РЕЖИМ ТЕЧЕНИЯ ЖИДКОСТИ
Методические указания
По выполнению практической работы по дисциплине
“Технологические процессы в сервисе” для студентов,
обучающихся по специальности 100101 «Сервис»,
специализации 100101(13) «Сервис на предприятиях
нефтегазового комплекса» (все формы обучения)
Волгоград 2008
Задание: В соответствии с заданным вариантом (табл. 1) определить режим течения жидкости в трубопроводе.
Таблица 1 - Исходные данные (номер варианта по списку группы)
| Номер варианта | Наружный диаметр, D, мм | Толщина стенки, мм | Расход жидкости, Q, м3/с |
| 2,0 | 1,0∙10-3 | ||
| 2,0 | 1,2∙10-3 | ||
| 2,0 | 1,4∙10-3 | ||
| 2,0 | 1,6∙10-3 | ||
| 2,0 | 1,8∙10-3 | ||
| 2,0 | 2,0∙10-3 | ||
| 2,5 | 2,2∙10-3 | ||
| 2,5 | 2,4∙10-3 | ||
| 2,5 | 2,6∙10-3 | ||
| 2,5 | 2,8∙10-3 | ||
| 2,5 | 3,0∙10-3 | ||
| 3,0 | 3,2∙10-3 | ||
| 3,0 | 3,4∙10-3 | ||
| 3,0 | 3,6∙10-3 | ||
| 3,0 | 3,8∙10-3 | ||
| 3,0 | 4,0∙10-3 | ||
| 3,5 | 4,2∙10-3 | ||
| 3,5 | 4,4∙10-3 | ||
| 3,5 | 4,6∙10-3 | ||
| 3,5 | 4,8∙10-3 | ||
| 3,5 | 5,0∙10-3 | ||
| 4,0 | 5,2∙10-3 | ||
| 4,0 | 5,4∙10-3 | ||
| 4,0 | 5,6∙10-3 | ||
| 4,0 | 5,8∙10-3 | ||
| 4,0 | 6,0 ∙10-3 | ||
| 4,5 | 6,2∙10-3 | ||
| 4,5 | 6,4∙10-3 | ||
| 4,5 | 6,6∙10-3 | ||
| 4,5 | 6,8∙10-3 | ||
| 4,5 | 7,0∙10-3 | ||
| 4,5 | 7,2∙10-3 | ||
| 4,5 | 7,4∙10-3 | ||
| 4,5 | 7,6∙10-3 | ||
| 3,5 | 7,8∙10-3 | ||
| 3,5 | 8,0∙10-3 | ||
| 3,5 | 8,2∙10-3 | ||
| 8,410-3 | |||
| 8,6∙10-3 | |||
| 8,8∙10-3 | |||
| Для всех вариантов: 1) динамический коэффициент вязкости жидкости μ = 1,005×10-3 Па×с; 2) плотность жидкости ρ = 998 кг/м3. |
Движение, при котором все частицы жидкости движутся по параллельным траекториям, называют струйчатым или ламинарным.
Неупорядоченное движение частиц жидкости с интенсивным перемешиванием по сечению потока называют турбулентным.
В турбулентном потоке происходят пульсации скоростей, под действием которых частицы жидкости, движущиеся в главном (осевом) направлении, получают также поперечные перемещения, приводящие к интенсивному перемешиванию потока по сечению и требующие соответственно большей затраты энергии на движение жидкости, чем при ламинарном потоке.
Экспериментально установлено, что переход от ламинарного течения к турбулентному зависит от скорости потока w, физических свойств жидкости (вязкости μ и плотности ρ) и определяющего геометрического размера – диаметра трубы d.
Безразмерный комплекс, в который входят перечисленные величины, позволяет по его значению судить о режиме движения жидкости. Этот комплекс называют числом (критерием) Рейнольдса и обозначают Re.
Критерий Рейнольдса определяется следующим образом [1]:
(1)
где w – скорость течения жидкости, м/с;
d – внутренний диаметр трубопровода, м;
– динамический коэффициент вязкости жидкости, Па×с;
ρ – плотность жидкости, кг/м3.
Критерий Rе является мерой соотношения между силами вязкости и инерции в движущемся потоке.
Значение числа Рейнольдса для условий перехода от ламинарного режима движения жидкости к турбулентному называют к р и т и ч е с к и м. При движении жидкостей по прямым гладким трубам Rекр = 2300. При Rе < 2300 режим движения жидкости будет ламинарным, а при Rе > 2300 – турбулентным. Однако при 2300 < Rе < 10 000 режим движения жидкости неустойчив – движение может быть и ламинарным, и турбулентным. Эту область значений Rе называют переходной. Считают, что устойчивый (развитой) турбулентный режим при движении жидкостей по прямым гладким трубам устанавливается при Rе > 10 000.
В случае, если поток испытывает возмущения (шероховатые стенки трубы, сужение или расширение потока и др.), критическое значение Rекр может существенно снижаться. В этих случаях значения Rекр определяют экспериментально.
Скорость течения жидкости w, м/с, можно определить следующим образом.
Объемный расход жидкости Q, м3/с, равен
Q = w × S, (2)
где S – площадь поперечного сечения трубопровода, м2.
Откуда
, (3)
где d – внутренний диаметр трубопровода, м.
В случае, если жидкость движется по каналу сложной конфигурации, при расчете Rе вместо d используют эквивалентный диаметр dэ, определяемый соотношением:
, (4)
где S – площадь сечения канала, м2;
П – смоченный периметр, м.
Для круглой трубы dэ = d.
Содержание отчета
Отчет по практической работе должен содержать:
1) титульный лист (приложение);
2) задание с исходными данными;
3) расчет;
4) выводы.
Приложение