

Patvirtinta

redakcinė ir leidybos taryba

Saratovo valstija

technikos universitetas

Saratovas 2006 m

Darbo tikslas: susipažinti su sedimentacijos greičio skaičiavimo metodais veikiant gravitacijai ir eksperimentiškai patikrinti skaičiavimo rezultatus.

PAGRINDINĖS SĄVOKOS

Daugelis cheminių technologijų procesų apima kietųjų dalelių judėjimą lašeliniuose skysčiuose ir dujose. Tokie procesai apima dalelių nusodinimą iš suspensijų ir dulkių, veikiant inercinėms ar išcentrinėms jėgoms, mechaninį maišymą skystose terpėse ir kt. Šių procesų dėsnių tyrimas yra išorinė hidrodinamikos užduotis.

Kietąją dalelę, nusėdančią gravitacijos įtakoje, veikia šios jėgos: gravitacija, plūduriuojanti Archimedo jėga ir terpės pasipriešinimo jėga. Pagrindinis sunkumas apskaičiuojant nusėdimo greitį yra tas, kad terpės pasipriešinimo jėga priklauso nuo dalelės judėjimo būdo, taigi ir nuo nusėdimo greičio:

čia F yra kūno projekcijos į krypčiai statmeną plokštumą plotas

jo judėjimo niyu, m2;

ρ - terpės tankis, kg/m3;

ω — sedimentacijos greitis, m/s;

φ - terpės pasipriešinimo koeficientas, priklausomai nuo judėjimo būdo,

Laminarinio judėjimo metu, stebimas esant mažam greičiui ir mažo dydžio kūnams arba esant dideliam terpės klampumui, kūną supa ribinis skysčio sluoksnis ir sklandžiai teka aplink jį. Terpės pasipriešinimas tokiomis sąlygomis yra nulemtas tik vidinės trinties jėgų įveikimo ir apibūdinamas Stokso dėsniu:

Vystantis srauto turbulencijai (pavyzdžiui, didėjant kūno greičiui ir jo dydžiui), inercinės jėgos pradeda vaidinti vis svarbesnį vaidmenį. Veikiant šioms jėgoms, ribinis sluoksnis atitrūksta nuo kūno paviršiaus, todėl už judančio kūno susidaro atsitiktinių sūkurių zona ir sumažėja slėgis šioje zonoje. Tokiu atveju slėgio skirtumas supaprastinto kūno priekinėje ir žievinėje dalyse smarkiai padidėja. Esant Re>500, pasipriešinimo vaidmuo tampa vyraujantis, o atsparumą trinčiai galima praktiškai nepaisyti. Nusodinimo režimas tampa panašus į Reinoldso kriterijų, ty terpės varžos koeficientas φ nepriklauso nuo Re kriterijaus. Prie 500< Re < 2·105 сопротивлений среды описывается квадратичным законом сопротивление Ньютона:

φ = 0,44 = pastovus. (3)

Pereinamojo nusodinimo režimo metu, kai 2 ≤ Re ≤ 500, trinties jėgos ir inercijos jėgos yra palyginamos ir nė vienos iš jų negalima nepaisyti. Šioje srityje terpės atsparumas apibūdinamas tarpiniu dėsniu:

Kai kūnas juda skystyje, jo greitis didės tol, kol terpės pasipriešinimo jėga subalansuos kūną, atėmus plūdrumo jėgą. Be to, dalelė juda inercija pastoviu greičiu, kuris vadinamas nusėdimo greičiu.

1 . Iš nusėdusią dalelę veikiančių jėgų pusiausvyros lygties gauname nusėdimo greičio apskaičiavimo išraišką:

, (5)

čia ρh – kietosios dalelės tankis, kg/m3;

g - gravitacijos pagreitis, m/s2.

Išsamiai išstudijuokite (5) lygties išvedimą naudodami.

Skaičiuojant sedimentacijos greitį pagal (5) lygtį, naudojamas nuoseklių aproksimacijų metodas, o skaičiavimai atliekami tokia seka:

1) yra nurodyti savavališka Re kriterijaus reikšme;

2) naudodamiesi viena iš (3)-(4) lygčių, apskaičiuokite koeficientą

atsparumas aplinkai φ;

3) naudojant (5) lygtį, nustatomas nusodinimo greitis;

4) nustatyti Re kriterijaus reikšmę:

;

5) nustatykite klaidą:

Δ = (Reset - Re calc)/ Iš naujo nustatyta;

6) jei Δ > 0,03, tada jie nustatomi su nauja kriterijaus reikšme

Atstatyti = Atstatyti ·(1-Δ) ir visas skaičiavimas kartojamas dar kartą;

7) skaičiavimai atliekami iki Δ ≤ 0,03.

(5) lygtis yra pati tiksliausia, bet nepatogi naudoti praktiškai.

2. Dėl nuoseklių aproksimacijų metodo sudėtingumo, nusėdimo greičiui nustatyti patogiau naudoti siūlomą metodą. Šis metodas pagrįstas (5) lygties transformavimu į kriterijų: Re= f(Ar). Re= f(Ar) formos kriterijų lygčių išvedimą galima išsamiai ištirti naudojant.

Transformavus (5) lygtį, gautos šios apskaičiuotos priklausomybės:

laminarinio nusodinimo režimui, kai Ar ≤ 36:

trumpalaikio nusodinimo režimui esant 36< Ar ≤ 83000:

; (7)

turbulentinis nusodinimas, kai Ar > 83000:

; (8)

kur Ar yra Archimedo kriterijus .

Skaičiavimai atliekami tokia seka:

1) nustatoma Archimedo kriterijaus reikšmė;

2) remiantis rasta Archimedo kriterijaus verte, nustatomas nusodinimo režimas;

3) naudojant vieną iš (6)-(8) lygčių, nustatoma Reinoldso kriterijaus reikšmė;

4) apskaičiuojama nusėdimo norma:

https://pandia.ru/text/79/041/images/image010_11.gif" width="168" height="49">. (9)

4 . Nusodinimo greičiui apskaičiuoti naudojamas apibendrintas grafinis-analitinis metodas, tinkantis bet kokiam nusodinimo režimui. Šiuo atveju naudojama formos priklausomybė nuo kriterijaus: Ly = f(Ar),

kur Ly yra Lyaščenkos kriterijus . (10)

Nusėdimo greitis nustatomas taip:

1) nustatyti Archimedo kriterijų;

2) pagal rastą Ar kriterijaus reikšmę, pagal pav. 1 nustatyti Lу kriterijaus reikšmę;

3) apskaičiuokite nusėdimo greitį:

. (11)

1 pav. Lyaščenkos ir Reinoldso kriterijų priklausomybė nuo Archimedo kriterijaus

vienos dalelės nusodinimui stacionarioje terpėje:

1-sferinės dalelės; 2 apvalios;

3- kampinis; 4-pailgos; 5 plokštelių.

EKSPERIMENTINĖ PROCEDŪRA

Eksperimentinę sistemą sudaro trys vertikalūs cilindrai 1 (2 pav.), kuriuose yra skirtingų fizinių savybių skysčių.

