Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Восточноукраинский национальный университет им. В. Даля

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Методич пособ.doc

Скачиваний:

Добавлен:

01.05.2025

Размер:

7 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 23 / 143 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 > Следующая >>>

Примеры

Пример 1.1.1. Холодильник состоит из n труб внутренним диаметром d. В трубное пространство холодильника поступает жидкость по трубопроводу, внутренний диаметр которого D. Скорость жидкости в трубопроводе W₁. Определить скорость жидкости в трубах холодильника и массовый расход этой жидкости при температуре t.

РЕШЕНИЕ

Воспользуемся уравнением неразрывности (постоянства расхода) для несжимаемой жидкости:

V = W₁ ^. S₁ = W₂ ^. S₂ = W ^. S,

где V – объемный расход жидкости, м³/с;

W – средняя скорость потока, м/с;

S – площадь поперечного сечения потока, м².

Следует обратить внимание, что жидкость из трубопровода заполняет n труб холодильника.

Для трубопровода круглого сечения .

Скорость в трубах холодильника может быть определена:

Массовый расход жидкости или газа G [кг/с]:

G = V ^. ρ = W ^. S ^. ρ,

где ρ – плотность жидкости или газа, кг/м³.

Для данной жидкости плотность может быть определена в зависимости от температуры t (таблица 1).

Пример 1.1.2. В открытом резервуаре находится жидкость с относительной плотностью Δ. Манометр, присоединенный в некоторой точке к стенке резервуара показывает избыточное давление Р_изб. На какой высоте над данной точкой находится уровень жидкости в резервуаре?

РЕШЕНИЕ

Воспользуемся уравнением Паскаля:

Р = Р_о + ρ ^. g ^.h,

где Р – гидростатическое давление на глубине h [м] от поверхности жидкости, Па;

Р_о – давление на поверхности жидкости, Па.

И тогда .

Следует иметь ввиду, что дана относительная плотность Δ:

Δ = ρ / ρ_в,

где ρ – плотность жидкости, кг/м³;

ρ_в – плотность воды, с достаточной для технических расчетов принимаем ρ_в= 1000 кг/м³.

Манометр показывает избыточное давление.

Абсолютное давление Р может быть найдено: Р = Р_изб + Р_атм, (здесь Р_атм – атмосферное давление).

Пример 1.1.3. Определить режим течения жидкости в кольцевом пространстве теплообменника типа "труба в трубе" при температуре t, расход жидкости G. Наружная труба имеет наружный диаметр D_н, внутренний – D_в; внутренняя труба – d_н и d_в.

РЕШЕНИЕ

Для определения режима движения жидкости необходимо рассчитать критерий Рейнольдса Re:

где W – средняя скорость потока, м/с;

d_э – эквивалентный диаметр, м;

ρ – плотность жидкости, кг/м³;

μ – динамический коэффициент вязкости, Па ^. с.

ρ определяется из таблицы 1, μ – из таблицы 2 или рис. 1.

Средняя скорость жидкости: .

Площадь поперечного сечения кольцевого пространства

S = 0,785 ^. (D_в² – d_н²).

Эквивалентный диаметр может быть определен

где S – площадь поперечного сечения потока, м²;

П – смоченный периметр, м.

Эквивалентный диаметр кольцевого сечения по формуле (1.9):

Для потоков, проходящих по прямым трубам, характерны следующие значения критерия Рейнольдса:

Ламинарное течение Re < 2300

Переходная область 2300 < Re < 10000

Турбулентное течение Re > 10000.

Пример 1.1.4. По трубопроводу внутренним диаметром d и длиной l передается газ в количестве G. Среднее давление в сети Р, температура газа t °С. Определить потери давления на трение, приняв шероховатость стенок трубопровода е.

РЕШЕНИЕ

Потери давления на трение в прямых трубах и каналах определяется по формуле:

где λ – коэффициент трения;

d_э – эквивалентный диаметр, м (для трубы круглого сечения d_эравно внутреннему диаметру трубы);

l – длина трубы, м;

W – скорость потока, м/с;

ρ – плотность жидкости или газа, кг/м³.

