Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

otvety_PAHT

.pdf
Скачиваний:
136
Добавлен:
24.03.2015
Размер:
481.49 Кб
Скачать

Ответы на вопросы по курсу ПАХТ.

1.Дать определение единичной массовой силы и перечислить известные Вам единичные массовые силы. (Курс «Гидравлика»).

Ответ: a=P/m – сила, отнесенная к единице массы, называется единичной массовой силой. Массовыми называются силы, действующие на каждую частицу внутри данной массы (объема) рабочего тела. Массовые силы пропорциональны массе рабочего тела, они мошут быть представлены как произведение массы на ускорение.

Центробежные силы

Инерционные силы

Сила тяжести

2.Записать уравнение Бернулли в дифференциальной форме с указанием физического смысла входящих в него величин. В каких случаях необходимо записывать уравнение Бернулли для стационарного движущегося потока в дифференциальной форме?

Ответ: Для газов, т.к. меняется скорость, плотность и давление

dz dp dw2 0 - уравнение Бернулли в дифференциальной

g 2g

форме. Физический смысл величин, входящих в него:

z – нивелирная или геометрическая высота, расстояние центра сечения канала от некоторой произвольно выбранной горизонтальной плоскости отсчёта.

pg - пьезометрическая высота; на такую высоту поднимается жидкость

плотностью ρ под давлением p.

2wg2 - скоростная (кинетическая) высота.

Сумма трёх рассматриваемых слагаемых – полный или динамический напор.

Уравнение в дифференциальной форме записывают в случае ρ≠const, т.е. для сжимаемой жидкости.

1

3. Основные балансовые соотношения(ОБС) для выбранных пространственных контуров и их назначение. Какие из потоков субстанции пересекают границы пространственного контура? Привести пример записи ОБС с расшифровкой входящих в них составляющих.

Ответ: Приходы в химической технологии используются уравнения

баланса.Сущность метода балансов и последовательность составления балансовых соотношений заключается в следующем:

а) определяют, для какой именно субстации необходимо записать баланс; б) выделяют пространственный контур, для которого составляется баланс; в) устанавливают временной интервал, для которого будет составлен баланс.

Затем обозначают и выражают: потоки субстанции, входящие в контур (Приход= Пр) и выходящие из него (Уход= Ух); Источники (Ис) субстанции и ее Стоки (Ст) внутри контура; Накопление (Нак) субстанции (или Результат процесса, сокращенно Рез) в контуре за исследуемый временной интервал. Далее записывают Основное Балансовое Соотношение

(ОБС):

+ Пр — Ух + Ис — Ст = Нак(Рез).

ОБС может быть записано для любой характеристики объекта, относящейся к экстенсивным величинам.

Пространственный контур выделяет из технологической системы один аппарат, несколько аппаратов или часть аппарата (возможно, бесконечно малую его часть). После выделения контура все потоки, пересекающие его границы (жирные линии), трактуются как Приходы субстанции в контур или ее Уходы из него. В результате алгебраического сложения Приходов, Уходов, Источников и Стоков

количество рассматриваемой субстанции в пределах контура может изменяться или не изменяться: происходит или не происходит Накопление субстанции. В стационарном состоянии (непрерывные процессы) таких изменений не наблюдается, так что здесь Накопление субстанции Нак = О. Для нестационарных процессов типично изменение количества балансируемой субстанции внутри контура. При этом Накопление всегда есть разность между конечным и начальным количествами субстанции; эта разность получится положительной, когда количество субстанции нарастает, и отрицательной, когда оно убывает.

2

4.Закономерности турбулентного течения реальной жидкости в трубопроводе. Какие силы являются преобладающими? Объяснить физический смысл критерия Рейнольдса.

Ответ: силы инерции

Критерий Рейнольдса Re=wdρ ⁄ μ это соотношение сил инерции и сил вязкости. Можно утверждать, что увеличение Re означает относительное возрастание сил инерции, уменьшение Re – возрастание сил вязкости (внутреннего трения). Рейнольдс установил, что склонность жидкости к турбулентному течению возрастает при увеличении ее

плотности и понижении вязкости. При увеличении Re в прямых круглых трубах сверх 104 течение становится существенно турбулентным (преобладают силы инерции). Однако вблизи стенок канала (в очень тонком слое), где скорости малы, течение остается близким к ламинарному. В турбулентном ядре перенос импульса осуществляется

преимущественно за счет пульсационного движения так называемых ансамблей. Лишь при очень высоких Re (для круглых труб свыше 2•107 ) пристенный слой оказывается практически сорванным – доминируют силы инерции, а влияние сил вязкости вырождается.

