Wykaz wa niejszych oznacze
Wprowadzenie do in ynierii procesowej
1. Wprowadzenie do mechaniki p ynów
2. W a ciwo ci zyczne p ynów
2.1. Parametry intensywne p ynu
2.2. Zale no mi dzy podstawowymi parametrami p ynu
2.3. Lepko p ynów
2.4. Napi cie powierzchniowe i w oskowato
3. Statyka p ynów
3.1. Równanie równowagi p ynu
3.2. Równowaga bezwzgl dna p ynu
3.2.1. Równowaga w potencjalnym polu si masowych
3.2.2. Równowaga podczas braku si masowych
3.2.3. Równowaga w polu si ci ko ci.
3.2.4. Naczynia po czone
3.2.5. Zasada ci gu kominowego
3.2.6. Równowaga atmosfery ziemskiej
3.3. Parcie cieczy na powierzchnie p askie
3.4. Parcie cieczy na cia a zanurzone
3.4.1. Wypór hydrostatyczny
3.4.2. P ywanie cia .
3.5. Równowaga wzgl dna cieczy
3.5.1. Ruch post powy naczynia
3.5.2. Ruch obrotowy.
3.5.3. Kszta t swobodnej powierzchni cieczy
4. Równania ró niczkowe bilansu masy, p du i energii
4.1. Wprowadzenie
4.2. Ró niczkowe równanie bilansu masy
4.3. Równanie ró niczkowe bilansu p du dla p ynu jednorodnego
4.4. Ró niczkowe równanie bilansu energii
5. Rozwi zania analityczne równa ruchu
5.1. Równanie Eulera
5.2. Równanie Bernoulliego.
5.3. Przep yw laminarny
5.3.1. Przep yw laminarny mi dzy p askimi p ytami
5.3.2. Przep yw laminarny w przewodzie o przekroju ko owym
5.3.3. Laminarny sp yw cieczy po cianie pionowej
6. Rozwi zania równa ruchu dla p ynów rzeczywistych
6.1. Przep ywy laminarne
6.1.1. Istota przep ywu laminarnego
6.2. Krytyczna liczba Reynoldsa
6.3. Przep ywy turbulentne
6.3.1. Istota przep ywu turbulentnego
6.3.2. Rozk ad pr dko ci p ynu w rurze
6.3.3. Napr enia Reynoldsa
6.4. Warstwa przy cienna.
6.4.1. Wprowadzenie
6.4.2. Laminarna i turbulentna warstwa przy cienna
6.4.3. Oderwanie warstwy przy ciennej
6.5. Zasady modelowania przep ywów p ynów rzeczywistych
6.6. Podobie stwo zjawisk przep ywowych
7. Równania bilansów masy, p du i energii – uj cie techniczne
7.1. Model techniczny opisu przep ywu turbulentnego
7.2. Równanie ci g o ci strugi
7.3. Równanie bilansu p du dla przep ywu jednowymiarowego
7.4. Równanie bilansu energii p ynu dla modelu przep ywu turbulentnego
7.5. Równanie bilansu energii p ynu dla p ynów ci liwych
8. Przep ywy w przewodach zamkni tych
8.1. Liniowe straty ci nienia
8.2. Straty ci nienia wskutek oporów miejscowych
8.3. Przep yw przez przewody o nag ej zmianie przekroju
8.4. Przewody zbie ne i rozbie ne
8.5. Straty ci nienia w przewodach
8.5.1. Przewód pojedynczy
8.5.2. Przewody po czone szeregowo
8.5.3. Przewody równoleg e
8.5.4. Sieci przewodów
8.5.5. Dobór rednicy przewodu
8.6. Wyp yw cieczy ze zbiorników
8.6.1. Ustalony wyp yw cieczy ze zbiornika
8.6.2. Nieustalony wyp yw cieczy ze zbiornika
8.6.3. Przystawki .
8.7. Problemy przep ywowe w wentylacji
9. Wspó dzia anie przewodu i maszyn przep ywowych
9.1. Pompy.
9.1.1. Krótka charakterystyka pomp
9.1.2. Parametry uk adu pompowego
9.1.3. Parametry pracy pompy
9.1.4. Charakterystyki pomp
9.1.5. Klasy kacja uk adów pompowych
9.2. Kawitacja
9.3. Wentylatory
9.3.1. Parametry charakteryzuj ce prac wentylatorów
9.3.2. Charakterystyki wentylatora
9.3.3. Charakterystyka sieci. .
9.3.4. Wspó praca wentylatora z sieci
9.3.5. Szeregowa wspó praca wentylatorów
9.3.6. Równoleg a wspó praca wentylatorów
9.4. Spr arki .
9.5. Strumienice
10. Przep ywy w kana ach
10.1. Informacje ogólne