Cilindrai yra pritvirtinti tarp apatinių 9 ir viršutinių 10 pagrindų. Viršutiniame pagrinde yra griovelis, kuriame juda kilnojama plokštė 3. Kilnojamos plokštės viršuje yra uždengta fiksuota plokšte 2. Judanti plokštė atlieka grįžtamąjį judesį, veikiant įtraukiklio relei 4, kuri yra įjungta. kai paspaudžiamas mygtukas 7 ir grįžta į pradinę padėtį, kai jį atleidžiama. Mygtukas 7 tuo pačiu metu valdo ir elektrokondometrą 5. Paspaudus mygtuką įsijungia chronometras, o atleidus – sustoja. Chronometras iš naujo nustatomas naudojant rankenėlę 6.

Bandomoji dalelė 8 dedama į vieną iš stacionarios plokštės 2 angų.

Dalelės nueitas kelias matuojamas liniuote 11 ±0,5 mm tikslumu, nusodinimo laikas matuojamas chronometru 5 s ±0,5 s tikslumu. Nusėdimo greitis apskaičiuojamas pagal formulę:

Norint pašalinti sistemingą matavimo paklaidą matuojant nusistovėjimo laiką, stebėtojo akis turi būti apatinio pagrindo lygyje.

Nustatomas netaisyklingos formos dalelių ekvivalentinis skersmuo

pagal formulę:

kur M yra dalelių masė, kg.

Dalelės masė nustatoma penkis kartus pasveriant

10-20 g ant analitinių svarstyklių.

apoapo

2 pav. Eksperimentinės sąrankos diagrama:

1 – cilindras su skysčiu, 2 – fiksuota plokštė,

3 – kilnojama plokštė, 4 – įtraukiklio relė,

5 – elektrinis chronometras, 6 – atstatymo rankenėlė,

7 – mygtukas, 8 – bandomoji dalelė,

9 – apatinis pagrindas, 10 – viršutinis pagrindas,

11 – liniuotė, 12 – termometras

DARBO ATLIKIMO TVARKA

1. Paruoškite instaliaciją eksperimentui. Jei reikia, į cilindrus įpilkite atitinkamų skysčių, kad jų lygis pasiektų viršutinį pagrindą.

2. Iš mokytojo ar laboranto gaukite tiriamąsias daleles ir nustatykite jų lygiavertį skersmenį.

3. Bandoma dalelė įdedama į vieną iš viršutinės fiksuotos plokštės angų.

4. Paspauskite mygtuką 7 (2 pav.). Tokiu atveju įjungiama pritraukimo relė, judama kilnojama plokštė, fiksuotų ir kilnojamų plokščių ir viršutinio pagrindo skylės sutampa, o bandomoji dalelė su skysčiu patenka į cilindrą ir pradeda nusėsti. Tuo pačiu metu įjungiamas elektrinis chronometras 5.

5. Mygtukas 7 laikomas nuspaustas, kol dalelė pasiekia indo dugną. Kai dalelė paliečia dugną, mygtukas atleidžiamas. Tuo pačiu metu chronometras sustoja.

6. Stebėjimo žurnale įrašomas dalelės nusėdimo laikas ir kelias.

7. Kiekvienas eksperimentas kartojamas 5-6 kartus.

8. Matavimo rezultatai įrašomi į lentelę. 1.

1 lentelė

	Lygiavertis	Tankis	Skysčio tankis	Klampumas skysčių	praėjo pro dalelę	Nusodinimo laikas	Greitis nusėdimas

9. Apskaičiuokite nusėdimo greitį:

a) pagal (5) lygtį;

b) metodu, lygtimis (;

c) pagal interpoliacijos lygtį (9);

d) grafinis-analitinis metodas.

10. Palyginkite skaičiavimo rezultatus su eksperimentiniais duomenimis ir padarykite išvadas apie kiekvieno skaičiavimo metodo tikslumą ir sudėtingumą.

11. Skaičiavimo rezultatai apibendrinti lentelėje. 2.

Vidutinis greitis kritulių ir konfidencialūs	Pagal (5) lygtį	Pagal lygius (6)–8	Pagal (9) lygtį	Pagal (11) lygtį
	nukrypimas		nukrypimas		nukrypimas		nukrypimas

2 lentelė

EKSPERIMENTINIŲ REZULTATŲ APDOROJIMAS

Norint padidinti eksperimentinių duomenų patikimumą ir įvertinti matavimo paklaidą, eksperimentinis nusodinimo greičio nustatymas turi būti kartojamas 5-7 kartus su ta pačia dalele.

Preliminarūs eksperimentai parodė, kad atlikus pakankamai didelį matavimų skaičių, eksperimentinė nusėdimo greičio vertė paklūsta normalaus pasiskirstymo dėsniui. Todėl tikslumą įvertinsime nustatydami normatyvinio skirstinio parametrų įverčius ir pasikliovimo ribas pagal GOST.11.004-94.

Nešališka normaliojo skirstinio bendrojo vidurkio vertė yra imties vidurkis (aritmetinis vidurkis), nustatomas pagal formulę:

https://pandia.ru/text/79/041/images/image018_8.gif" width="100" height="53">, (12)

kur Xi yra atsitiktinio dydžio stebimų verčių rinkinys (kv.

nuosėdų augimas);

n - imties dydis (matavimų skaičius).

Šaknies vidurkio kvadrato matavimo paklaida:

https://pandia.ru/text/79/041/images/image021_7.gif" width="87" height="25">. (14)

Koeficiento Mk reikšmė nustatoma iš lentelės. 3 priklausomai nuo matavimų skaičiaus K=n-1.

3 lentelė

matavimai
Koeficientas

Nešališkas normaliojo skirstinio dispersijos įvertinimas:

Bendrojo vidurkio viršutinė pasikliovimo riba:

kur tγ yra pasikliovimo tikimybės Stjudento skirstinio kvantilis

sti (nustatoma pagal 4 lentelę).

	Koeficientų tγ reikšmė esant pasikliovimo tikimybei γ

Darbo ataskaita surašoma sąsiuvinyje. Jame turėtų būti:

1) laboratorinio darbo pavadinimas;

2) darbo paskirties pareiškimas;

3) pagrindinės sąvokos, apibrėžimai ir skaičiavimo formulės;

4) montavimo schema;

5) stebėjimų rezultatai apibendrinti lentelėje;

6) visi tarpiniai skaičiavimai;

7) nusodinimo greičio skaičiavimo blokinė schema;

8) nusėdimo greičio skaičiavimo spausdinimas kompiuteriu;

9) skaičiuotinių ir eksperimentinių duomenų palyginimo lentelė;

10) gautų rezultatų analizė ir išvados.

Savęs patikrinimo klausimai

1. Koks yra nusėdimo greitis?

2. Pateikite kokybinį ir kiekybinį nusėdimo režimų aprašymą?

3. Kokios jėgos lemia terpės varžą laminarinio nusodinimo metu?

4. Kokios jėgos lemia terpės varžą turbulentinio nusodinimo metu?

5. Apibūdinkite dalelių nusėdimo kinetiką veikiant gravitacijai. Sukurkite pusiausvyros lygtį, veikiant dalelę veikiančioms jėgoms.

Literatūra

1. , Popovas ir maisto gamybos įranga. – M: Agropromizdat, 1985.-503 p.