5.Дать определение поверхности уровня в гидравлике. Чем характеризуется поверхность уровня? Привести примеры поверхности уровня.

Ответ: Поверхность уровня - совокупность точек пространства с одинаковым давлением. Вдоль каждой такой поверхности давление не изменяется (p=const), так что dp=0. Уравнение поверхности уровня в

дифференциальной форме имеет вид: pxdx+pydy+pzdz=0

Примером поверхности уровня может служить поверхность жидкости в неподвижном сосуде на постоянной глубине. Вращающийся сосуд

3

6. При выводе уравнения для перепада давления в неподвижном зернистом слое используют понятия «идеальный» и «фиктивный» слой. Равенство какого параметра для этих слоёв необходимо принять для вывода указанного уравнения?

Ответ: одинаковое гидравлическое сопротивление Идеальный слой – слой, составленный из одинаковых

шарообразных зерен. Фиктивный слой – слой, обладающий тем же гидравлическим сопротивлением, что и идеальный, но газ в ФС движется по прямым каналам, а не по искривленным, как в ИС

Кривые псевдоожижения: а-идеальная, б-реальная.

На рис.а-идеальная кривая для аппарата постоянного поперечного сечения f. На участке 0-А, где w<w0, слой еще неподвижен. В точке А воздействие газового потока становится равным весу ТМ в аппарате, и слой переходит в псевдоожиженное состояние. При дальнейшем повышении скорости в аппарате с постоянным сечением перепад давления не будет меняться на всем диапазоне ПОС-состояния. Реальная кривая отличается от идеальной

Наличием пика давления в близи начала ПО. Причина – необходимость преодоления сцепления частиц друг с другом и со стенками аппарата.

Некоторым отклонением ∆рпс от постоянной величины на участке АВ, это связано с ликвидацией застойных зон

Наличием гистерезиса, которое объясняется более плотной упаковкой частиц при прямом ходе и менее плотной при обратном. Меняется порозность, меняется и ∆р

4

7. Записать формулу для определения перепада давления псевдоожиженного слоя, если известны характеристики слоя: плотность твердых частиц (ρт), плотность ожижающего агента (ρ), порозность ( εо) и высота (Hо) неподвижного зернистого слоя. От каких факторов зависит перепад давления псевдоожиженного слоя?

Ответ: плотности твердых частиц

рпс=(ρт-ρ)g(1-ε0)H0

Это выражение справедливо для точки А, когда w=w0. Для этой точки, принадлежащей одновременно к псевдоожиженому и неподвижному слоям, ε= ε0 и

Н= H0.

а б Кривые псевдоожижения: а-идеальная, б-реальная.

На рис.а-идеальная кривая для аппарата постоянного поперечного сечения f. На участке 0-А, где w<w0, слой еще неподвижен. В точке А воздействие газового потока становится равным весу ТМ в аппарате, и слой переходит в псевдоожиженное состояние. Как следует из формулы, перепад давления зависит от плотности, высоты и порозности ПОС

8. Что такое критерий гидродинамического подобия Эйлера Eu? Расшифровать входящие в критерий Эйлера символы и пояснить физический смысл критерия.

Ответ: Гидродинамическое подобие описывает течение 2-х подобных моделей (индексы 1 и 2) и описывается выражением:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m p

m

 

 

m 2

m

v

m

w

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

w

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m m l

m l2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Силы

Массовые

Силы

 

Силы

 

p1

 

 

p2

 

p

давления

силы

 

 

инерции вязкости .

Eu=

 

 

 

idem , где pi – давление i-той системы, w - скорость течения i-

w2

 

w2

 

 

 

w2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

1

1

 

2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

той системы, i - плотность жидкости в i-той системе. Физический смысл критерия

ясен из процедуры сопоставления – сопоставление сил инерции и давления. В технологических процессах чаще используется не конкретное давление p, а перепад давлений p . Тогда выражение для критерия Эйлера принимает следующее

выражение

Eu= wp2 .

5

9. Под действием каких сил одиночная сферическая частица (плотность ρт) находится неподвижно в восходящем потоке (плотность ρ)?

Назовите эти силы и укажите направления их действия относительно выбранной системы координат.

