ПАХТ - ЛАБИ - Стор 2

Мета роботи: 1) візуальне спостереження перебігу рідини у циліндричній трубі круглого перерізу; 2) визначення значення

числа Рейнольдса, відповідного режимам течії. Прилади та обладнання: встановлення для вивчення режиму

руху, секундомір, термометр, рідина, що підфарбовує, мірна скляна склянка.

Установка спостереження режиму руху рідини (рис.1) складається з напірного бака 1 і скляної труби 2 постійного діаметра. У бак 1 вода підводиться через 3 вентиль з водопровідної мережі лабораторії. Усередині бака є зливна лійка, завдяки якій рівень води в напірному баку підтримується незмінним.

З скляної труби вода протікає через патрубок 4 мірний бак 5 або зливний відсік. У скляну трубу з бачка 6 по тонкій трубі може бути підведена рідина, що підфарбовує. Її кількість регулюється краном 7. Об'єм води, що протікає визначається за допомогою мірного бака 5, а при малих витратах - за допомогою скляної склянки.

Мал. 1. Схема установки.

бак, 2 – скляна трубка, 3

патрубок, 5 – мірний бак, 6 –

Порядок проведення дослідів

Відкривається вентиль 3 і бак 1 наповнюється водою. Відкривається кран 8 і у скляній трубі створюється потік води. Відкривається кран 7, потік вводиться струмінь підфарбованої рідини і спостерігається режим течії. Вимірюється об'єм води V за допомогою мірного бака 5 або скляної склянки, а час натікання цього об'єму t секундоміром, температура води в баку 1 термометром. Змінюючи витрату води за допомогою крана 8 проводять кілька дослідів: при ламінарному режимі, при турбулентному режимі і в перехідній області.

Постійність рівня води в напірному баку дозволяє підтримувати течію, що встановилася в трубі.Досліди закінчуються закриттям кранів 7, 8, вентиля 3, зливом води із мірного бака 5.

Обробка результатів дослідів

Обчислюються критерії режиму руху рідини для кожного досвіду, виходячи з виразу

де d - Внутрішній діаметр скляної труби, м.м.

визначається з рівняння витрати:

де V? - Витрата води, м 3 / с; V - обсяг води в баку (склянці), м 3; t – час заповнення цього обсягу, з.

Значення кінематичного коефіцієнта в'язкості води в залежності від температури наведено в додатку.

Результати дослідів та розрахунків зводяться до таблиці.

1. Які існують режими перебігу рідини? Опишіть їх.

2. У чому полягає фізичний зміст критерію Рейнольдса?

3. Як визначається режим течії?

4. Від яких параметрів потоку залежить режим течії?

5. Назвіть критичне значення критерію Re для труби круглого перерізу.

6. Навіщо знати режим течії?

7. Як змінюється режим течії у цій роботі?

8. Як змінюється швидкість потоку?

9. Як підтримується встановлений характер потоку?

ВИВЧЕННЯ СТРУКТУРИ ПОТОКІВ В АПАРАТАХ І ЇЇ ВПЛИВУ НА ПРОЦЕС ТЕПЛОПЕРЕДАЧІ

Проф. О.В. Маминов, доц. Е.М. Закіров, доц. А.І. Разінов

Лабораторна робота розрахована на шість аудиторних та шість годин для СРС. Складається з двох частин: у першій (розд. 2) вивчається структура потоку рідини в трубі та в апараті з мішалкою, а в другій (розд. 3) на основі отриманих даних моделюється на ЕОМ процес теплопередачі в теплообміннику типу «труба в трубі» різних моделей структури потоків.

Дві години відводиться для самостійного знайомства з першими двома розділами методичних вказівок та пошуку відповідей на контрольні питання. Протягомдвох аудиторних годин проводиться зі-

бесіда з викладачем, експериментальне дослідження структури потоків у трубі та апараті з мішалкою. Протягом двох годин самостійно здійснюється первинна обробка експериментальних даних, в ході якої отримують орієнтовні значення параметрів клітинної та дифузійної моделей структури потоків для кожного експерименту. Дві години надаються для самостійного знайомства з другою частиною роботи (розд. 3), розрахунку теплопередачі в теплообміннику типу труба в трубі з використанням найпростіших моделей - ідеального змішування та ідеального витіснення, підготовки вихідних даних для роботи на ЕОМ.

Дві аудиторні години відводяться для роботи на ЕОМ, у ході якої уточнюються значення параметрів, вибирається найкраща модель для кожного випадку, аналізується можливість її використання для опису структури потоків у реальному апараті, проводиться співбесіда з другої частини роботи, моделюється процес теплопередачі в теплообміннику типу «труба у трубі», аналізується вплив структури потоку на профіль температури та середню рушійну силу процесу.

Дві години відводяться на підсумкові співбесіди з викладачем за наслідками обох частин роботи.

1. Структура потоків в апаратах

Під структурою потоків розуміють характер руху елементів потоку апараті. Траєкторії руху елементів потоку можуть бути надзвичайно складними, що призводить до різного часу їхнього перебування в апараті.

Характеристики структури потоків

Охарактеризувати структуру потоків в апараті можна полем швидкості, тобто сукупністю значень вектора швидкості у всіх точках апарату. Проте теоретичне визначення поля швидкості шляхом розв'язання системи диференціальних рівнянь, що становлятьвичерпний опис процесів перенесення, для більшості практично важливих випадків неможливий, а вимір швидкостей у

велику кількість точок апарату представляє значну технічну складність.

Тому як характеристика структури потоку зазвичай використовують час перебування елементів потоку в апараті. По-

Оскільки різні елементи потоку в загальному випадку мають відмінні швидкості і траєкторії руху, то і мають різний час перебування в апараті. У зв'язку зі складним характером руху і великою кількістю аналізованих елементарних обсягів визначення конкретного значення часу перебування окремого елемента не є можливим, і ця величина вважається випадковою. Для опису цих величин використовується така характеристика як функція розподілу.

Величина f(t) називається функцією розподілу часу перебування елементів потоку в апараті. Добуток f(t) dt є ве-

роятность того, що елементарний обсяг матиме час перебування в апараті від t до t+dt або, інакше, це частка елементів потоку, час перебування яких в апараті становить від t до t+dt :

---