2. S ir kt. Maisto gamybos procesai ir aparatai:
Vadovėlis universitetams. - M.: Kolos, 1999, 504s

3. , Karalienės ir maisto aparatai
gamyba: Vadovėlis universitetams - M.: Agropromizdat, 1991.-
432 p.

4. „Pagrindiniai chemijos procesai ir aparatai
technologijos“. Red. 6-oji M.: Goskhimizdat, 1975.-756 p.

5. Laboratorinis seminaras kurso „Procesai ir prietaisai
maisto gamyba“/Red. .- 2-as leidimas, pridėti.-
M.: Maistas. pr-t, 1976.-270p.

6. Maisto procesų ir aparatų laboratorinis seminaras
gamyba /Red. CM. Grebenyuk.- M.: Šviesa ir maistas
pramonė, 1981.-152 p.

7. Praktinių pratimų laboratorijoje vadovas
chemijos technologijos procesai ir aparatai./ Pagal

Redakcija, 4-asis leidimas, L.; 1975.-255p.

kietųjų dalelių nusėdimas

veikiamas gravitacijos

Gairės

atlikti laboratorinius darbus

Parengė:

Recenzentas

redaktorius

Licencijos ID Nr. 000, 2001-11-14

Pasirašyta spausdinimui Formatas 60x84 1/16

Bumas. tipo. Sąlyginis orkaitė l. Akademinis leid. l.

Tiražas Užsakyti nemokamai

Saratovo valstybinis technikos universitetas

Saratovas, Politekhnicheskaya g., 77

Išspausdinta RIC SSTU. Saratovas, Politekhnicheskaya g., 77

Esant srauto greičiui, poringumas artėja prie vienybės. Todėl galime apsvarstyti skysčio srauto sąveiką
ir atskira dalelė. Greitis atitinka viršutinę skysčių susidarymo režimo ribą, kai dalelė nejudėdama sklando sraute. Šis greitis vadinamas orbitiniu greičiu. Kilimo atveju dalelės svoris yra visiškai subalansuotas veikiant skysčio srauto jėgai.

Šis jėgos sąveikos atvejis realizuojamas
ir tuo atveju, kai kietoji dalelė krenta pastoviu greičiu, vadinamu nusėdimo greičiu, neribotame stacionarios terpės tūryje. Todėl =.

At laminarinis srautas kūno srauto pasipriešinimas priklauso
daugiausia dėl terpės klampumo; adresu neramus– nuo ​​paviršiaus
kūnas nutraukia sūkurius, kurie už jo sukuria žemo slėgio zoną (3.4 pav.).

A)b)

Ryžiai. 3.4. Srautas aplink sferą:

A– šliaužianti srovė; b– ribinio sluoksnio atskyrimas

Panagrinėkime sferinės dalelės, kurios skersmuo, nusodinimą. Užrašykime jėgų pusiausvyros sąlygą:

(3.21)

kur yra srauto pasipriešinimo jėga, dalelės svoris ir plūduriavimo (Archimedo) jėga. Jėga gali būti išreikšta analogiškai prarastam slėgiui naudojant koeficientą hidraulinis pasipriešinimas x (Darcy Weisbach formulė su vietiniu pasipriešinimu):

(3.22)

Kur S– rutulio skerspjūvio plotas, r – terpės tankis, x – hidraulinio pasipriešinimo koeficientas.

Sferai tai akivaizdu (mg-Fa):

(3.23)

kur yra kietosios dalelės tankis. Tada gauname:

(3.24)

Iš (3.24) randame reikšmę:

(3.25)

Pažvelkime atidžiau į hidraulinio pasipriešinimo koeficientą x. Srauto pasipriešinimo jėga gali būti pavaizduota kaip pasipriešinimo ir trinties jėgų suma:

(3.26)

Tada hidraulinio pasipriešinimo koeficientas x gali būti išreikštas ryšiu:

kur yra pasipriešinimo koeficientas ir yra trinties pasipriešinimo koeficientas.

Laminariniame sraute dalelės sklandžiai teka aplink skysčio srautą (šliaužiantis srautas), o energija tik sunaudojama
trintį įveikti. Didėjant srauto greičiui, priekinis pasipriešinimas vaidina vis svarbesnį vaidmenį, o tam tikru momentu pasipriešinimas trinčiai gali būti nepaisomas. Tada padidėja srautas
nesukels pokyčių, prasideda į save panašus režimas (3.5 pav.).

Ryžiai. 3.5. Hidraulinio pasipriešinimo koeficiento x priklausomybė
nuo srauto aplink sferą

Laminarinio nusodinimo režimo atveju x reikšmę galima gauti teoriškai:

Tada iš (3.35) gauname:

(3.29)

Gauta priklausomybė vadinama Stokso sedimentacijos dėsniu. Šiam regionui galioja Stokso įstatymas . Niutono dėsnio veikimo srityje (kriterijaus panašumo sąlygomis) hidraulinio pasipriešinimo koeficientas Tada iš (3.25) turėsime:

(3.30)

Tarpinėje srityje x siūloma tokia formulė:

Norint nustatyti skysčio tekėjimo aplink dalelę režimą ir todėl pasirinkti greičio skaičiavimo formulę, reikia žinoti , reikšmę ir jame yra norima reikšmė.

Uždavinys gali būti išspręstas nuoseklių aproksimacijų metodu. Tačiau šio daug laiko reikalaujančio proceso galima išvengti. Transformuokime (3.25) lygtį, įvesdami kriterijus ir Ar, ir gaukime:

(3.32)

Iš (3.32) nustatome tarpinės zonos ribas pagal Archimedo kriterijų Ar:

nes gauname Ar = 36;

nes gauname Ar = 8,3 · 10 4.

Kaip žinoma, Archimedo kriterijuje nėra norimo kiekio.

Tada galime pasiūlyti tokią sklandymo (nusėdimo) greičio skaičiavimo procedūrą:

– nustatyti Archimedo kriterijaus Ar reikšmes;

– nustatyti skaičiavimo zoną x ir pasirinkti skaičiavimo formulę;

– tam tikrai zonai greičio reikšmę nustatome pagal atitinkamą formulę.

Nesferinių dalelių nusėdimo greitis yra mažesnis nei sferinių dalelių:

w" os = j f w os.

Čia j f< 1 – коэффициент формы, значение которых определяется опытным путем. Например, для округлых частиц j ф = 0,77, угловатых –
j f = 0,66, pailgos – j f = 0,50 ir sluoksninės – j f = 0,46. Formos veiksnys yra susijęs su formos koeficientu ryšiu j f = f –2.

Sedimentacija naudojama apytiksliai atskirti suspensijas veikiant gravitacijai. Šis procesas atliekamas įrenginiuose, vadinamuose nusodinimo rezervuarais. Norint apskaičiuoti nusodinimo rezervuarus, reikia apskaičiuoti nusėdimo greitį, t.y. kietųjų dalelių judėjimo skystyje greitis.