Ответ: Чтобы частица находилась неподвижно в восходящем потоке, необходимо равенство действующих на нее сил: веса частицы Рч, выталкивающей (архимедовой силы) Ра, и воздействия потока среды Рп. При ρт>ρ:

Рч=Ра+Рп

10. Приведите формулу для расчета расхода жидкости при истечении из отверстия в дне сосуда при постоянном уровне (H = const). В чем состоит физический смысл коэффициента Кр? (коэффициент расхода).

Ответ: Рассмотрим истечение жидкости из закрытого сосуда в стационарных условиях – при поддержании постоянным в ходе процесса давлений над свободной поверхностью (р0) и с в среде, куда происходит истечение (р`), z1 а также уровня жидкости в сосуде (h). Вы берем горизонтальную плоскость отсчета 0-0 и запишем уравнение Бернулли для сечений со свободной поверхностью жидкости (на расстоянии z2 от этой плоскости).

 

0

 

2

 

 

 

 

2

 

 

 

 

z1

 

W1

z2

 

W

 

hn , где W1 и W – скорости жидкости

 

 

g

 

 

g

2g

2g

 

 

 

 

в сечениях F и fc, - плотность жидкости, hn - потерянный

напор.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

hn hhm , гдеh- потери

напора

от трения, hm - потери напора от местного

сопротивления (отверстия).

Пренебрежем

 

h

- мала. Тогда hm

W 2

, где -

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2g

коэффициент местного сопротивления при протекании жидкости через отверстие.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

Т.к. W1 F Wfc ,

то

fc

.

 

 

 

 

 

 

 

 

fc

W

 

.

h

 

z1

z2

; p p0 p

W1 W

 

 

h

 

g

 

1

 

F

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

F

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2g

 

Пренебрежем

 

f 2

т.к.

она

мала в

сравнении

с

1

и

 

с

.

h

 

h ,

 

тогда

 

F 2 ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

c

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

h* h p .

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

W

 

 

2g h p

. Введем

приведенную высоту

 

 

 

1

 

 

-

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

g

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

g

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

коэффициент

скорости.

W

2gh* . Расход

жидкости

V Wfc ,

fc f ,

 

где

-

коэффициент

 

сжатия

струи;

fc

.

V Wfc f0W f0

 

2gh* .

 

 

K p -

 

f0

 

 

 

коэффициент расхода.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V K

p

f

0

2 gh *

 

Физический смысл K

– это коэффициент,

который учитывает

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

влияние толщины стенок и состояния кромок отверстия сосуда ( коэффициент сжатия ); форму отверстия и его расположение относительно сосуда (

коэффициент сжатия струи ) на истечение.

6

11. Объяснить принцип действия поршневых насосов. Для чего устанавливают воздушный колпак на всасывающей линии? Объяснить принцип работы воздушного колпака на всасывающей линии насоса.

Ответ: увеличивает предельную геометрическую высоту всасывания Воздушный колпак устанавливают на всасывающей линии для

равномерной подачи жидкости на участке от расходного резервуара до колпака. Поршневой насос в период всасывания забирает из колпака жидкость, и ее уровень в нем понижается до минимального. В период нагнетания жидкость из всасывающего колпака насосом не забирается, а за счет разности давлений поддерживается почти равномерное движение жидкости во всасывающем трубопроводе и пополнение ею колпака до максимального уровня.

12. Укажите способы регулирования производительности поршневого насоса.Напишите формулу для вычисления производительности поршневого насоса.

Ответ: изменение хода поршня Производительность.

- Для насоса простого действия за один поворот кривошипа происходит 1 акт всасывания и 1 акт нагнетания порции жидкости. При этом объём порции жидкости за 1 оборот (или ход) в идеале составляет

Vo=F*S. F=πd^2/4 – площадь поршня

- при частоте вращения кривошипа n идеальная производительность насоса

Vид.= F*S*n -способы регулирования производительности.

В соответствии с формулой Vреал= Vид* ŋv= F*S*n * ŋv производительность поршневого насоса можно регулировать следующими способами:

1)варьирование скорости вращения кривошипа путём установки редуктора с разными передаточными числами.

2)изменение хода поршня путём изменения положения пальца кривошипа, т. е. воздействие на r (т.к. S=2r).

3)переброска части жидкости из нагнет. трубопровода во всасывающий по обратной линии 2 с помощью задвижки 3. Но этот способ не выгоден в энергетическом плане: происходят безвозвратные потери на повышение давления той части жидкости , кот возвращается по обратной линии во всас трубопровод . Способ применяется лишь при малом изменении производительности. 1-насос, 2-обратная линия,3-вентиль.

