2. Опис експериментального стенду.

Експериментальний стенд (рис. 3) для вивчення кінетики гравітаційного осадження складається з прозорих циліндрів, заповнених рідинами з різними фізичними параметрами. На циліндрах є відмітки для визначення шляху, пройденого дисперсною частинкою за час осадження. Дисперсні частинки - кулястої і іншої форми, різного розміру і густини.

2. Порядок виконання роботи

1. Ознайомитися з порядком проведення роботи і журналом спостережень.

2. Опускаючи дисперсні частинки кулястої форми різних розмірів і густини в кожний з циліндрів з рідинами, на мірній ділянці секундоміром заміряти час їх осадження.

3. Розрахувати швидкість осадження:

а) виходячи з пройденої довжини шляху і заміряного часу.

б) аналітичним шляхом за узагальненим методом (1-3), порівняти.

Рисунок 1. Залежність критеріїв Re і Ly від критерію Ar для осадження одиночної частинки в нерухомому середовищі

1 і 6 - кулясті частинки; 2 - закруглені; 3 – неправильної форми; 4 - довгасті; 5 -пластинчаті.

Рисунок 2. Логарифмічна залежність Re від Ar

Рисунок 3. Схема експериментального стенду

1 - мірний циліндр; 2 - помилкове дно; 3 -трос; 4 - підйомний механізм; 5 - електромагніт; 6 - секундомір; 7 - кнопка пуску секундоміра і скидання кульок.

4. Обчислити значення критеріїв Ar і Re для кожної пари поєднання частинка - рідина.

5. За даними дослідів і розрахунків побудувати графічну залежність Re = f(Ar) в координатах lg Re - lg Ar і визначити константи n і в для різних режимів осадження.

Журнал роботи

№ п..п	Тверда частка		Дисперсна фаза		Час осадження, секунд	Швидкість осадження, м/с	Критерії		Константи
	d, м	ρ, кг/м^3	ρc, кг/м^3	μ, Па·с			Ar	Re	n	в

3. Обробка дослідних даних

1. Визначення швидкості осадження

, м/с

2. Визначення критерію Архімеда

3. Визначення критерію Рейнольдса за знайденим значеням критерію Архімеда, використовуючи рис. 1.

4. Визначення еквівалентного діаметра частинок неправильної форми.

5. Визначення дослідних величин n і в для рівняння (1)

4. Контрольні питання

1. Теоретичні основи процесів осадження.

2. З яких фаз складається неоднорідна система і як здійснюється класифікація неоднорідних систем за агрегатним станом і розміром частинок?

3. Методи розділення неоднорідних систем; суть і рушійна сила цих методів.

4. Критеріальне рівняння процесу відстоювання.

5. Порядок визначення швидкості осадження за критерієм Архімеда (Ar).

Лабораторна робота №3

Вивчення закономірностей переміщення рідин у трубопроводах.

Мета роботи: вивчення закономірностей переміщення рідин у трубопроводах.

Установка дозволяє проводити такі лабораторні роботи:

1. Визначення режиму протікання рідини.

2. Визначення витрат тиску на тертя.

3. Визначення витрат тиску при звуженні та розширенні трубопроводу.

1. Теоретичні основи процесу.

Режим протікання рідини визначається величиною критерію Рейнольдса:

де: ω - середня швидкість протікання рідини, м/с;

d - внутрішній діаметр труби, м;

μ - динамічна в'язкість рідини; Паּс;

ρ - густина рідини, кг/м³.

Середня швидкість протікання рідини визначається за формулою:

де: Vc – витрата рідини, м³/с;

F - площа поперечного перерізу трубопроводу, м².

В залежності від значень числа R_e визначається режим протікання рідини та коефіцієнт тертя (λ):

Re <2300	Ламінарний	λ=64/Re (3)
2300<Re<10000	Перехідний Турбулентний	λ=0,316Re^0-^25 (4)

Витрати тиску на подолання тертя:

де: L - довжина трубопроводу, м.

Витрати тиску на створення швидкості потоку:

Витрати тиску на подолання місцевого опору (вентилів, вигинів, звуження, розширення) складаються з суми місцевих опорів:

де: ξ - коефіцієнт місцевого опору.

Повний гідравлічний опір:

∆Р = ∆Р_тер +∆Р _шв+ ∆Р_м._о.

або:

Тиск, що створюється стовпом рідини висотою Н:

p = ρgH,

де: g - прискорення вільного падіння, 9,81 м/с²;

Н - висота стовпа рідини, м.

Теоретичний час спустошення натискного баку:

,

де: Fб - площа перерізу натискного баку, м²;

f₀ - площа перерізу труби (d=0,21 м);

Н - рівень' води в натискному баку, м;

α - коефіцієнт витрати, що являє собою добуток коефіцієнту швидкості φ та коефіцієнту стиснення струменю ε.

Рівняння Бернулі для ідеальної, не стисненої рідини:

,

де: Z₁ та Z₂ - геометричний (висотний) натиск, м; P₁/ρg та P₂/ρg - п’єзометричний (статичний) натиск, м (Р₁ та Р₂ - тиск відповідно у натискному та приймальному баках);

та - швидкісний (динамічний) натиск, м (ω₁ та ω₂ - відповідно швидкості протікання рідини у натискному баку та на кінцях трубопроводу, що виходить у приймальний бак);

Н_стр - витрати напору на подолання місцевого опору, м.

Для сталого потоку рідини при Р1=Р2 та ω2>> ω1:

або

,

тобто тиск витрачається на подолання усього гідравлічного опору трубопроводу.

При зміненому перерізі трубопроводу, відповідно рівняння нерозривності струменю:

де: ω₁d₁ – швидкість протікання рідини та діаметр трубопроводу у першому перерізі;

ω₂d₂ – швидкість протікання рідини та діаметр трубопроводу у другому перерізі.

Продуктивність насосу для перекачування рідини:

де: τ – час перекачування, с

Потужність двигуна насосу:

, Вт

де: H - повний натиск, м;

η - коефіцієнт корисної дії.

Повний натиск, розвинутий насосом (м):

H=h_шв +h_тep+h_т.с.+H_z

де: H_Z – геометрична висота підйоми рідини, м.