Norėdami gauti nusėdimo greičio apskaičiavimo formules, apsvarstykite sferinės kietosios dalelės judėjimą nejudančiame skystyje, veikiant gravitacijai. Jei dalelė nusėda veikiama gravitacijos, tada jos judėjimo skystyje greitis pirmiausia padidėja dėl gravitacijos pagreičio. Kartu didėjant dalelės greičiui, padidės ir terpės pasipriešinimas jos judėjimui, todėl dalelės pagreitis sumažės ir po kurio laiko taps lygus nuliui. Šiuo atveju dalelę veikiančios jėgos pasiekia pusiausvyrą ir ji judės tolygiai pastoviu greičiu, kuris yra nusistovėjimo greitis.

Panagrinėkime jėgas, veikiančias nusėdančią skystyje dalelę (4.3 pav.).

Pagal antrąjį Niutono dėsnį

4.3 pav. Jėgos, veikiančios dalelę, kai ji juda klampioje terpėje:

- gravitacija;

– Archimedo jėga (kėlimas);

– terpės pasipriešinimo jėga;

Mes žiūrime į mažas daleles. Jie labai greitai pradeda tolygiai judėti pastoviu greičiu. Todėl galime sutikti su tuo, t.y. dalelių pagreičio beveik nėra arba jis nepaisomas ( )

. (4.4)

, (4.5)

, (4.6)

kur yra dalelės skersmuo; indeksas „ ” – dalelė, „ ” – skystis.

. (4.7)

, (4.8)

čia (zeta) yra pasipriešinimo koeficientas;

– dinaminis slėgis arba kinetinė energija

tūrio vieneto plovimas;

– dalelės projekcija į plokštumą, statmeną jos krypčiai

judesiai. Nes dalelė yra rutulys, tada yra jos skerspjūvio plotas.

Sedimentacijos greičio nustatymas. Pakeiskime išraiškas (4.7) ir (4.8) į (4.4)

. (4.9)

, iš čia (4.10)

. (4.11)

Norint apskaičiuoti sedimentacijos greitį pagal (4.11) formulę, būtina žinoti reikšmę. Vilkimo koeficientas priklauso nuo skysčio srauto aplink dalelę būdo. Logaritminėse koordinatėse priklausomybė nuo turi tokią formą, kaip parodyta 4.4 pav. Greičio apskaičiavimas pagal (4.11) lygtį atliekamas tik nuoseklaus aproksimavimo metodu tokia tvarka:

1. nustatytas nusėdimo režimo;

2. į formulę (4.10) pakeiskite išraišką, atitinkančią modą, o ne ;

3. Nusėdimo greitis apskaičiuojamas pagal gautą lygtį;

4. Reinoldso kriterijaus reikšmę ir nusodinimo režimą lemia greitis;

5. Jei paaiškėja, kad režimas skiriasi, perskaičiuokite greitį.

4.4 pav. Atsparumo koeficiento priklausomybės nuo Reinoldso kriterijaus vaizdas įvairiems dalelių nusodinimo režimams (logaritminėmis koordinatėmis).

Aukščiau aptartas nusodinimo greičio skaičiavimo metodas nėra labai patogus ir daug laiko reikalaujantis. Todėl, kad būtų lengviau naudoti skaičiavimo praktikoje, Lyashchenko pasiūlė kitą metodą. Pagal šį metodą greitis išreiškiamas pagal Reinoldso kriterijų, padalytas kvadratu ir pakeičiamas (4.10) lygtimi ( ).

,

, (4.13)

Paimkime išraišką

, (4.14)

Archimedo kriterijaus fizinė prasmė ta, kad jame atsižvelgiama į gravitacijos, klampos ir Archimedo jėgos santykį.

Gauname kriterinę lygtį, skirtą sedimentacijos greičiui apskaičiuoti:

(4.15)

Kaip apskaičiuoti greitį krituliai naudojant Lyaščenkos metodą.

1. Apskaičiuokite Archimedo kriterijaus reikšmę naudodami (4.14) išraišką.

2. Nustatome nusodinimo režimą ir pasirenkame varžos koeficiento skaičiavimo formulę. Tai įmanoma, nes pagal kriterijų lygtį (4.15) tarp ir yra vienas su vienu atitikimas. Bet Archimedo kriterijus, skirtingai nei , nepriklauso nuo sedimentacijos greičio, o yra nulemtas tik dalelės geometrinių matmenų ir dalelės medžiagos savybių skystoje terpėje.

Laminarinio judėjimo režimas

Laminarinio judėjimo metu, stebint esant mažam greičiui ir mažo dydžio kūnams arba esant dideliam terpės klampumui, kūną supa ribinis skysčio sluoksnis ir sklandžiai teka aplinkui (4.5 pav.). Energijos praradimas tokiomis sąlygomis daugiausia susijęs tik su trinties pasipriešinimo įveikimu. Reinoldso kriterijus.

4.5 pav. – Dalelės judėjimas skystoje terpėje įvairiais režimais: laminariniu (), pereinamuoju () ir turbulentiniu ().

Dėl laminarinis

; ; adresu .

Taigi, jei< 2, то < 36 - ламинарный режим осаждения (обтекания частицы).

Pereinamasis vairavimo režimas

Didėjant kūno judėjimo greičiui, vis svarbesnį vaidmenį pradeda vaidinti inercinės jėgos. Veikiant šioms jėgoms, ribinis sluoksnis yra atitrūkęs nuo kūno paviršiaus, dėl to sumažėja slėgis už judančio kūno, esančio šalia jo, ir tam tikroje erdvėje susidaro atsitiktiniai vietiniai sūkuriai ( 4.5 pav.). Tokiu atveju skysčio slėgio skirtumas priekiniame (priekiniame) kūno paviršiuje, susidūrus su srautu aplink kūną, ir jo galiniame (galiniame) paviršiuje vis labiau viršija slėgio skirtumą, susidarantį laminarinio srauto aplink kūną metu.

Dėl pereinamasis nusodinimo būdas, pakaitalas į išraišką (4.15)

; adresu .

Dalelių nusėdimo procesas vyksta pagal krintančių kūnų dėsnius terpėje, kuri priešinasi jų judėjimui. Sedimentacijos metu dalelės iš pradžių juda pagreitintu greičiu, o vėliau susibalansuoja terpės pasipriešinimo trinčiai jėga ir gravitacijos jėga, dalelės įgauna pastovų greitį ir nusėda tolygiai.

Pastovų nusėdimo greitį galima nustatyti pagal formulę (Stokso dėsnis):

w 0 = (d 2 (γ-γ 1)) / (18 μ), m/s

čia w 0 – pastovus nusėdimo greitis, d – nusėdusios dalelės skersmuo, γ – nusėdusios dalelės tankis, γ 1 – terpės tankis, μ – terpės dinaminis klampumas.

Tačiau Stokso dėsnio naudojimas galimas tik tam tikrose ribose. Viršutinę ribą lemia perėjimo nuo suspensijos prie koloidinių tirpalų momentas, kai dispersinės fazės dalelės yra 0,1-0,5 μ dydžio, taip pat atsižvelgiama į Brauno judėjimo įtaką, kuri netrukdo nusėdimui. dalelių.

