1. Rodzaje przepływów:
Przepływ ustalony – prędkość jest funkcją miejsca, a nie czasu.
Przepływ nieustalony – prędkość jest funkcją miejsca oraz czasu
Przepływ Laminarny (warstwowy) – przy małych prędkościach elementy cieczy:
Poruszają się po torach prostych, równoległych do osi rurociągu
Nie zmieniają prędkości ani kierunku przepływu
Nie zmieniają swojego położenia w przekroju poprzecznym
Profil prędkości jest paraboliczny
(największą prędkość ma struga w osi rurociągu, najmniejszą-płynąca w pierścieniu przy
ściankach rurociągu)
Przepływ Turbulentny (burzliwy) – elementy cieczy:
Zmieniają prędkość i kierunek
Zmieniają swoje położenie w przekroju poprzecznym
Ciecz idealna, lepkość=0 , płynęłaby równolegle (brak siły tarcia)
O rodzaju przepływu decyduje liczba Reynoldsa (Re)
Re<2100 przepływ laminarny
2100<Re<10 000 przepływ nieokreślony
10 000
Re przepływ zdecydowanie turbulentny
2. Liczna Reynoldsa, definicja, znaczenie w zagadnieniach inżynierii chemicznej:
d
w
d
w
d
w
d
w
m
Re
- lepkość
-lepkość kinematyczna
w -prędkość
w
w
m
-prędkość masowa
Liczba Re jest MODUŁEM PODOBIEŃSTWA HYDRODYNAMICZNEGO – dwa
przepływy dla różnych układów są hydrodynamicznie podobne, gdy ich liczby Re są
podobne. Mają podobny obraz przepływu.
Reynolds ustalił, że zależy od średnicy rury wewnętrznej (d), średniej prędkości przepływu (
w ) i lepkości kinematycznej (
)
Granicą jest
2300
Re
kr
, ale zmiana charakteru przepływu nie zawsze występuje wyraźnie,
Re<2100
przepływ laminarny
2100<Re<10 000
przepływ nieokreślony
10 000
Re
przepływ turbulentny
Znając
kr
Re można obliczyć krytyczną wartość prędkości płynu
d
w
kr
kr
Re
Liczba Re przedstawia ponadto stosunek sił bezwładności do sił lepkości przepłuwającego
przez rurę płynu:
wd
F
F
b
Re
3. Prawo ciągłości strugi:
W stanie ustalonym strumień masy dopływającej jest równy strumieniowi masy
wypływającej.
2
1
m
m
2
2
2
1
1
1
w
A
w
A
jeśli ciecz jest nieściśliwa to:
2
1
więc:
2
2
1
1
w
A
w
A
5
4
3
2
1
m
m
m
m
m
5
5
5
4
4
4
3
3
3
2
2
2
1
1
1
w
A
w
A
w
A
w
A
w
A
4. Rodzaje ciśnień, prawo Bernoulliego:
Prawo Bernoulliego:
const
w
p
gh
st
g
2
2
g
h - wysokość geodezyjna położenia
wszystko w tym równaniu ma wymiar pracy właściwej
(odniesionej do jednostki masy)
Dla cieczy idealnej: (powyższe równanie /g)
const
g
w
g
p
h
st
g
2
2
const
h
h
h
dyn
st
g
- drugi zapis prawa Bernoulliego.
1
1
w
A
2
2
w
A
3
3
w
A
5
5
w
A
5
5
w
A
g
h
wysokość
geodezyjna
położenia
st
h
wysokość
ciśnienia
statycznego
dyn
h
wysokość
(dynamiczna)
Prawo Bernoulliego – dla płynów idealnych – suma 3 ciśnień jest stała.
const
w
p
gh
st
g
2
2
/
const
w
p
h
g
st
g
2
2
- trzeci zapis tego prawa.
Rodzaje ciśnień
5. Rola ciśnienia dynamicznego przy rozpatrywaniu przepływów.
W trakcie przepływu cieczy występują nieodwracalne zmiany energetyczne. Energia
zamieniana jest na skutek tarcia (tarcie międzycząsteczkowe oraz tarcie na granicy ciecz-
ściana przewodu) na ciepło.
Dlatego należy zmodyfikować równanie Bernouliego, które wyraża zależność dla cieczy
idealnej (pozbawionej tarcia) o tą właśnie stratę energii.
)
2
1
(
2
2
2
2
1
1
2
2
21
2
1
1
r
st
g
st
g
e
w
p
gh
w
p
gh
)
2
1
(
2
2
2
1
1
1
r
dyn
st
dyn
st
h
h
h
hg
h
h
hg
r
dyn
st
g
dyn
st
g
p
p
p
p
p
p
p
2
2
2
1
1
1
Doświadczalnie wykazano, że spadek ciśnienia
r
p
zależy od ciśnienia dynamicznego cieczy
oraz współczynnika oporu
2
2
w
p
r
równanie to może być stosowane dla płynów ściśliwych
tylko gdy
kPa
p
r
10
Doświadczalnie zbadano także, że dla prostych odcinków rur:
d
l
- współczynnik dla rur prostych, zależy od
burzliwości przepływu.
Spadek ciśnienia na odcinkach prostych rur można przedstawić równaniem Darcy’ego-
Weisbacha:
2
2
w
d
l
p
r
Współczynnik oporu
jest funkcją liczby Re
Dla przepływu laminarnego:
g
p
ciśnienie
hydrostatyczne
(geometryczne)
związane z
wysokością
st
p
ciśnienie
statyczne
zawsze
występuje
dyn
p
ciśnienie
dynamiczne
związane z
przepływem,
ruchem
Re
a
a - stała zależna id kształtu przekroju rury, dla koła a =64 zatem
Re
64
6. Opory przepływów, równania:
Opory przepływu = straty ciśnienia.(
r
p
)
Dla rur prostych
2
2
w
d
l
p
r
Opory miejscowe (dla nie-prostych rur)
Opory lokalne:
Zagięcia w rurociągach
Zmiany średnicy w rurociągach
Zwinięcia rury
Zwężki, zawory
Każde zaburzenie strugi powoduje opór miejscowy
m
p
2
2
w
p
m
gdzie:
- odczytuje się z tablic.
1 – Laminarny (prosta)
2 – Burzliwy
Re
1
w
2
w
Łagodna zmiana przekroju
)
(
2
2
2
2
1
w
w
p
r
1
w
2
w
2
A
1
A
Skokowa zmiana przekroju
2
1
2
2
1
2
)
1
(
w
A
A
p
r
1
w
1
A
2
w
2
A
e
A
Najmniejszy
przekrój
przepływu
Skokowa zmiana przekroju
2
2
2
2
2
)
1
(
w
A
A
p
e
r
7. Budowa i działanie zaworów:
Zawory:
Grzybkowy (normalny)
Specjalny
o
Odcinający(zaporowy) – jak we wkraplaczu – leci albo nie.
o
Regulujący
o
Skośny
o
Zwrotny (gwarantuje że się nie cofnie)
Zaznaczanie zaworów na schematach:
Zawór zwrotny:
Zawór grzybkowy:
Grzybek z uszczelką
sprężynka