Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Гидромеханические процессы. 2

ФГБОУ ВПО «Якутская сельскохозяйственная академия»

Агротехнологический факультет

Кафедра «»

Реферат

На тему: Гидромеханические процессы.

Выполнила работу:

Студентка 3-курса Тех-11 Б

Васильева Ньургуйаана Акимовна

Проверила:

Дарнаева Г.Г.

Якутск 2013

Содержание

Введение
Определение
Характеристика
Классификация
Основные гидромеханические величины
Поле скоростей
Список использованных литератур

Введение

В большинстве процессов химической технологии и смежных с ней областей участвуют жидкости и газы. Законы движения и равновесия этих тел являются основой расчёта и проектирования в инженерной химии.

Эти законы изучаются в науке гидромеханика, которая включает в себя гидростатику, кинематику жидкости и гидродинамику.

В прикладных науках технического профиля гидромеханика также называется гидравликой.

Определение

Гидромеханические процессы основываются на течении фаз в поле массовых сил, причем наиболее распространены аппараты с использованием течений в поле центробежных и массовых сил.

Гидромеханические процессы связаны с переработкой жидких и газообразных систем.

Гидромеханические процессы, скорость которых определяется законами гидродинамики - науки о движении жидкостей и газов, К этим процессам относятся перемещение жидкостей, сжатие и перемещение газов, разделение жидких и газовых неоднородных систем в поле сил тяжести ( отстаивание), в поле центробежных сил ( центрифугирование), а также под действием разности давлений при движении через пористый слой ( фильтрование) и перемешивание жидкостей.

Гидромеханические процессы связаны с пере - - работкой жидких и газообразных систем. Сюда относятся перемешивание продуктов, разделение суспензий путем фильтрации, отстаивание, центрифугирование, разделение эмульсий, очистка газов от пыли.

Гидромеханические процессы в элементах струйной автоматики, как правило, развиваются под влиянием большого числа факторов. Эти процессы подчиняются общим физическим закономерностям, конкретным выражением которых для потока вязкой жидкости являются дифференциальные уравнения ( уравнения Навье-Стокса) и уравнение неразрывности. Но эти уравнения справедливы для целого класса явлений и имеют бесконечное число решений. Следовательно, для выделения рассматриваемого явления из целого класса явлений необходимы дополнительные условия, называемые условиями однозначности. Они включают граничные и начальные условия, определяющие единственное решение системы дифференциальных уравнений. К условиям однозначности должны быть также отнесены физические константы ( плотность, вязкость и др.), характеризующие существенные для исследуемого процесса физические свойства среды. Под граничными условиями понимают геометрические характеристики потока ( его размеры и форму), а также значения кинематических и динамических параметров на границах исследуемого участка потока. Начальные условия потока характеризуют геометрические, кинематические, динамические параметры потока в начальный момент времени.

Гидромеханические процессы, скорость которых определяется законами гидродинамики - науки о движении жидкостей и газов. К этим процессам относятся перемещение жидкостей, сжатие и перемещение газов, разделение жидких и газовых неоднородных систем в поле сил тяжести ( отстаивание), в поле центробежных сил ( центрифугирование), а также под действием разности давлений при движении через пористый слой ( фильтрование) и перемешивание в жидкой фазе.

Гидромеханические процессы при углублении и цементировании скважин отличаются широким проявлением взаимосвязей, протекающих в условиях изменяющихся температур, давлений и сложного взаимодействия породораз-рушающего инструмента, бурового раствора и горной породы. Поэтому управление условиями проводки скважин за счет режимов промывки представляет чрезвычайно сложную задачу.

Гидромеханические процессы связаны с обработкой неоднородных систем жидкости и газа со взвешенными в них жидкими или твердыми частицами. Движущая сила - разность давлений, обусловленная разностью плотностей.

Гидромеханические процессы связаны с обработкой неоднородных систем - жидкостей и газов со взвешенными в них твердыми или жидкими частицами. [

Гидромеханические процессы ( англ, hidromechanic processes) - процессы, связанные с перемещением жидких и газовых сред, с обработкой неоднородных двухфазных и многофазных систем. Гидромеханические процессы широко распространены в нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности. Движущими силами гидромеханических процессов являются разность или градиент давлений, а также силы, обусловленные разностью плотностей компонентов неоднородных сред.