Viršutinė Stokso dėsnio naudojimo riba priklauso nuo tokių veiksnių kaip dalelių dydis, jų tankis ir skysčio, kuriame dalelės nusėda, fizinės savybės. Šią ribą apibūdina Reinoldso kriterijaus Re≈2 skaitinis rodiklis. Tuo atveju, kai terpės varža yra proporcinga greičio kvadratui ir Re>2, tada dalelių nusėdimo greičiui apskaičiuoti naudojama formulė:

w 0 =√ ((4 g d (γ-γ 1)) / (3 γ 1 ζ))

Esant 500>Re>2 varžos koeficiento reikšmė yra ξ=18,5/(Re) 0,6, o esant 15000>Re>500 varžos koeficientas yra ζ=0,44.

Beveik visada nusėdimo greitis skystoje terpėje nustatomas pagal Reinoldso kriterijaus skaitinę reikšmę, preliminariai nustačius Archimedo kriterijaus reikšmę. Net grubiose suspensijose, kaip taisyklė, yra pakankamai dalelių, kurioms Re<2. Таким образом, они имеют небольшую скорость осаждения, которую можно определить по закону Стокса.

Dalelių nusėdimo rezultatai, kurie apskaičiuojami naudojant šias formules, yra labai artimi tikriesiems, kai atskiros suspenduotos dalelės nusėda nepriklausomai viena nuo kitos. Tai yra, jų laisvo kritimo atveju, kuris gali atsirasti tik praskiestose suspensijose.

Skysčio skaidrumas vyksta palaipsniui, kai suspensijos, turinčios skirtingą dalelių dydį, nusėda laisvai. Didesnės dalelės pirmiausia nusėda, o mažos dalelės sudaro drumstumą, kuris nusėda daug lėčiau. Jei suspensijos koncentracija yra didelė, atsiranda dalelių paviršiaus sąveikos procesas. Šios dalelės sujungiamos į grupes, o mažąsias daleles išneša didesnės.

Vadinasi, nusodinant koncentruotą suspensiją, procesas vyksta solidariai. Tai reiškia, kad skirtingų dydžių dalelės nusėda kartu.

Nusėdimo proceso metu susidarančios nuosėdos skirstomos į dvi rūšis. Nuosėdose, iš kurių susidaro stambios suspensijos, dugne tankiais sluoksniais yra stambiagrūdžių suspenduotų dalelių. Vadinasi, tarp nuskaidrinto skysčio ir nusistovėjusių nuosėdų yra aiškiai apibrėžta riba.

Plonų suspensijų nuosėdos atrodo kitaip. Suspensijos koncentracija padidėja tik apatinėje nusodinimo aparato dalyje. Tokiu atveju kietos dalelės, esančios sutirštėjusiame ir nusistovėjusiame sluoksnyje, yra atskiriamos viena nuo kitos skysčiu. Jei nėra ypatingo skirtumo tarp nuosėdų ir skaidrinto skysčio, tada įvyksta perėjimas iš koncentruotų sluoksnių į mažiau koncentruotus.

Polidispersinėse suspensijose, susidedančiose iš įvairaus dydžio dalelių, gana dažnai susidaro abiejų tipų nuosėdos. Tai reiškia, kad apačioje atsiranda tankus didelių dalelių sluoksnis, o virš šių nuosėdų – drumstumo sluoksnis.

Jei vyksta laisvas įvairaus suskaidymo dalelių nusėdimas, atsiranda keli sluoksniai. Šiuo atveju dalelių dydis palaipsniui mažėja. Todėl nusausinus viršutinius sluoksnius galima atskirti dideles daleles nuo mažų. Ši polidispersinių sistemų savybė sudaro pagrindą eliutriacijos procesui, kuris naudojamas skirtingo dydžio ir specifinio svorio kietųjų medžiagų mišiniams atskirti. Siekiant padidinti plonų suspensijų stabilumą, naudojami elektrolitai. Šis metodas naudojamas pirito, smėlio, kalkakmenio, žėručio ir lauko špato dalelėms atskirti nuo molio. Kaip priedas naudojama soda arba kaustinė soda.

Susidariusių nuosėdų koncentracija priklauso nuo nuosėdų dalelių dydžio ir struktūros. Tankios kristalinės nuosėdos, nusėdančios ištisiniu sluoksniu nusodinimo rezervuaro apačioje, gali turėti iki 60 % koncentraciją. Tačiau, kaip taisyklė, jų koncentracija neviršija 40%. Drumstose ir plonose suspensijose faktinių nuosėdų nesusidaro. Juose tik sutirštėja suspensija (padidėja koncentracija).

Didžiausia nuosėdų koncentracija yra kietųjų dalelių kiekis, kuriam esant nuosėdos vis dar gali judėti dujotiekiu.

Kartais kietosios fazės nusodinimo metu ji skirstoma į klases ar grupes grūdų, kurių nusėdimo greitis yra toks pat. Šis atskyrimas gali būti atliekamas judančioje vandens srovėje. Todėl šis procesas vadinamas hidrauline klasifikacija.

HIDROMECHANINIAI PROCESAI

ĮVADAS

Pramonėje heterogeninės sistemos, apimančios suspensijas, emulsijas, putas, dulkes, dulkes, dažnai turi būti atskirtos į sudedamąsias dalis.

Atskyrimo būdai parenkami atsižvelgiant į fazių (dujinės, skystos ir kietos) agregacijos būseną, taip pat į terpės fizikines ir chemines savybes (tankį, klampumą, agresyvumą ir kt.). Atsižvelgiama į kapitalo ir veiklos sąnaudas.

Atsižvelgiant į santykinį fazių judėjimą, išskiriami du atskyrimo būdai: nusėdimas Ir filtravimas. Nusodinimo metu dispersinės fazės dalelės juda nepertraukiamos terpės atžvilgiu. Filtruojant viskas yra atvirkščiai.

Nusodinimo procesai vykdomi mechaninių jėgų (gravitacinių ir išcentrinių) ir elektriniame laukuose.

Advokatas yra ypatingas nusodinimo proceso atvejis ir vyksta veikiant gravitacinei jėgai. Nusėdimo proceso varomoji jėga yra skirtumas tarp gravitacijos ir plūduriuojančios jėgos (Archimedo jėgos).

Sedimentacija naudojama grubiam suspensijų, emulsijų ir dulkių atskyrimui. Jai būdingas mažas proceso greitis ir mažas atskyrimo efektas, t. y. nusodinimas visiškai neatskiria nevienalytės sistemos. Tuo pačiu metu paprastas proceso techninės įrangos dizainas ir mažos energijos sąnaudos lemia platų jo naudojimą įvairiose pramonės šakose.

Nusėdimas atliekamas įrenginiuose, vadinamuose periodinio, pusiau nepertraukiamo ir nuolatinio nusodinimo rezervuarais.

Siekiant pagreitinti suspensijų ir emulsijų atskyrimo procesą, nusėdimo procesas vyksta veikiant išcentrinei jėgai mašinose, vadinamose centrifugos.

Pagal veikimo principą centrifugos skirstomos į filtravimas Ir šlaitas. Pagal atskyrimo proceso pobūdį nusodinimo centrifugos iš esmės yra panašios į nusodinimo cisternas, todėl jos vadinamos čiulpia centrifugos.

Suspensijų atskyrimo nusodinimo centrifugose procesas susideda iš kietųjų dalelių nusėdimo, veikiant išcentrinei jėgai būgno sieneles, ir dalelių sutankinimo etapų.

