7 Контрольні питання

7.1. Мети, переслідувані при процесі обробки матеріалу тиском.

7.2. Що відбувається в процесі віджаття рідини із твердих матеріалів?

7.3. У результаті чого відбувається віджаття рідини із твердого матеріалу в шнековому пресі?

7.4. Чим характеризується ступінь стиску?

7.5. Для чого роблять формування пластичних матеріалів, і якими пресами реалізують цей процес?

7.6. Що це за процес брикетування і як визначається коефіцієнт пресування?

7.7. Регульовані параметри процесу віджаття рідини в пресах.

Практичне заняття № 4

Визначення гідростатичного тиску на дно і стінки апарату

1 Мета роботи

1.1. Вивчити основні закони гідростатики.

1.2. Вивчити прилади для виміру тиску.

1.3. Навчитися робити розрахунки сили тиску на стінку і дно апарату.

2 Перелік використовуваного устаткування

2.1. Рідинний манометр - п'єзометр.

2.2. Рідинний манометр - U- образна трубка.

2.3. Манометри: мембранний і пружинний.

3 Перелік довідкової літератури

3.1. Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии.– М.: Химия, 1973.–752с. с.31…36.

3.2. Липатов М.Н. Процессы и аппараты пищевых производств: Учеб. для студ. вузов, обуч. по спец. 1011 “Технология и организация обществ. питания”.– М.: Экономика, 1987.–272с. с. 31…32.

3.3. Процессы и аппараты химической промышленности: Учебник для техникумов П.Г. Романков, М.И. Курочкина, Ю.Я. Мозжерин и др.– Л.: Химия, 1989.–560с. с. 20…21.

3.4. Чернов. А.В., Бессребренников Н.К., Силецкий В.С. Основы гидравлики и теплотехники.– М: Энергия, 1975.–416с. с. 25…41.

3.5. Баранцев В.Н. Сборник задач по процессам и аппаратам пищевых производств.– М.: Агропромиздат, 1985.–136с. с. 126.

4 Стислі теоретичні відомості

Барометричний (атмосферний) тиск вимірюють барометрами різних конструкцій:

• - рідинні (ртутні) см рис.4.1;

• - металеві з гофрованою металевою коробкою (мембраною), з якої викачано повітря.

Надмірний тиск (манометричний) вимірюють манометрами, які бувають:

• - рідинні см рис.4.2;

• - пружинні (мембранні і трубчасті).

Тиск вакуумметра вимірюють пружинними вакуумметрами.

Манометричний і вакуумметрическое тиск вимірюють мановакуумметрами.

Перепад (різниця) тисків вимірюють диференціальні манометри (дифмано-метри) см мал. 4.3.

Основне рівняння гідростатики має вигляд:

p = p₀+ρgh, (4.1)

де р – шуканий гідростатичний тиск усередині рідини, Па;

р₀ – тиск на вільній поверхні рідини, Па;

ρ – густина рідини, кг/м³;

g – прискорення вільного падіння, м/с²;

h – висота стовпа рідини, м.

Закон Паскалю, згідно з яким, зовнішній тиск p₀, прикладене до вільної поверхні рідини в замкненій посудині, передається в будь-яку крапку рідини без зміни.

4 .1. Тиск рідини на плоску стінку

Повна сила надмірного тиску рідини Р на плоску стінку см мал. 4.4 дорівнює силі тяжіння стовпа рідини, підставою якого служить ця стінка F, а заввишки – відстань від центру тяжіння цієї стінки до вільної поверхні рідини h_с.

Інакше кажучи, рівнодіюча сила Р, викликана тиском рідини, дорівнює добутку площі стінки F на величину надлишкового гідростатичного тиску p_c у центрі ваги стінки.

Р = ρgh_сF = p_cF, (4.2)

де Р – повна сила надлишкового тиску рідини на плоску стінку, Н;

ρ – густина рідини, кг/м³;

h_с – відстань від центру ваги стінки до вільної поверхні рідини, м;

F – площа стінки, м²;

p_c – надлишковий гідростатичний тиск у центрі ваги стінки, Па.

Напрямок повної сили тиску нормально до площини стінки. Крапка додатка повної сили тиску рідини на стінку називається центром тиску. Ордината центру тиску визначається рівнянням:

у_d = у_c+I_c/(F·у_c), (4.3)

де у_d – ордината центру тиску стінки, см;

I_c – момент інерції, змоченої площі щодо її центру ваги, см⁴;

F – змочена площа стінки, см²;

у_c – відстань від центру ваги до лінії перетинання вільної поверхні рідини із площиною стінки, см.

Центр тиску внаслідок зростання тиску в міру збільшення глибини завжди лежить нижче центру ваги стінки. Так, наприклад, для прямокутної стінки див. мал. 4.4 центр тиску перебувати на одній третині, а центр ваги – на половині її висоти від нижньої підстави стінки.

Для прямокутного майданчика шириною b, нахиленої під кутом φ до обрію, що й має верхнє ребро на поверхні рідини, а нижнє – на глибині Н, сила тиску рівно:

Р = 0,5ρ·g·H·H/sinφ, або Р = 0,5ρ·g·H²/sinφ, (4.4)

де H – шар рідини, м;

φ – кут нахилу до обрію плоскої стінки, град.

Розглянемо окремі випадки розташування плоскої стінки в просторі:

• при φ = 90°, тобто для вертикальної стінки

Р= 0,5ρ·g·H²·b, (4.5)

• при φ = 0°, тобто для горизонтального дна посудини, коли h_c = H

Р = p_сF = ρ·g·H·F, (4.6)

де Н – висота рівня рідини в посудині, м.

У цьому випадку центр ваги й центр тиску збігаються

h_c = h_d, (4.7)

де h_c – відстань від вільної поверхні рідини до центру ваги, м;

h_d – відстань від вільної поверхні рідини до центру тиску, м.

У випадку якщо на вільну поверхню рідини також діє якийсь тиск р, те сила повного надлишкового тиску на плоску стінку рівна:

Р = (р + ρ·g·h)F, (4.8)

д е р – тиск, що діє на вільну поверхню рідини, Па.

C питанням визначення сили тиску рідини на плоскі стінки доводитися часто зустрічатися при розрахунках на міцність різних резервуарів, труб і інших гідротехнічних споруджень.