10.2. Ruch jednostajny
10.3. Optymalny przekrój kana u
10.4. Ruch spokojny i rw cy
10.5. Przelewy
11. Przep yw przez warstwy sypkie i porowate
11.1. Wprowadzenie
11.2. Prawo Darcy’ego
11.3. Rozwi zania równa ltracji
11.3.1. Przep yw równomierny
11.3.2. Dop yw wody gruntowej do rowu i drenu
11.3.3. Studnie
11.3.4. Wspó dzia anie zespo u studzien
12. Op yw cia
12.1. Si y dzia aj ce na op ywane cia o
12.2. Opór tarcia i opór ci nienia
12.3. Op yw budynków
13. Przep ywy p ynów ci liwych
13.1. Wprowadzenie
13.2. Pr dko d wi ku
13.3. Parametry ca kowite
13.4. Wyp yw gazu ci liwego ze zbiornika
13.5. Dysza de Lavala
13.6. Przep ywy gazu ci liwego w ruroci gach
13.7. Przep yw cieczy ci liwej .
13.7.1. Pr dko fali ci nieniowej
13.7.2. Proste i nieproste uderzenie hydrauliczne
13.7.3. Sposoby os abienia uderzenia hydraulicznego
14. Czas przebywania p ynu w zbiorniku
14.1. Wprowadzenie .
14.2. Funkcje rozk adu czasu przebywania p ynu w zbiorniku
14.3. Modele przep ywów w zbiornikach rzeczywistych
15. Pomiary parametrów przep ywu p ynów jednofazowych
15.1. Pomiary ci nie
15.2. Pomiary pr dko ci przep ywu
15.2.1. Sondy ci nieniowe
15.2.2. Anemometry
15.2.3. Termoanemometry
15.2.4. Anemometry laserowe
15.2.5. Urz dzenia wizualizacyjne
15.3. Pomiary strumienia obj to ci lub strumienia masy p ynu
15.3.1. Przep ywomierze zw kowe
15.3.2. Przep ywomierze p ywakowe
15.3.3. Przep ywomierze ró ne.
15.3.4. Pomiary przep ywu cieczy w kana ach otwartych
Literatura
Wprowadzenie do
in ynierii procesowej
In ynieria procesowa stanowi obok technologii integraln cz ka dego procesu wytwórczego, w którym z surowców w wyniku przemian chemicznych oraz przep ywu p ynów i/lub wymiany ciep a i/lub wymiany masy powstaj produkty u ytkowe. Takie procesy zachodz we wszystkich ga ziach przemys u chemicznego, petrochemicznego, spo ywczego, w procesach biochemicznych i biomedycznych, a tak e w ró nych dzia ach gospodarki komunalnej. Te dwa wielkie dzia y wiedzy technicznej (rys. i) wraz z latami coraz bardziej integruj si i przenikaj . Bez doskona ej znajomo ci technologii, która odpowiada na pytania: z jakich surowców i w jaki sposób oraz in ynierii procesowej, która odpowiada na pytania: w jakich urz dzeniach i aparatach oraz z jak wydajno ci i sprawno ci , nie by oby mo liwe optymalne zaprojektowanie, wykonanie, a pó niej prowadzenie danego procesu wytwórczego. A dobór najkorzystniejszych warunków prowadzenia procesu wytwórczego i dobór najw a ciwszych aparatów i urz dze nie by by mo liwy bez znajomo ci mechanizmów i kinetyki przep ywu p ynów, wymiany ciep a i ruchu masy zachodz cych zarówno w obszarze jednej fazy, jak i przenikaj cych przez powierzchnie fazowe. I te zagadnienia stanowi zyczn podstaw in ynierii procesowej.
technologiainżynieria
Rys. i. Jako ciowy opis procesu wytwórczego
Fundamentem, na którym powsta a in ynieria procesowa, s dwa prawa przyrody, które zosta y sformu owane na prze omie XVIII i XIX w. S to:
Wprowadzenie do in ynierii procesowej
–prawo zachowania masy i
–zasada (prawo) zachowania energii.
Pierwsze z tych praw mo na sformu owa nast puj co:
Masa w uk adach zamkni tych nie mo e znika ani powstawa
Prawo1 to zosta o sformu owane przez omonosowa i niezale nie przez Lavoisiera. Prace do wiadczalne tego drugiego badacza dostarczy y najistotniejszych dowodów jego s uszno ci.