Для гладких труб (стеклянные, медные) коэффициент λ зависит от режима течения:

для ламинарного – ,

для турбулентного – .

При турбулентном потоке коэффициент трения зависит не только от характера движения жидкости (значения Re), но и от шероховатости стенок труб, т.е. λ = f (Re, ), где е – средняя высота выступов шероховатости на внутренней поверхности труб, м. Зависимость коэффициента сопротивления λ от режима течения (Re) и графически представлена на рис. 3.

Рис. 3. Зависимость коэффициента трения λ (для стальных труб)

от критерия Re и степени шероховатости d_э / е.

По уравнению (1.1) определяется плотность данного газа:

Далее определяем скорость потока, зная массовый расход (уравнение 1.5):

Коэффициент трения λ определяется из графической зависимости на рис. 3, предварительно рассчитывается критерий Re (формула 1.8) и d_э / е.

Таблица 1 – Плотность жидких веществ и водных растворов

Вещество	Плотность, кг / м³
Вещество	при –20 °С	при 0 °С	при 20 °С	при 40 °С	при 60 °С	при 80 °С	при 100 °С	при 120 °С
Азотная кислота
100%-ная	1582	1547	1513	1478	1443	1408	1373	1338
50%-ная	-	1334	1310	1287	1263	1238	1212	1186
Аммиак жидкий	665	639	610	580	545	510	462	390
Аммиачная вода 25%-ная	-	918	907	897	887	876	866	856
Анилин	-	1039	1022	1004	987	969	952	933
Ацетон	835	813	791	768	746	719	693	665
Бензол	-	900	879	858	836	815	793	769
Бутиловый спирт	838	824	810	795	781	766	751	735
Вода	-	1000	998	992	983	972	958	943
Гексан	693	677	660	641	622	602	581	559
Глицерин 50%-ный	-	1136	1126	1116	1106	1006	996	986
Двуокись серы (жидк.)	1484	1434	1383	1327	1264	1193	1111	1010
Дихлорэтан	1310	1282	1254	1224	1194	1163	1133	1102
Изопропиловый спирт	817	801	785	768	752	735	718	700
Кальций хлористый (25%-ный раствор)	1248	1239	1230	1220	1210	1200	1190	1180
Метиловый спирт
100%-ный	828	810	792	774	756	736	714	-
40%-ный	-	946	935	924	913	902	891	880
Муравьиная кислота	-	1244	1220	1195	1171	1147	1121	1096
Натр едкий, растворы
50%-ный	-	1540	1525	1511	1497	1483	1469	1454
40%-ный	-	1443	1430	1416	1403	1389	1375	1360
30%-ный	-	1340	1328	1316	1303	1289	1276	1261
20%-ный	-	1230	1219	1208	1196	1183	1170	1155
10%-ный	-	1117	1109	1100	1089	1077	1064	1049
Натрий хлористый (20%-ный раствор)	-	1157	1148	1139	1130	1120	1110	1100
Нитробензол	-	1223	1203	1183	1163	1143	1123	1103
Октан	734	718	702	686	669	653	635	617
Олеум 20%-ный	-	1922	1896	1870	1844	1818	1792	1766
Серная кислота
98%-ная	-	1857	1837	1817	1798	1779	1761	1742
92%-ная	1866	1845	1824	1803	1783	1765	1744	1723
75%-ная	1709	1689	1669	1650	1 Продолжение табл. 1 632	1614	1597	1580
60%-ная	1532	1515	1498	1482	1466	1450	1434	1418
Сероуглерод	1323	1293	1263	1233	1200	1165	1125	1082
Соляная кислота (30%-ная)	1173	1161	1149	1138	1126	1115	1103	1090
Толуол	902	884	866	847	828	808	788	766
Уксусная кислота
100%-ная	-	1072	1048	1027	1004	981	958	922
50%-ная	-	1074	1058	1042	1026	1010	994	978
Фенол (расплавленный)	-	-	1075	1058	1040	1022	1003	987
Хлорбензол	1150	1128	1107	1085	1065	1041	1021	995
Хлороформ	1563	1526	1489	1450	1411	1380	1326	1280
Четыреххлорис-тый углерод	1670	1633	1594	1556	1517	1471	1434	1390
Этилацетат	947	924	901	876	851	825	797	768
Этиловый спирт
100%-ный	823	806	789	772	754	735	716	693
80%-ный	-	857	843	828	813	797	783	768
60%-ный	-	904	891	878	864	849	835	820
40%-ный	-	947	935	923	910	897	885	872
20%-ный	-	977	969	957	946	934	922	910
Этиловый эфир	758	736	714	689	666	640	611	576