Atskyrimo procesas centrifugose yra ne tik greitesnis, bet ir kokybiškesnis, kas apibūdina šios įrangos techninio tobulumo laipsnį.

Inžinerinis atskyrimo procesų skaičiavimas yra teisingo įrangos parinkimo ir efektyvaus jos naudojimo pagrindas.

1 pavyzdys

Atlikite nusodinimo rezervuaro medžiagos skaičiavimą, kad atskirtumėte nevienalytę sistemą, naudodami šiuos pradinius duomenis:

Pradinės pakabos svoris, kg

Nusėdimo trukmė, val

Disperguotos terpės medžiagos koncentracija, %

Sistemoje

Skaidriame skystyje

Drėgnose nuosėdose

Disperguotos fazės medžiagos tankis, kg/m 3 ρ 1 =2200

Disperguotos terpės medžiagos tankis, kg/m 3 ρ 2 =1000

1. Skaidrinto skysčio masė:

2. Šlapių nuosėdų masė:

kilogramas

3. Pradinės pakabos tankis:

kg/m3

4. Skaidraus skysčio ir šlapių nuosėdų tankis:

= 1002,19 kg/m 3

= 1261,47 kg/m3.

5. Pradinės suspensijos, nuskaidrinto skysčio ir šlapių nuosėdų tūriai:

m 3

m 3

m 3

6. Skaičiavimo tikrinimas pagal tūrio likutį:

V c = V f + V 0 = 4,963 + 0,417 = 5,38 m 3.

7. Skaidrinto skysčio našumas:

Nusėdimo greitis

Yra keli dalelių nusėdimo greičio skaičiavimo metodai. Paprastai nusėdimo greitis suprantamas kaip dalelės judėjimo greitis terpėje, veikiant gravitacijos ir Archimedo jėgų skirtumui, su sąlyga, kad šis skirtumas yra lygus terpės pasipriešinimo jėgai.

Paprasčiausias greičio skaičiavimo būdas yra Stokso formulė. Atsiskaitymui ši formulė atrodo taip:

Kur d- dalelių dydis (skersmuo), m;

Skysčio klampumas, Pa s.

Šios formulės naudojimo apribojimas yra tas, kad ji leidžia tiksliai apskaičiuoti greitį tik sferinėms dalelėms ir taikoma tais atvejais, kai dalelių judėjimo režimas yra laminarinis (2 pav., a), Reinoldso kriterijus neviršija 2

Ryžiai. 2. Kieto kūno judėjimas skystyje:

a) laminarinis srautas;

b) turbulentinis srautas;

c) judančią dalelę veikiančios jėgos

G – gravitacija

A – Archimedo jėga

R yra terpės pasipriešinimo jėga.

Sukurta daugybė metodų greičiui apskaičiuoti esant dideliam Reinoldso skaičiui ir nesferinėms dalelėms. Vienas iš jų pagrįstas pasipriešinimo koeficiento ζ naudojimu, kuris savo fizine prasme yra Eulerio kriterijaus analogas:

Kur R- tempimo jėga, veikianti judančią dalelę;

F- dalelės projekcijos plotas į plokštumą, statmeną judėjimo krypčiai.

Greitis nustatomas pagal formulę, gautą iš dalelę veikiančių jėgų lygybės sąlygos:

Norint praktiškai naudoti šią formulę, pirmiausia reikia apskaičiuoti pasipriešinimo koeficientą:

- laminariniam režimui, kai Re< 2

- perėjimo režimui (2 pav., b) 2

- turbulentiniam (2 pav., b), savaime panašus režimas, kai Re> 500, pasipriešinimo koeficientas nepriklauso nuo Reinoldso kriterijaus,

Šis metodas leidžia gana paprastai apskaičiuoti dalelių judėjimo greitį esant didelėms Reynoldso kriterijaus reikšmėms. Metodo nepatogumas yra būtinybė iš anksto nurodyti greičio reikšmę, kad būtų galima apskaičiuoti ζ, todėl praktiškai jis naudojamas skaičiuojant judėjimo greitį panašioje srityje, kai Re> 500.

Pereinamuoju režimu patogu apskaičiuoti nusėdimo greitį naudojant Archimedo kriterijų:

.

Priklausomai nuo Archimedo kriterijaus reikšmės, nustatoma, kokiu režimu vyks nusodinimas.

Turint omenyje Ar< 36 bus stebimas laminarinis režimas ir tolesniam skaičiavimui naudojama kriterijų lygtis:

Turint omenyje 36 <Аr< 83000 bus deponavimo režimas pereinamasis:

Re=0,152Ar 0,714.

Jeigu Ar> 83000, tada režimas yra į save panašus turbulentinis:

Norėdami vėliau apskaičiuoti dalelės judėjimo skystyje greitį, turėtumėte naudoti formulę

Kartu su aukščiau aprašytais grynai analitiniais metodais yra skaičiavimo metodai, naudojantys grafines priklausomybes.

Taigi, Reinoldso kriterijų galima nustatyti iš grafiko (3 pav.), priklausomai nuo anksčiau apskaičiuoto Archimedo kriterijaus. Tą patį grafiką galima naudoti norint rasti Lyaščenkos kriterijų, kuris yra išvestas iš Reinoldso, Froude ir tankio simplekso kriterijų:

Nusėdimo greitis šiuo atveju nustatomas pagal šią formulę

Grafike (3 pav.) pateiktos kreivės, leidžiančios apskaičiuoti netaisyklingos formos dalelių nusėdimo greitį. Norint nustatyti jų ekvivalentinį (sąlyginį) dydį, naudojamas ryšys, leidžiantis apskaičiuoti pagal apskaičiuotos vertės dalelės tūrį arba masę. Šiuo atveju įprastas dalelių dydis suprantamas kaip rutulio, kurio tūris yra lygus dalelės tūriui, skersmuo:

Kur V 4- apskaičiuoto dydžio dalelės tūris, m 3 ;

G o- dalelių masė, kg.

Ryžiai. 3. Kriterijų priklausomybė Re Ir Ly nuo kriterijaus Ar

Dalelių greičio skaičiavimai taikant aukščiau nurodytus metodus atitinka kai kurias idealizuotas nusodinimo sąlygas.

Perkeliant daleles sistemose, kuriose yra didelė koncentracija, reikia atsižvelgti į susigrūdimo pataisą:

Kur tūrinė dalelių koncentracija sistemoje.

Tikrasis nusodinimo greitis yra:

Numatomas nusėdusių dalelių dydis, µm d= 25

Disperguotos terpės klampumas, Pa*s 0,8937*10 -3

1. Atsiskaitymų norma pagal Stokso formulę:

2. Reinoldso kriterijus:

Gauta reikšmė yra žemiau kritinės (Re=2), o tai rodo, kad režimas yra laminarinis ir Stokso formulė taikoma pagrįstai.

3. Koregavimas eismo apribojimams.

Preliminariai apskaičiuojame sistemos tūrio koncentraciją:

Pataisa bus tokia:

4. Faktinis nusėdimo greitis:

3 pavyzdys

1. Nusodinimo paviršius:

m 2

2. Bendras geometrinis tūris, kai k 3 = 0,9:

m 3

3. Aparato skersmuo:

m.