Podobnie dla uk adów zamkni tych mo na sformu owa prawo zachowania energii:
Energia w uk adach zamkni tych nie mo e znika ani powstawa
Dla uk adów pó zamkni tych, gdy przez ciank mo e przenika ciep o i uk ad mo e wykona lub pobiera prac , ale nie ma przep ywu masy mi dzy uk adem a otoczeniem, prawo zachowania energii mo na sformu owa w klasycznej postaci:
Je li do uk adu pó zamkni tego doprowadzane lub odprowadzane jest ciep o i wykonywana jest praca, to ró nica mi dzy tymi wielko ciami musi by równa przyrostowi energii wewn trznej uk adu.
Schematycznie pokazane jest to na rys. ii oraz mo na to zapisa równaniem
qwu. (i)
gdzie: q – ilo ciep a doprowadzona przez ciank z otoczenia do uk adu, J, w – ilo pracy wykonanej przez uk ad, J, u – przyrost energii wewn trznej uk adu, J. układ otoczenie w q u
Rys. ii. Ilustracja prawa zachowania masy i energii dla uk adów pó zamkni tych
Energia wewn trzna to energia zawarta w moleku ach uk adu oraz zwi zana z oddzia ywaniami mi dzymolekularnymi.
W technice przyjmuje si konwencj zapisu, e energia doprowadzona do uk adu na drodze ciep a jest dodatnia oraz e praca wykonana przez uk ad jest dodatnia. Dodatnie kierunki tych wielko ci reprezentowane s przez strza ki na rys. ii. Praca, która mo e by doprowadzona do uk adu lub z niego odprowadzana, mo e mie dwojaki charakter. Mo e to by praca mechaniczna w m; na przyk ad mo e to by energia dostarczana do uk adu za pomoc mieszade , pomp, dmuchaw lub sprarek albo odbierana z uk adu za pomoc turbin. Przyk ad pracy mechanicznej ilustruje rys. iii.
1 Prawo to jest s uszne dla materia ów niepromieniotwórczych.
Przep ywy w przewodach zamkni tych
Przep ywy w przewodach zamkni tych stanowi najistotniejsz cz technicznej mechaniki p ynów, a jednym z najwa niejszych zagadnie jest okre lenie strat cinienia pstr. Straty ci nienia wyst puj ce podczas przep ywu p ynu w przewodach mog wynika z dwóch powodów. Pierwszy jest zwi zany z oporem tarcia podczas przep ywu i straty te wyst puj na ca ej d ugo ci przewodu. Nosz one równie nazw strat liniowych. Drugi rodzaj strat wyst puje podczas zmian przekrojów przewodu, zmian kierunków przep ywu itp. St d nosz one nazw strat miejscowych. Podzia na straty liniowe i straty miejscowe ma po cz ci charakter umowny, gdy ród em wyst puj cych oporów w obu przypadkach jest lepko p ynu.
Wielko ci strat ci nienia zarówno liniowych, jak i miejscowych dla ruchu laminarnego mog by okre lone na drodze teoretycznej, natomiast w przypadku przep ywu turbulentnego p ynu s wyznaczane na drodze do wiadczalnej.
8.1. Liniowe straty ci nienia
Liniowe straty ci nienia s obliczane z wzoru Darcy ego-Weisbacha l 2 str 2 L p
Wzór ten zosta wyprowadzony w rozdziale 5. Wyst puj ca w nim niemianowana wielko nosi nazw wspó czynnika tarcia wewn trznego p ynu lub wspó czynnika oporów liniowych. Wzór ten umo liwia obliczenie strat ci nienia wskutek tarcia l strstrp p w przewodzie prostoliniowym o rednicy D i d ugo ci L
Wspó czynnik tarcia podczas przep ywu laminarnego w przewodzie o przekroju ko owym mo e by wyznaczony w sposób analityczny. Do tego celu wygodnie jest wykorzysta uprzednio otrzymany wzór Hagena-Poiseuille a (5.42)
8. Przep ywy w przewodach zamkni tych
Po podstawieniu liczby Reynoldsa
si
Z porównania wzorów (8.1) i (8.4) wynika, e wspó czynnik tarcia podczas przep ywu laminarnego w ruroci gu o ko owym przekroju poprzecznym wynosi
Wspó czynnik tarcia podczas przep ywu turbulentnego mo e by okre lony tylko eksperymentalnie. Wyniki prac do wiadczalnych s opisane ró nymi równaniami, a jednym z najbardziej znanych zwi zków jest wzór Blasiusa, dotycz cy przep ywu p ynu w kanale o dowolnym przekroju poprzecznym. Ma on posta
Ten wzór pot gowy dotyczy przep ywów w przewodach g adkich, a ci lej bior c w przewodach hydraulicznie g adkich, w przedziale liczb Reynoldsa 4 103–1 105. Poj cie przewodu hydraulicznie g adkiego zostanie wyja nione dalej.
Rys. 8.1. Zale no f (Re) – wykres Nikuradsego: 1 – wzór (8.5), 2 – zale no (8.6)