Таблица 2 – Вязкость жидких веществ и водных растворов

Коэффициент пересчета в систему СИ: спз ^. 10^-3 = н ^. с / м²= Па ^. с

Вещество	Вязкость, спз
Вещество	при –20 °С	при –10 °С	при 0 °С	при 10 °С	при 20 °С	при 30 °С	при 40 °С	при 50 °С	при 60 °С	при 80 °С	при 100 °С	при 120 °С
Азотная кислота
100%-ная	1,49	1,24	1,05	0,92	0,8	0,72	0,64	0,57	0,5	0,39	0,35	0,31
50%-ная	-	4	3,05	2,4	1,88	1,55	1,28	1,07	0,9	0,68	0,53	0,44
Аммиак жидкий	0,258	0,251	0,244	0,235	0,226	0,217	0,208	0,199	0,19	-	-	-
Аммиачная вода 25%-ная	-	-	-	1,72	1,3	1,05	0,855	0,71	0,6	0,42	0,32	0,23
Анилин	-	-	10,2	6,5	4,4	3,12	2,3	1,8	1,5	1,1	0,8	0,59
А цетон	0,5	0,442	0,395	0,356	0,322	0,293	0,268	0,246	0,23	0,2	0,17	0,15
Бензол	-	-	0,91	0,76	0,65	0,56	0,492	0,436	0,39	0,316	0,261	0,219
Бутиловый спирт	10,3	7,4	5,19	3,87	2,95	2,28	1,78	1,41	1,14	0,76	0,54	0,38
Вода	-	-	1,79	1,31	1,0	0,801	0,656	0,549	0,469	0,357	0,284	0,232
Гексан	0,479	0,426	0,397	0,355	0,32	0,29	0,264	0,241	0,221	0,19	0,158	0,132
Глицерин 50%-ный	-	-	12	8,5	6,05	4,25	3,5	2,6	2	1,2	0,73	0,45
Двуокись серы (жидк.)	0,455	0,41	0,368	0,334	0,304	0,279	-	-	-	-	-	-
Дихлорэтан	1,54	1,24	1,08	0,95	0,84	0,74	0,65	0,565	0,51	0,42	0,36	0,31
Изопропиловый спирт	10,1	6,8	4,6	3,26	2,39	1,76	1,33	1,03	0,8	0,52	0,38	0,29
Кальций хлористый (25%-ный раствор)	10,6	7	4,47	3,36	2,74	2,25	1,85	1,55	-	-	-	-
Метиловый спирт
100%-ный	1,16	0,97	0,817	0,68	0,584	0,51	0,45	0,396	0,351	0 Продолжение табл. 2 ,29	0,24	0,21
40%-ный	-	-	3,65	2,54	1,84	1,37	-	-	-	-	-	-
Муравьиная кислота	-	-	-	2,25	1,78	1,46	1,22	1,03	0,89	0,68	0,54	0,4
Натр едкий, растворы
50%-ный	-	-	-	-	-	46	25	16	8,03	5,54	3,97	3,42
40%-ный	-	-	-	-	40	23	14	9,2	5,44	3,62	2,72	2,37
30%-ный	-	-	-	-	13	9	6,3	4,6	3,4	2,16	1,82	1,71