4. Skysčio aukštis cilindrinėje dalyje = 45°:

m.

5. Visas cilindrinės dalies aukštis:

m.

6. Nuosėdų sluoksnio aukštis.

Apatinis tūris

mažesnis nuosėdų tūris. Nuosėdos užpildys visą dugną ir šiek tiek tūrio cilindrinėje dalyje. Nuosėdų aukštis kūginiame dugne:

m 3

4 pavyzdys

1. Nusodinimo rezervuaro geometriniai matmenys:

Imame ilgį l = 2 m, plotis bus:

m.

Ilgio ir pločio santykis

2. Judančio skysčio sluoksnio storis:

m.

3. Skysčio buvimo karteryje trukmė:

4. Skysčio judėjimo sluoksnyje greitis:

5. Judančio skysčio sluoksnio tūris bus:

Rotoriaus būgno skersmuo, m D b = 0,8

Sukimosi greitis, aps./min n = 1000

Apkrovos koeficientas K 3 = 0,5

1. Būgno spindulys:

m.

2. Vidutinis projektinis apkrovos spindulys:

3. Atskyrimo koeficientas:

4. Archimedo išcentrinės sedimentacijos kriterijus:

Nusodinimo režimas yra pereinamasis, nes 36 m

5. Reinoldso kriterijus:

6. Vidutinis vienos dalelės judėjimo greitis:

m/s.

7. Vidutinis nusėdimo greitis:

= 0,133*0,8831 = 0,117 m/s.

8. Nusodinimo laikas:

9. Vieno ciklo trukmė.

Pagalbinių operacijų laiką imame 1 minutę.

1,001+60=61,001 s

10. Nuosėdų sluoksnio būgne storis (nuosėdų tūrio ir suspensijos tūrio būgne santykis imamas pagal 1 pavyzdį):

7,828*10 -3 m.

ŠILUMINIAI PROCESAI

ĮVADAS

Mėsos ir pieno pramonės technologiniuose procesuose plačiai naudojamas žaliavų terminis apdorojimas, kuris atliekamas šilumokaičiuose. Šilumokaičiai yra įrenginiai, kuriuose šiluma keičiasi tarp darbo terpių, neatsižvelgiant į jos technologinę paskirtį.

Šilumokaičiai – tai kondensatoriai, šildytuvai, pasterizatoriai ir kiti technologinės ir energetinės paskirties įrenginiai.

Šilumokaičiai gali būti klasifikuojami pagal pagrindinę paskirtį, šilumos perdavimo būdą, šilumos mainų tipą, darbo terpės savybes ir šilumines sąlygas.

Pagal pagrindinę paskirtį išskiriami šilumokaičiai ir reaktoriai. Šilumokaičiuose kaitinimas yra pagrindinis procesas, o reaktoriuose – pagalbinis procesas.

Pagal šilumos perdavimo būdą šilumokaičiai skirstomi į dvi grupes: maišymo įrenginius ir paviršinius įrenginius. Maišymo įrenginiuose šilumos mainų procesas vyksta dėl tiesioginio kontakto ir skystų arba dujinių aušinimo skysčių maišymo. Paviršiniuose įrenginiuose šiluma perduodama iš vienos darbo terpės į kitą per vientisą sienelę, pagamintą iš šilumą laidžios medžiagos.

Paviršiniai šilumokaičiai skirstomi į regeneracinius ir rekuperacinius. Regeneraciniuose įrenginiuose aušinimo skysčiai pakaitomis liečiasi su tuo pačiu kaitinimo paviršiumi, kuris iš pradžių susilietus su „karštu“ aušinimo skysčiu įšyla, o vėliau, susilietus su „šaltu“ aušinimo skysčiu, atiduoda jam savo šilumą. Rekuperaciniuose įrenginiuose šilumos perdavimas tarp terpių vyksta per sieną.

Priklausomai nuo darbo terpės tipo, išskiriami dujiniai šilumokaičiai (šilumos mainai tarp dujų terpių) ir garo-dujų šilumokaičiai.

Plačiausiai naudojami aušinimo skysčiai yra garai, karštas vanduo ir išmetamosios dujos.

Pagal šiluminį režimą išskiriami įrenginiai su pastoviais ir nestacionariais procesais.

Mėsos ir pieno pramonėje plačiausiai naudojami įvairių tipų ir konstrukcijų rekuperaciniai šilumokaičiai ir maišymo įrenginiai.

I. GEOMETRINIS SKAIČIAVIMAS

Atliekant geometrinį vamzdinio šilumokaičio skaičiavimą, apskaičiuojami tie patys geometriniai matmenys, kuriuos galima nustatyti iš pradinių duomenų, taip pat pagal skaičiavimo metu priimtas geometrines vertes. Geometriniai matmenys, kurių apskaičiavimas siejamas su termotechninių dydžių naudojimu, nustatomi šiluminiuose skaičiavimuose.

Pagrindinė skaičiavimo formulė, jungianti nurodytą vamzdžiais tekančio skysčio našumą su priimtais geometriniais matmenimis ir greičiu, yra srauto formulė

kur yra antrasis srautas, m 3 /s;

Vidinis vamzdžio skersmuo, m;

Naudojamų vamzdžių skaičius;

Skysčio judėjimo vamzdžiuose greitis, m/s

Esant tam tikram šildomo skysčio produktyvumui, skaičiavimas atliekamas tokia tvarka.

1.1. Nustatomas antrasis skysčio tūrinis srautas (jei nurodytas valandinis masės srautas)

kur valandinis suvartojimas, kg/val.;

Vandens tankis, kg/m3.

1.2. Nustatomas reikiamas naudojamų vamzdžių skaičius

Laikoma, kad skysčio judėjimo vamzdžiais greitis yra 0,3-1,5 m/s ribose, judant dujotiekiais = 5-10 m/s. Šildymo vamzdžio skersmuo paimamas priklausomai nuo našumo (rekomenduojama (20-30) * 10 -3 m).

1.3. Reikiamas vamzdžių skaičius šilumokaičio pluošte nustatomas atsižvelgiant į smūgių skaičių

Smūgių skaičius (jei nenurodytas projekte) dažniausiai imamas lygus 1,2,4 ir rečiau 6 ir 12. Daugiatakiai šilumokaičiai naudojami skysčiams šildyti esant dideliems temperatūrų skirtumams. Paprastai šildant vandenį pirmam apsisukimui galima sutikti su 10-30 laipsnių temperatūros skirtumu. Kuo daugiau judesių šilumokaityje, tuo jis kompaktiškesnis, lengviau naudojamas ir montuojamas. Jei šilumokaitis suprojektuotas kaip kondensatorius, o ne kaip skysčio šildytuvas, jame numatytas tik pirmasis taktas.

1.4. Tikrasis vamzdžių skaičius šilumokaityje nustatomas atsižvelgiant į racionalų jų išdėstymą. Tam nubraižyta sijos skerspjūvio projektinė schema. Šiuo atveju dažniausiai pasirenkama vamzdžių išdėstymo išilgai įprastų šešiakampių schema (žr. normų lentelę).