7

13. От чего зависит развиваемый напор поршневого насоса? Приведите графическую характеристику зависимости напора от производительности насоса H = ƒ (V)

Ответ: величины энергии передаваемой поршнем

Зависимость между напором Н и производительностью насоса V при постоянной частоте вращения называют частной характеристикой поршневого насоса. Как следует из самого принципа работы поршневых

насосов, их производительность зависит не зависит от напора, поскольку за один акт насос всасывает или выталкивает совершенно определенный объем жидкости(в идеальном случае V0=FS), а число таких актов однозначно связано с числом оборотов (ходов) n в единицу времени. Поэтому теоретическая характеристика поршневого насоса в координатах Н-V – вертикаль с постоянной абсциссой, отвечающей производительности насоса (линия 1). Реальная характеристика насоса обнаруживает некоторое отклонение от вертикали (линия 2): сростом Н производительность V несколько понижается. Иногда это объясняют сжимаемостью жидкости при повышении напора, однако этот эффект может сказаться лишь при очень высоких давлениях. Основная причина – понижение коэффициента подачи ŋv : с увеличением Н все большая доля жидкости возвращается обратно из-за запаздывания клапанов в период их закрытия. Напор зависит от перепада давлений в емкости 1 и 2, от величины потерь на всасывающей и нагнетательной линии, от геометрических высот hгв всасывающей и hгн нагнетательной. Поршневой насос, в принципе, может развивать любой напор (ограничение связано лишь с мощностью двигателя и механической прочностью насоса).

Поэтому поршневой насос развивает напор, определяемый характеристикой трубопровода( линия 3); рабочая точка насоса М-линия на пересечении характеристик насоса (линия 2) и сети (линия 3). Линия1теорет. Хар-ка насоса. Линия2-реальная (с учётом коэф подачи).

8

14. Для чего используется работа центробежных насосов по параллельной схеме? Поясните, как строится рабочая характеристика H = ƒ (V) параллельно работающих насосов.

Ответ: увеличения производительности 1-хар-ка трубопровода 2-хар-ка одного насоса

3-хар-ка 2х параллельно работающих насосов Работа насосов по

параллельной схеме используется в том случае, когда требуемые величины производительности или напора не могут быть обеспечены одним насосом. Характеристика 2х параллельно работающих насосов может быть построена

путем удвоения производительности одного насоса при каждом из рабочих напоров. Однако реально происходит увеличение, но не удвоение производительности. Это происходит из-за того, что при увеличении производительности возрастает и гидравлическое сопротивление трубопровода, и для его преодоления установка должна развивать больший напор, чем один насос. Как следствие, падает производительность.

9

15. Законы пропорциональности центробежного насоса. Влияние частоты вращения рабочего колеса на производительность, на создаваемый им напор и на потребляемую мощность.

Ответ: производительность Производительность ЦБН можно изменить, изменив частоту

вращения вала рабочего колеса путем замены электродвигателя или редуктора.

Теоретическая производительность ЦБН равна V=π*D*b*ψ*c2*sinα*η

Где D-диаметр рабочего колеса, b- ширина лопатки на выходе, ψ-коэф-т стеснения потока лопатками, c2-скорость потока на выходе с лопаток, α- технологический угол.

Пусть скорость потока при частоте вращения n’ равна c2’, а при n” - c2” треугольники скоростей подобны. Учитывая ω’=2πn’, ω”= 2πn”

получаем

V "

 

c" 2

 

u" 2

 

" R 2

 

"

 

n"

V '

c '2

u '2

' R 2

'

n '

 

 

 

 

 

следовательно, производительность насоса прямо пропорциональна частоте вращения. В случае напора имеем

H "

 

 

 

gu"

 

c"

 

cos

 

 

c"

 

u"

 

u"

 

2

n" 2

 

 

г

 

2

 

2

 

2

 

2

 

2

 

2

 

 

 

H '

 

г gu'

 

c'2

cos 2

 

c'2

u'2

 

 

 

n'

 

2

 

u'2

 

напор, развиваемый насосом примерно пропорционален квадрату частоты вращения («примерно» - потому, что ηг меняется с изменением производительности). Аналогично для мощности

N "

 

н gV " H "

 

V " H "

 

n"

n" 2

 

n" 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N '

н gV ' H '

V ' H '

 

 

 

 

 

 

n '

n '

 

n '

это тоже приближенное соотношение, т.к. ηн существенно меняется с увеличением оборотов.

10