Процеси та апарати промислових технологій
Рівняння
нерозривності
Рух рідини є сталим, або стаціонарним, якщо швидкості часток потоку, а також всі інші,
які мають вплив на його рух, фактори (щільність, температура, тиск
та ін.), не змінюються з часом у кожній фіксованій точці простору, через яку проходить рідина. В цих умовах для
кожного перетину потоку витрати рідини постійні у часі.
Нехай по трубі перемінного
перетину рухається сталий потік рідини (рис.
1.5). З'ясуємо, як проходить зміна
швидкості при переході, від перетину 1 - 1 до перетину 2 - 2. Прихід маси в перетин 1-1: M1 = p1ro1S1
Рис. 1.5. До
виведення рівняння сталості витрати
Прихід маси в перетин 2 - 2: M2 = P2W2S2. При сталому режимі накопичення маси у виділеному
об'ємі не відбувається, стіни трубопроводів
без відведень і розгалужень, тобто, M1 = M2;
P1W1S1 = р2®2^2 або pwS = const Якщо
р = const, тоді W1S1 = W2S2, або wS = const = V.
У сталому потоці рідини середні
по перетину швидкості обернемо пропорційні площам цих перетинів: w1/w2 = S2/S1
Відрізняючись від стаціонарного
при несталому, або нестаціонарному, потоці, фактори, які
мають вплив на рух рідини, характерні
для безперервних процесів промислової технології. Несталий рух рідини відбувається, головним чином, у періодичних процесах або виникає тимчасово при пусках зупинках, а також при зміні режиму роботи апаратів неперервного діяння.
Режим руху
рідини
Різні режими течії рідини
можна простежити, якщо ввести в потік підфарбовану цівку рідини
або який-небудь інший індикатор.
Структуру потоку по трубах
вивчало багато дослідників. Але остаточно вдалось з'ясувати причини змін структури потоку в трубах в
1883 р. Рейнольдсу. Він помітив, що при невеликих швидкостях води в трубі підкрашена цівка витягується
у горизонтальну нитку, яка, не розмиваючись, досягає кінця труби. Це свідчить про те, що шляхи часток прямолінійні
і паралельні один одному.
Такий рух, при
якому всі частки рухаються по паралельним траєкторіям, називають
струминним або ламінарним (від латинського lamina — смужка).
Якщо швидкість у трубі збільшується
більше наданої межі, тоді підкрашена цівка спочатку набуває
хвилеподібних рухів, а потім розмиваючись, змішуються
з головною масою води. Це пояснюється
тим, що окремі частки рідини рухаються вже не паралельно одна до одної та осі труби, а рухаються
в поперечному напрямку.
Такий невпорядкований рух, при якому окремі частки рідини рухаються по замкнутих хаотичних
траєкторіях, у той час, як уся маса рідини
в цілому переміщується в одному напрямку, називають турбулентними (від латинського turbulentus — вихровий).
В турбулентному потоці діються
пульсації швидкостей, під дією яких частинки
рідини, які рухаються в головному напрямку, одержують
також поперечні переміщення, які приводять до інтенсивного перемішування потоку по перетину і вимагають відповідно більших витрат енергії на рух рідини, ніж
при ламінарному потоці.
Досвід показує, що перехід від ламінарної течії до турбулентної
відбувається тим легше, чим більша масова швидкість рідини
рю і діаметр труби d і чим менша в'язкість
рідини ц.
Рейнольдс встановив, що вказані величини можна об'єднати в безрозмірний
комплекс, числове значення якого дозволяє судити про режим
руху рідини. Цей комплекс носить назву « критерій
Рейнольдса» (або число Рейнольдса)
(1.26)
Таким чином,
існують два режими руху потоку:
Ламінарний
(Re < 2300) і турбулентний (Re > 2300). Область
руху при значеннях Re = 2300 + 10 000 звичайно називають перехідною. Значення критерію Рейнольдса, що відповідає переходу від ламінарного руху
до турбулентного, називається критичним (Rekp). Турбулентний рух стає стійким тільки при значеннях Re > 10 000.
1 ... 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 ... 157 Повернутися на початок книги