Гидромеханические процессы, скорость которых определяется законами гидродинамики - наукой о движении жидкостей и газов. Движущей силой процесса является гидростатическое и гидродинамическое давление.

Гидромеханические процессы связаны с обработкой неоднородных систем - жидкостей и газов ( паров), содержащих взвешенные в них твердые частицы или капли жидкости.

Гидромеханические процессы, связанные с механическим смешением или разделением ( отстаивание, фильтрация, центрифугирование) неоднородных систем, состоящих из различных фаз.

Гидромеханический процесс, при котором частицы зернистого слоя движутся в потоке жидкости или газа, но не покидают пределов слоя.

Гидромеханические процессы обеспечиваются: насосами ( для перемещения жидкостей), компрессорными машинами ( для перемещения и сжатия газов), отстойниками ( для осаждения под действием сил тяжести твердых частиц или капелек воды, равномерно распределенных в жидкой фазе), фильтрами ( для разделения суспензий, содержащих мелкие взвешенные частицы, которые задерживаются пористыми перегородками), центрифугами ( для разделения эмульсий и суспензии в поле центробежных сил), мешалками ( для получения однородных растворов, эмульсий, суспензий, а также для интенсификации диффузионных и тепловых процессов) п другими машинами и аппаратами.

Гидромеханические процессы перемещения жидкостей и газов, разделения жидких и газовых неоднородных систем, движения жидкостей и газов через пористые перегородки изучаются на основе законов гидродинамики - науки о движении жидкостей и газов.

Гидромеханическими процессами называются процессы обработки жидких и газовых неоднородных систем, направленные на разделение атих систем или их получении. Кроме того, применяется отстаивание с предварительным укрупнением частиц электрическими силами.

Гидромеханическими процессами называются процессы, протекающие в гетерогенных, минимум двухфазных, системах и подчиняющиеся законам гидродинамики. Подобные системы состоят из дисперсной фазы, находящейся в раздробленном состоянии, и дисперсионной среды.

Для гидромеханических процессов основными считают геометрическое и гидродинамическое подобия. В первую очередь обеспечивают геометрическое подобие ( отношение длины аппарата к диаметру), хотя в ряде случаев целесообразнее обеспечить гидродинамическое подобие.

Класс гидромеханических процессов включает подкласс разделение гетерогенных ( неоднородных) систем. Этот подкласс может делиться на группы процессов по способу осуществления или по назначению, группы - на подгруппы по способу осуществления или другому признаку.

Проведение гидромеханических процессов обеспечивается насосами, компрессорными машинами, отстойниками, фильтрами, центрифугами, мешалками и другими машинами и аппаратами.

Область гидромеханических процессов весьма широка, она включает многочисленные и достаточно разнородные процессы ( технологические приемы) - соответственно назначению и особенностям объектов. Гидромеханические процессы основаны на переносе импульса ( количества движения) - именно этот признак объединяет указанные процессы в отдельную группу. Гидромеханические процессы в своем осуществлении и описании непосредственно базируются на закономерностях переноса импульса, устанавливаемых технической гидравликой ( см. гл. При описании гидромеханических процессов рассматриваются внутренняя, внешняя и смешанная задачи гидродинамики.

Проведение гидромеханических процессов обеспечивается насосами ( для перемещения жидкостей), компрессорными машинами ( для перемещения и сжатия газов), отстойниками ( для осаждения под действием сил тяжести твердых частиц или капелек воды, распределенных в жидкой фазе), фильтрами ( для разделения суспензий, содержащих мелкие взвешенные частицы, которые задерживаются пористыми перегородками), центрифугами ( для разделения эмульсий и суспензий в поле центробежных сил), мешалками ( для получения однородных растворов, эмульсий, суспензий, а также для интенсификации диффузионных и тепловых процессов) и другими машинами и аппаратами.

Для гидромеханических процессов химической технологии характерны сложные гидродинамические задачи, точное решение которых методами гидродинамики чрезвычайно затруднительно. Поэтому расчет таких процессов базируется на принятии упрощающих допущений и использовании опытных данных, обобщаемых методами теории подобия. Дифференциальные уравнения движения, если даже приходится применять их к анализу упрощенной модели реального процесса, позволяют выявить качественные, а иногда получить и количественные зависимости между существенными для данного процесса параметрами. Поэтому роль математического моделирования гидромеханических, как впрочем и других процессов химической технологии, непрерывно возрастает.

