Раздел 1 Гидромеханические процессы и аппараты

Дата: 2025-06-02; Просмотры: 14

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

Введение

1. Сущность и назначение дисциплины «Процессы и аппараты» .

Курс процессов и аппаратов изучает физико-химические основы процессов, используемых во всех отраслях химической технологии, а также рассматривает принципы устройства и методы расчетов аппаратов предназначенных для проведения этих процессов.

Основоположниками курса процессов и аппаратов считаются профессора Крупский (Санкт-Петербург), Тищенко (Москва).

Большой вклад в развитие науки о процессах и аппаратах внесли ученые: Павлов, Романков, Носков, Рашковская, Николаев, Чернобыльский, Касаткина и др.

Первые аппараты появились в 19 столетии. Выпарной аппарат в 1812 году, ректификационная колонна – 1813 г., фильтр – пресс – 1820 г. Во второй половине 19 века начинают использоваться насосы, компрессоры, центрифуги и т.д.

2. Классификация основных процессов.

В основу классификации процессов положены законы, определяющие скорость их протекания. Все основные процессы делятся на следующие группы:

1.гидромеханические процессы, их скорость определяется законами гидродинамики- науки о движении жидкости;

2.тепловые процессы, протекающие со скоростью, определяемой законами теплопередачи- науки о способах распространения тепла;

3.массообменные или диффузионные процессы, характеризующиеся переносом одного или нескольких компонентов из одной фазы в другую через поверхность раздела фаз;

4.химические или реакционные процессы, их скорость определяется законами химической кинетики;

5.механические процессы, описываемые законами механики твердых тел.

Раздел 1 Гидромеханические процессы и аппараты

Тема 1.1 Общие вопросы. Свойства жидкости.

Гидростатическое давление .

1 ) ГИДРАВЛИКА- наука, изучающая законы покоя и движения жидкости. Она делится на гидростатику и гидродинамику.

ГИДРОСТАТИКА - изучает жидкости в состоянии покоя или равновесия.

ГИДРОДИНАМИКА - занимается изучением движения жидкости.

Жидкости – это физические тела, легко меняющие свою форму под действием сил самой незначительной величины. Различают два вида жидкостей: капельные и упругие.

Капельные или собственно жидкости оказывают большое сопротивление сжатию. При изменении давления и температуры их объем практически не изменяется. Силы сцепления между молекулами проявляются на поверхности в виде поверхностного натяжения.

Упругие жидкости- газы и пары, изменяющие объем при изменении температуры и давления.

Гидравлика использует понятия идеальные и реальные жидкости.

Идеальная жидкость абсолютно несжимаема, обладает полным отсутствием температурного расширения и не имеет сил сопротивления сдвигу (сил внутреннего трения).

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ

V(м³), m(кг), υ(моль), T(К), P(Па).

Свойства жидкостей

1. Плотность.

; [ρ]=кг/м³.

Плотность капельных жидкостей зависит от температуры. Ее величина измеряется при помощи ареометров и является справочной величиной.

Плотность газов и паров зависит от температуры и давления. Она рассчитывается по формуле:

где М – молярная масса газа – кг/моль;

р – рабочее давление, Па;

Т – рабочая температура, К;

_Н.У. {Р₀ = 101325 Па = 101,3 кПа = 0,1 МПа

Т₀ = 273 К

2 Удельный объем – объем 1 кг жидкости.

м³/кг

3 Удельный вес

н/м³

4 Относительная плотность равна отношению плотности жидкости к плотности стандартной жидкости. За стандартную жидкость принимают

t= 4⁰С.

; кг/м³

5 Температурное расширение – изменение объема жидкости при повышении температуры. Коэффициент объемного расширения выражает отношение изменения объема при повышении температуры на 1 К к первоначальному объему.

где V – первоначальный объем, м³;

Δ Т – изменение температуры, К;

Δ V- изменение объема, м³.

6 Поверхностное натяжение характеризует силы взаимного притяжения, действующие между молекулами поверхностного слоя. Коэффициент поверхностного натяжения выражает работу, которую необходимо затратить для образования новой поверхности.

7 Вязкость выражает силы внутреннего трения, действующие при движении жидкости. Ньютон показал, что при скольжении двух параллельных слоев жидкости возникают силы сопротивления сдвигу пропорциональные площади соприкосновения слоев и скорости сдвига.

где F – сила сопротивления, Н;

S- площадь поверхности соприкосновения слоев, м²;

- градиент скорости или скорость сдвига, с^-1;

μ - динамический коэффициент вязкости, Н ∙ с = Па∙ с,

м²

внесистемная единица – Пуаз.

1 П = 0,1 Па∙ с;

1 сП = 10^-3 Па∙ с.

В гидравлике используется величина кинематического коэффициента вязкости:

2) Давление – сила, действующая на единицу площади поверхности. Молекула жидкостей, находящиеся в сосуде, оказывают давление на поверхность стенок и дна сосуда – это давление называется гидростатическим , оно представляет собой отношение:

где Р – сила давления, Н;

F – площадь поверхности, м².

Рассмотрим сосуд, в котором находится жидкость и высота столба жидкости равна Н. Сила, действующая на дно сосуда, равна силе тяжести.

Тогда гидростатическое давление равно:

ОСНОВНОЕ УРАВНЕНИЕ ГИДРОСТАТИКИ

Согласно этому уравнению гидростатическое давление зависит от свойств жидкостей и высоты столба жидкости. Форма и объем сосуда не влияют на величину гидростатического давления.

С учетом давления, действующего на поверхность жидкости, гидростатическое давление равно:

где Р₀ – давление, действующее на поверхность жидкости.

Над поверхностью жидкости давление может быть атмосферным (барометрическим), избыточным или вакуумом. Для расчетов используется только величина абсолютного давления.

Р_абс = Р_атм + Р_изб

Р_абс = Р_атм – Р_вак Атмосферное давление измеряется барометром, избыточное - манометрами, вакуум – вакуумметра

ми.