20%-ный	-	-	-	-	4,48	3,3	2,48	2	1,63	1,27	1,15	1,08
10%-ный	-	-	-	-	1,86	1,45	1,16	0,98	0,91	0,7	0,65	0,6
Н атрий хлористый (20%-ный раствор)	-	4,08	2,67	1,99	1,56	1,24	1,03	0,87	0,74	0,57	0,46	0,38
Нитробензол	-	-	3,09	2,46	2,01	1,69	1,44	1,24	1,09	0,87	0,7	0,58
Октан	0,968	0,829	0,703	0,61	0,54	0,479	0,428	0,386	0,35	0,291	0,245	0,208
Олеум 20%-ный	-	-	95	60	36,6	28,8	20,8	12,8	9	5,3	-	-
Серная кислота
98%-ная	-	-	55	37	25,8	17,1	12,9	9,46	7,5	4,1	2,7	2
92%-ная	130	90	48	32	23,1	15,6	11,8	8,4	6,7	3,8	2,5	1,95
75%-ная	95	50	30	20	13,9	10,6	8,1	5,9	4,6	2,8	1,9	1,45
60%-ная	20	15	10,5	7,7	5,52	4,08	3,42	2,8	2,4	1,5	1,07	0,9
Сероуглерод	0,556	0,488	0,433	0,396	0,366	0,319	0,29	0,27	0,25	0,21	0,19	0,17
Соляная кислота (30%-ная)	-	-	-	2,1	1,7	1,48	1,3	-	-	-	-	-
Толуол	1,06	0,9	0,768	0,667	0,586	0,522	0,466	0,42	0,381	0,319	0,271	0,231
Уксусная кислота
100%-ная	-	-	-	-	1,22	1,04	0,9	0,79	0,7	0,56	0,46	0,37
50%-ная	-	-	4,35	3,03	2,21	1,7	1,35	1,11	0,92	0 Продолжение табл. 2 ,65	0,5	0,4
Фенол (расплавленный)	-	-	-	-	11,6	7	4,77	3,43	2,56	1,59	1,05	0,78
Хлорбензол	1,48	1,24	1,06	0,91	0,8	0,71	0,64	0,57	0,52	0,435	0,37	0,32
Хлороформ	0,9	0,79	0,7	0,63	0,57	0,51	0,466	0,426	0,39	0,33	0,29	0,26
Четыреххлорис-тый углерод	1,9	1,68	1,35	1,13	0,97	0,84	0,74	0,65	0,59	0,472	0,387	0,323
Этилацетат	0,79	0,67	0,578	0,507	0,449	0,4	0,36	0,326	0,297	0,248	0,21	0,178
Этиловый спирт
100%-ный	2,38	2,23	1,78	1,46	1,19	1,0	0,825	0,701	0,591	0,435	0,326	0,248
80%-ный	-	-	3,69	2,71	2,01	1,53	1,2	0,97	0,79	0,57	0,52	0,43
60%-ный	-	-	5,75	3,77	2,67	1,93	1,45	1,13	0,9	0,6	0,45	0,34
40%-ный	-	-	7,14	4,39	2,91	2,02	1,48	1,13	0,89	0,6	0,44	0,34
20%-ный	-	-	5,32	3,17	2,18	1,55	1,16	0,91	0,74	0,51	0,38	0,3
Этиловый эфир	0,364	0,328	0,296	0,268	0,243	0,22	0,199	0,182	0,166	0,14	0,118	0,1