Функции гидромеханических процессов промывки ствола скважин общеизвестны: разрушение и очистка забоя, обеспечение эффективной работы забойных двигателей, транспортировка выбуренной породы ( шлама) по кольцевому пространству, удовлетворительное вытеснение бурового раствора тампонажным при цементировании, сохранение устойчивости стенок скважины, предотвращение флюидопроявлений. Вместе с тем, как отмечено в работе [47], полезные функциональные назначения, например бурового раствора, ограничены следующими требованиями: не разрушать долото, стенки ствола и шлам при гидротранспорте, не приводить к поглощениям и кольматации коллекторов, а также к излишним затратам гидравлической мощности нагнетательных систем.

К гидромеханическим процессам относятся перекачка жидкостей и транспорт газов; разделение неоднородных сред - различные виды отстаивания ( гравитационное, в центробежном, электрическом, магнитном поле); фильтрование; перемешивание жидких сред; течение газа и жидкости через зернистый слой; псевдоожижение.

К гидромеханическим процессам относятся: осаждение, фильтрование, псевдоожижение, перемешивание в жидкой фазе.

Отстаивание - наиболее простой и дешевый гидромеханический процесс, поэтому его часто используют для первичного разделения, что удешевляет последующее разделение дисперсной системы более сложными способами.

Поэтому классификацию гидромеханических процессов целесообразно подчинить другому классификационному признаку - закономерностям, характеризующим условия движения потоков. Такая классификация дает возможность связать теоретические обобщения с инженерной практикой.

Для проведения гидромеханических процессов, в частности пылеулавливания, используют высокоэффективные вихревые пылеуловители ( ВПУ), в которых разделение запыленного потока проводится с участием вспомогательного закручивающего потока.

Для интенсификации гидромеханических процессов ( диспергирования, эмульгирования, суопендирования), тепло-массооб-менных и химических процессов в системах жидкость - жидкость, газ - жидкость и газ - жидкость - твердое тело применяют в основном механическое перемешивание.

Движущей силой гидромеханических процессов является разность давлений или градиент давлений, обусловленные разностью плотностей обрабатываемых материалов или иными причинами. Скорость процесса определяется законами гидродинамики неоднородных систем.

Теория подобия гидромеханических процессов является теоретической основой гидродинамического экспериментирования и моделирования; она также дает методы анализа и обобщения экспериментальных и теоретических результатов.

При рассмотрении гидромеханических процессов не выявляются условия равновесия, так как направление течения этих процессов вполне очевидно.

Результатом проведения гидромеханических процессов может быть в одном случае разделение неоднородных смесей, а в другом - их образование путем смешения.

Теория подобия гидромеханических процессов является теоретической основой гидродинамического экспериментирования и моделирования, а также дает методы анализа и обобщения экспериментальных и теоретических результатов. Теория гидродинамического подобия - часть общей теории физического подобия, в которой одним из основных является понятие о сходственных величинах.

Результатом проведения гидромеханических процессов цожет быть либо разделение неоднородных систем на составные части, либо образование их путем смешения.

К числу важнейших гидромеханических процессов относятся осаждение, фильтрование, псевдоожижение твердого зернистого материала и перемешивание в жидкой среде.

При рассмотрении гидромеханических процессов условия равновесия заключаются в равенстве сил или давлений и в самостоятельном рассмотрении обычно не нуждаются. Направление течения этих процессов вполне очевидно.

Таким образом, гидромеханические процессы, происходящие во время движения поршня, описываются шестью уравнениями, из которых уравнения ( 268), ( 269) и ( 270) интегродифференциальные.

Первая группа - гидромеханические процессы, скорость которых определяется только законами гидродинамики.

Первая группа - гидромеханические процессы, скорость которых определяется законами гидродинамики. К ним относятся осаждение взвешенных в жидкой или газообразной среде частиц под действием силы тяжести, центробежной силы или сил электрического поля, фильтрование жидкостей или газов через слой зернистого материала под действием разности давлений, перемешивание в жидкой среде, псевдоожижение твердого зернистого материала.