1.5. Nustatomas vamzdžių pluošto skersmuo

kur yra vamzdžių skaičius išilgai šešiakampio įstrižainės

t - žingsnis tarp vamzdžių, m; t = .(tvirtinant vamzdžius tinklelyje išplečiant; = 1,3-1,5, suvirinant = 1,25);

Vamzdžio išorinis skersmuo, m; =

m;

t 0 yra tarpas tarp tolimiausio vamzdžio sijos įstrižainėje ir korpuso, struktūriškai taip, kad

t 0 ˃ (t - d adv)

Gautas skersmuo paprastai padidinamas iki artimiausio skaičiaus, kurį rekomenduoja prietaisų korpusų normos. Jei tokiu atveju sklendė pasirodo daug kartų didesnė už dydį t-, patartina skersmenį šiek tiek padidinti arba perskaičiuoti.

1.6. Nustatomas skysčio tiekimo vamzdžio skersmuo

kur yra skysčio greitis vamzdyje, manoma, kad jis yra šiek tiek didesnis nei vamzdžiuose, m (rekomenduojama = 1-2,5 m/s).

1.7. Išaiškintas skysčio judėjimo greitis vamzdžiuose

kur yra tikrasis naudojamų vamzdžių skaičius, atsižvelgiant į racionalų jų išdėstymą.

TERMINIS SKAIČIAVIMAS

Atliekant šiluminį skaičiavimą, nustatomos konstrukcinės proceso charakteristikos, taip pat nuo jų priklausantys aparato matmenys. Pagrindinės čia naudojamos skaičiavimo priklausomybės yra šilumos perdavimo lygtis ir šilumos apkrovos formulės.

2.1. Šilumokaičio šiluminė galia (šiluminė apkrova) šildomam skysčiui (skaičiuojama, jei nurodytas G)

W

čia C – skysčio šiluminė talpa esant vidutinei temperatūrai, J/kg K;

Šildomo skysčio talpa, kg/s:

Skysčio įleidimo ir išleidimo temperatūra, °C kondensuojantiems garams (apskaičiuota, jei nurodyta D)

kur D yra garo išeiga, kg/s;

i - garo entalpija, J/kg;

с к - kondensato šiluminė talpa, J/ (kg*K),

tk – kondensato temperatūra, °C (manoma, keliais laipsniais žemesnė už garų kondensacijos temperatūrą)

2.2 Nustatomas vidutinis temperatūrų skirtumas garų kondensacijos metu kaitinant skystį

čia t n a p – garų kondensacijos temperatūra (sotinimo temperatūra), °C.

Jei skirtumai t poros - t 1 ir t poros -t 2 skiriasi mažiau nei 2 kartus, skaičiavimui galima apskaičiuoti aritmetinį vidurkį skirtumą

2.3. Šilumos perdavimo koeficientas iš garo į sieną apskaičiuojamas:

a) vertikaliam vamzdžiui

W/(m 2 *K)

kur yra fizikinių konstantų koeficientas;

Tankis, kg/m;

Šilumos laidumo koeficientas, W/(m*K);

Dinaminis klampumas, Pa*s;

r – savitoji garų kondensacijos šiluma, J/kg;

Temperatūros skirtumas tarp kondensato ir vamzdžio sienelės, °K;

H - vamzdžio aukštis, m.

b) horizontaliam vamzdžiui

kur yra išorinis vamzdžio skersmuo, m.

Koeficientas A dažniausiai nustatomas pagal kondensato plėvelės temperatūrą t pl = t garo - , imant = 10 + 30 K. Kondensacijos savitoji šiluma imama iš garo temperatūros pagal lentelę.

Pasirinkimas paprastai yra sunkus ir reikalauja pakartotinio perskaičiavimo, todėl patartina iš anksto apskaičiuoti 4-6 k reikšmes 10+30°K ribose naudojant formules.

arba

Šiuo atveju parametras A imamas vidutinei plėvelės temperatūrai, kai plėvelės temperatūra yra 5-15 ° C žemesnė už garų temperatūrą, ir preliminariai apskaičiuojamas skaitiklis. Toliau šiluminė apkrova apskaičiuojama remiantis šilumos perdavimu iš garų į sieną esant tam tikram priimtinam temperatūros skirtumui.

arba

2.4. Apskaičiuojamas judančio skysčio vamzdžio sienelės šilumos perdavimo koeficientas. Norint suintensyvinti procesą šilumokaičiuose – šildytuvuose, skysčio judėjimas atliekamas turbulentiniu režimu (Re > 10 4). Esant šiai sąlygai

Norėdami apskaičiuoti pagal šią formulę, pirmiausia turite nustatyti Reynoldso ir Prandtl kriterijus

kur yra skysčio klampos kinematinis koeficientas, m 2 /s;

w d - tikrasis skysčio judėjimo vamzdžiais greitis, m/s;

Vidinis vamzdžių skersmuo, m;

Skysčio tankis, kg/m3

Dinaminis skysčio klampumas, Pa*s:

čia C – skysčio šiluminė talpa, J/kg*K;

Skysčio šilumos laidumo koeficientas, W/m*K.

Skysčio C parametrai imami iš vidutinės skysčio temperatūros arba. Prandtl kriterijus nepriklauso nuo kinetinių charakteristikų ir jį galima rasti lentelėje. Panašiai randamas ir Prandtl kriterijus skysčio parametrams sienelės temperatūroje. Sienos temperatūra skysčio pusėje imama 10+40 K aukštesnė už vidutinę skysčio temperatūrą.. Reikia atkreipti dėmesį, kad ši temperatūra negali būti aukštesnė už sienelės temperatūrą, paimtą skaičiuojant garų pusėje.

2.5. Šilumos perdavimo koeficientas per sieną nustatomas pagal formulę

W/(m 2 *K)

kur yra sienos medžiagos šilumos laidumo koeficientai ir mastelis, W/(m*K);

Vamzdžio sienelių storis ir mastelis (tarša), m.

Ši formulė buvo gauta šilumos perdavimo per plokščią sieną atvejams, tačiau ji taip pat taikoma cilindrinėms sienoms, kuriose. Šiuo atveju paklaida neviršija kelių procentų.

Atliekant daugiamatį skaičiavimą, sienos šiluminė varža turi būti apskaičiuojama neatsižvelgiant į šilumos perdavimą iš garų, darant prielaidą, kad α 2 yra pastovus

Priimtųjų t st verčių q 1 ir q st skaičiavimų rezultatai įrašomi į suvestinę lentelę

t g
q 1
q st

Remiantis skaičiavimo rezultatais, sudaromas q grafikas, iš kurio randama tikroji t st reikšmė. d) kurioms taikoma lygybė.

Norėdami nustatyti šilumos perdavimo koeficientą, galite naudoti reikšmę q= - paimtą iš lentelės arba grafiko.

Norėdami tiksliai apskaičiuoti šilumos perdavimo koeficientą, pirmiausia turite nustatyti α 1 vertę pagal formulę, pateiktą 2.3 punkte, pakeisdami į ją sienos temperatūros vertę, rastą iš grafiko.

Po to šilumos perdavimo koeficiento vertė apskaičiuojama pagal 2.5 punkte pateiktą formulę.

2.6. Apskaičiuojamas šilumos perdavimo paviršius