Пример 1.1.5. Жидкость в количестве G, т/ч при температуре t перекачивается из реактора в напорный бак. В реакторе над жидкостью поддерживается разрежение Р_вак, в напорном баке – атмосферное давление. Трубопровод диаметром d и длиной l. Жидкость перекачивается на высоту h. Сумма коэффициентов местных сопротивлений, имеющихся на трубопроводе Σζ. Коэффициент трения λ. Найти мощность, потребляемую насосом, приняв общий КПД насосной установки η.

РЕШЕНИЕ

Мощность, потребляемая двигателем насоса, может быть рассчитана по формуле:

где N – мощность, кВт;

V – объемный расход, м³/с;

H – напор, создаваемый насосом, м;

ΔP – полное гидравлическое сопротивление сети, Па;

η – КПД насосной установки.

При этом студенту следует знать, что полное гидравлическое сопротивление сети определяется суммой следующих слагаемых

ΔР = ΔР_ск + ΔР_тр + ΔР_м.с + ΔР_под + ΔР_доп,

где – затрата давления на создание скорости потока;

ΔР_тр – потеря давления на трение (см. уравнение 1.10);

– потеря давления на преодоление местных сопротивлений;

ζ – коэффициент местного сопротивления, который может быть найден из таблицы 3 "Коэффициенты местных сопротивлений";

ΔР_под = ρ ^. g ^. h – затрата давления на подъем жидкости;

ΔР_доп = Р₂ – Р₁ – разность давлений в пространстве нагнетания и в пространстве всасывания.

Зная массовый расход G, из уравнения (1.5) определяем скорость потока, потери давления на трение рассчитываем, как показано в примере 1.1.4.

В нашем примере ΔР_доп = Р₂ – Р₁ = Р_атм – (Р_атм – Р_вак) = Р_вак.

Определив полное гидравлическое сопротивление сети по уравнению (1.14), определяем мощность, потребляемую двигателем насоса (уравнение 1.13).

Таблица 3 – Коэффициенты местных сопротивлений

Вид сопротивления	Значение коэффициента местного сопротивления ζ
Вход в трубу	С острыми краями: ζ = 0,5 С закругленными краями: ζ = 0,2
Выход из трубы	ζ = 1
Диафрагма (отверстие) с острыми краями в прямой трубе d_отв – диаметр отверстия, м; δ – толщина диафрагмы, м; w_отв – средняя скорость потока в отверстии, м/сек; w_т – средняя скорость потока в трубе, м/сек; ; D – диаметр трубы, м	Для и потеря напора . Значение ζ определяется по таблице
	m		0,02					0,04								0,06						0,08									0,1					0,12				0,14							0,16						0,18					0,20										0,22
	ζ		7000					1670								730						400									245					165				117							86,0						65,5					51,5										40,0

	m		0,24						0,26							0,28						0,30								0,34						0,4				0,5							0,6						0,7					0,8										0,9
	ζ		32,0						26,8							22,3						18,2								13,1						8,25				4,00							2,00						0,97					0,42										0,13

Колено или отвод круглого (квадратного) сечения плавный D – внутренний диаметр трубопровода, м; R_o – радиус загиба трубы, м	К Продолжение табл. 3 оэффициент сопротивления ζ = + ζ_тр = АВ определяется по таблицам:
	Угол φ, градусы							20										30					45									60						90						110						130							150										180
	А							0,31										0,45					0,6									0,78						1,0						1,13						1,20							1,28										1,40

	R_o / d						1,0									2,0										4,0										6,0									15								30										50
	В						0,21									0,15										0,11										0,09									0,06								0,04										0,03
	ζ_тропределяется так же, как для прямой трубы [см. формулу (1.10)] длиной
Угольник (колено) 90^о стандартный чугунный на резьбе
	Условный проход, мм										12,5																		25												37														50
	ζ										2,2																		2												1,6														1,1

Вентиль нормальный	Значение ζ при полном открытии вентиля определяется по таблице:
	D, мм				13						20									40									80							100					150							200							250											350
	ζ				10,8						8,0									4,9									4,0							4,1					4,4							4,7							5,1											5,5

Вентиль прямоточный	При значение ζ определяется по таблице:
	D, мм					25				38									50									65								76					100								150							200									250
	ζ					1,04				0,85									0,79									0,65								0,60					0,50								0,47							0,36									0,32
	При Re < 3 ^. 10⁵ коэффициент сопротивления ζ = ζ₁ ^.К Значение ζ₁ определяется так же, как и при Re 3 ^. 10⁵, а величина К приведена ниже:
	Re			5000										10000							20000												50000						100000											200000									300000
	К			1,40										1,07							0,94												0,88						0,91											0,93									1
	Продолжение табл. 3
Кран пробочный
	Условный проход, мм																13										19										25									32								38										50 и выше
	ζ																4										2										2									2								2										2

Задвижка
	Условный проход, мм															15-100																				175-200																	300 и выше
	ζ															0,5																				0,25																	0,15