Характеристика

К неоднородным относятся системы, которые состоят по крайней мере из двух различ-ных фаз, одна из которых распределена в другой. Фаза, в которой распределена другая фаза, называется дисперсионной или сплошной, а распределенная в ней фаза — дисперсной. На практике могут встретиться различные сочетания дисперсионной и дисперсной фаз. Так, в жидкости (сплошная фаза) могут находиться жидкие, твердые или газообразные включения, в газе — жидкие и твердые частицы.

В зависимости от типа дисперсионной и дисперсной фаз различают следующие неодно-родные системы:

эмульсия — система, состоящая из капелек одной жидкости, взвешенных в другой. Чтобы образовалась эмульсия, жидкости, ее составляющие, должны быть взаимно нерастворимыми;

пыль или дым — взвесь твердых частиц в газе;

туман — система, образованная взвешенными в газе капельками жидкости;

пена представляет собой систему, состоящую из жидкой фазы, в которой распределен газ;

суспензия — жидкость, содержащая взвешенные в ней твердые частицы.

Неоднородные системы характеризуются концентрацией дисперсной фазы, размерами ее частиц и их полидисперсностью. В зависимости от размеров частиц различают следующие типы суспензий: грубые — с частицами размером более 100 мкм, тонкие — с частицами от 0,5 до 100 мкм, мути — с частицами меньше 0,5 мкм и коллоидные растворы с частицами менее 0,1 мкм.

Полидисперсность характеризует процентное содержание частиц соответствующего раз-мера в системе. Монодисперсные системы содержат частицы одинакового размера.

Для разделения неоднородных систем применяют различные способы, цель которых:

выделить из неоднородной системы соответствующие продукты или обеспечить очистку одной из фаз от содержащихся в ней примесей. Разделение жидких неоднородных систем может производиться под действием различных сил:

тяжести — отстаивание;

центробежной — центрифугирование, центробежная фильтрация, очистка в циклонах и гидроциклонах;

электрической — электроочистка газов, электрообессоливание и обезвоживание;

давления — фильтрация.

Частицы размером менее 0,5 мкм под действием ударов молекул приобретают хаотическое движение, и их выделение отстаиванием практически невозможно. .

При выборе аппаратуры приходится учитывать много факторов. Прежде всего следует иметь в виду требования, предъявляемые к качеству разделения. Они могут быть вызваны экологическими соображениями (обеспечение чистоты атмосферного воздуха, водое¬мов и т. п.), требованиями технологии (например, защитой вентиляторов или насосов от быстрого износа в результате эрозии лопастей твердыми частичками), а также ценностью взвешенных в газе или жидкости частиц. Кроме того, необходимо учитывать концентрацию дисперсных частиц, распределение их по размерам, агрессивность среды, ее температуру и т. д. И, наконец, следует принимать во внимание технико-экономические показатели работы аппаратов.

Классификация

В отличие от твёрдых тел, жидкость может находиться в состоянии покоя только тогда, когда в ней отсутствуют касательные напряжения, т.е. силы, отнесённые к площади поверхности в жидкости и направленные по касательной к этой поверхности.

Жидкость в состоянии покоя не способна сопротивляться даже весьма малым касательным силам, т.к. эти силы вызовут течение жидкости, и она всегда примет форму ёмкости, в которой она находится.

Так себя ведут как капельные жидкости, так и газы.

В капельных жидкостях при обычных скоростях движения изменение давления приводит к незначительным изменениям объёма, поэтому во многих случаях их принимают несжимаемыми.

Изменение объёма газов при тех же изменениях давления значительно выше, чем у капельных жидкостей, ввиду чего газы также называют сжимаемыми жидкостями.

Несмотря на это отличие, основные уравнения движения газов при скоростях движения меньших скорости звука, идентичны уравнениям, описывающим движение капельных жидкостей. Поэтому капельные жидкости и газы будем называть жидкостями, за исключением тех случаев, когда указывать различие необходимо.

Реальные жидкости обладают вязкостью, которая при движении вызывает касательные напряжения, что сильно осложняет математическое описание движения. В целях упрощения решения некоторых задач гидромеханики используют понятие идеальной жидкости, не имеющей вязкости, при движении которой не возникают касательные напряжения.

По уравнениям, описывающим касательные напряжения, подразделяют капельные жидкости на ньютоновские - касательные напряжения, в которых определяются по закону внутреннего трения Ньютона - и неньютоновские - касательные напряжения в которых не подчиняются этому закону.

Получение уравнений движения жидкостей в виде дискретных сред (как совокупности молекул) представляет собой практически неразрешимую задачу.

По этой причине в гидромеханике жидкость условно рассматривается как сплошная среда при сохранении свойств реальной жидкости.

Поскольку получение уравнений движения и равновесия жидкостей предполагает использование математического понятия бесконечно малых величин, принятие модели сплошной среды требует введения понятия физически бесконечно малого объёма.

Этот объём должен быть достаточно малым по сравнению с объёмом тела, где изучается процесс гидромеханики, но большим по сравнению с межмолекулярными расстояниями.

При этом жидкость в этом объёме должна быть достаточно однородной, что требует включения в физически бесконечно малый объём достаточно большого числа молекул, чтобы избежать влияния на свойства жидкости в данном объёме, флуктуаций на молекулярном уровне.

Физически бесконечно малый объём идентичен понятию жидкой частицы, движение которой рассматривается как движение материальной точки.

Основные физические свойства жидкостей в некоторой точке находятся как предел этих свойств, осреднённых по некоторому объёму при его стягивании в материальную точку.

Основные гидромеханические величины.

Выделим в покоящейся жидкости объём V, ограниченный поверхностью S.

Вектор сил, действующих на элемент поверхности dS, будет расположен нормально к этой поверхности, так как покоящаяся жидкость не выдерживает касательных сил, т.е. ( Рис.1)

Рис.1. К определению нормального напряжения

Проведём к поверхности dS внешнюю единичную нормаль (направленную из объёма V) . Сила будет всегда сжимающей, т.к. реальные технические жидкости практически не способны сопротивляться растягивающим усилиям без разрывов, т.е. без потери сплошности.

Основным свойством гидростатического давления является то, что его величина не зависит от ориентации площадки, на которую действует напряжение .

Поскольку в двигающейся идеальной (невязкой) жидкости отсутствуют касательные напряжения и, соответственно, действуют только , давление в такой жидкости идентично гидростатическому.

В движущейся реальной жидкости, за счёт вязкости присутствуют касательные напряжения, поэтому величина давления зависит от ориентации площадки действия. Но, для упрощения задачи, в реальной жидкости величину давления осредняют по различным направлениям и, таким образом, условно считают, что величина давления также не зависит от ориентировки площадки действия.

В этом случае величину Р называют гидродинамическим давлением.

Важнейшей величиной, характеризующей движение жидкости, является скорость физически бесконечно малого объёма (скорость в точке). Для её определения рассмотрим объём V, имеющий массу m и импульс.

Поле скоростей

В технической гидромеханике для описания движения жидкости используется метод Эйлера, согласно которому анализируется изменение гидромеханических величин в неподвижных точках пространства с течением времени. При этом рассматривается перемещение жидкой частицы за время dt на расстояния dx, dy, dz. В конечном итоге задачей кинематики и гидродинамики по методу Эйлера является определение функций:

, ,

Иначе говоря, определяется векторное поле скоростей и скалярные поля давления и плотности.

При анализе течения жидкости используют понятие линии тока, которая представляет собой линию в области движения жидкости, касательная к которой в каждой точке в данный момент времени совпадает с направлением скорости.

Для установившегося движения линии тока совпадают с траекториями движения частиц, которые определяются из системы уравнений:

, ,

где – компоненты вектора скорости .

При неустановившемся движении компоненты скорости будут зависеть также от времени. В этом случае линии тока совпадают с траекториями в том случае, если направление скорости постоянно во времени.

Список использованных литератур

Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов. Учебное пособие для вузов /Под ред.чл-корр.АН СССР П.Г.Романкова.-10-е изд., перераб. и доп.-Л.: Химия, 1987.-576с.,ил.
Дытнерский Ю.И. Процессы. Учебник для вузов.Изд.2-е. В 2-х кн.-М.: Химия, 1995.-кн.1.-400с.: ил.

Гидромеханические процессы. 2 📙 Реферат → 🆔 66438