Внезапное расширение F_o – площадь меньшего поперечного сечения, м²; w_o – скорость потока в меньшем поперечном сечении, м/сек; F₁ – площадь большего поперечного сечения, м²; ; .
												F_o / F₁
												0,1												0,2										0,3								0,4									0,5									0,6
	10											3,1												3,1										3,1								3,1									3,1									3,1
	100												1,7											1,4										1,2								1,1									0,9										0,8
	1000												2,0											1,6										1,3								1,05									0,9										0,6
	3000												1,0											0,7										0,6								0,4									0,3										0,2
	3500 и более												0,81											0,64										0,50								0,36									0,25										0,16

Внезапное сужение F_o – площадь меньшего поперечного сечения, м²; w_o – скорость потока в меньшем поперечном сечении, м/сек; F₁ – площадь большего поперечного сечения, м²; ; .		Продолжение табл. 3
															F_o / F₁
															0,1										0,2										0,3								0,4									0,5										0,6
		10													5,0										5,0										5,0								5,0									5,0										5,0
		100													1,3										1,2										1,1								1,0									0,9										0,8
		1000													0,64										0,50										0,44								0,35									0,30										0,24
		10000													0,50										0,40										0,35								0,30									0,25										0,20
		> 10000													0,45										0,40										0,75								0,30									0,25										0,20

Задачи

Манометр на трубопроводе, заполненном жидкостью, показывает давление 0,18 кгс/см². На какую высоту h над точкой присоединения манометра поднимается в открытом пьезометре вода, находящаяся в трубопроводе?
По трубам теплообменника, состоящего из 379 труб диаметром 16х1,5мм, проходит азот в количестве 6000 м³/ч (считая при 0 °С и 760 мм рт.ст.) под давлением Р_изб = 2,5 кгс/см². Азот входит в теплообменник при 110°С, выходит при 25 °С. Определить скорость азота в трубах теплообменника на входе и на выходе.
Определить режим течения этилового спирта в прямой трубе диаметром 40х2,5 мм. Скорость спирта 0,13 м/с, средняя температура 50 °С.
Определить потери давления на трение при протекании воды по латунной трубе диаметром 19х2 мм, длиной 10 м. Скорость воды 2 м/с, температура 55 °С. Принять шероховатость трубы е = 0,005 мм.
По водопроводной трубе проходит 10 м³/ч воды. Сколько воды в 1 ч пропустит труба удвоенного диаметра при той же потери напора на трение? Коэффициент трения считать постоянным.
По стальному трубопроводу внутренним диаметром 75 мм требуется перекачивать 25 м³/ч жидкости плотности 1200 кг/м³, с динамическим коэффициентом вязкости 1,7 мПа ^. с. Конечная точка трубопровода выше начальной на 24 м. Длина трубопровода 112 м, на нем установлены 2 прямоточных вентиля и 5 прямоугольных отводов с радиусом изгиба 300 мм. Трубы имеют незначительную коррозию. Найти потребляемую мощность, если общий КПД насосной установки 0,6.
По прямому воздухопроводу прямоугольного сечения 400х600 мм, сделанному из кровельной стали, надо подавать 14400 кг/ч воздуха при 30 °С и атмосферном давлении. Длина воздухопровода 60 м. Найти требуемую мощность электродвигателя, если его КПД – 0,95, а КПД вентилятора – 0,4.

<<< < Предыдущая 1 23 / 143 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

#
26.03.2015582 Кб25методДЕК11.doc
#
13.11.2019208 Кб2МЕТОДИКА КУРСОВОЇ РОБОТИ ПО ФІНАНСОВОМУ МЕНЕДЖМ...doc
#
05.05.2019210 Кб7методика лекции.doc
#
01.04.2025236 Кб4МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА И ОБРАБОТКА.doc
#
04.11.2018257 Кб8Методика проведення психологічної експертизи1.doc
#
01.05.20257 Мб12Методич пособ.doc
#
17.08.2019177 Кб2Методич.указ.Курс по ГП.doc
#
01.05.2025150 Кб0методические указания по нарядам.doc
#
01.07.202537 Кб0Методические рекоменд ИТ ЭБ.docx
#
25.03.2015618 Кб26Методические рекомендации ГО.doc
#
01.07.202589 Кб1методические рекомендации для самостоятельной работы КСК.docx