Ганопольский Родион Михайлович, к.ф.-м.н., зав. каф. МФПиС ФТИ
04.09.2017
- Главная
- Разное
- Дизайн
- Бизнес и предпринимательство
- Аналитика
- Образование
- Развлечения
- Красота и здоровье
- Финансы
- Государство
- Путешествия
- Спорт
- Недвижимость
- Армия
- Графика
- Культурология
- Еда и кулинария
- Лингвистика
- Английский язык
- Астрономия
- Алгебра
- Биология
- География
- Детские презентации
- Информатика
- История
- Литература
- Маркетинг
- Математика
- Медицина
- Менеджмент
- Музыка
- МХК
- Немецкий язык
- ОБЖ
- Обществознание
- Окружающий мир
- Педагогика
- Русский язык
- Технология
- Физика
- Философия
- Химия
- Шаблоны, картинки для презентаций
- Экология
- Экономика
- Юриспруденция
Физико-математические аспекты нефтегазового дела. Прикладная физика презентация
Содержание
- 1. Физико-математические аспекты нефтегазового дела. Прикладная физика
- 2. Прикладная физика Содержание блока • Введение •
- 3. Введение
- 4. Введение • Основные обозначения • Системы измерений • Понятие «гидравлика» • Терминология
- 5. Система обозначений d— диаметр; Le— число
- 6. Система СИ Основные единицы СИ
- 7. Система СИ Производные единицы СИ
- 8. Система СИ Внесистемные единицы
- 9. Система СИ Английская система мер • Британская
- 10. Введение • Гидравлика - прикладная наука
- 11. Терминология Термодинамика • Термодинамическая фаза – гомогенная часть
- 12. Терминология Термодинамика • Гомогенная система содержит только одну
- 13. Терминология Гидравлика • Твердое тело – физическое тело
- 14. Свойства жидкостей и газов
- 15. Свойства жидкостей и газов • Механические
- 16. Механические свойства жидкостей • Плотность –
- 17. Термодинамические свойства жидкостей и газов Температура •
- 18. Термодинамические свойства жидкостей и газов Давление • Давление
- 19. Термодинамические свойства жидкостей и газов Удельная теплоемкость
- 20. Физические свойства жидкостей и газов Сжимаемость • Сжимаемость
- 21. Физические свойства жидкостей и газов Упругость • Упругость
- 22. Физические свойства жидкостей и газов Вязкость • Вязкость
- 23. Физические свойства жидкостей и газов Вязкость • Закон
- 24. Физические свойства жидкостей и газов Вязкость • Динамический
- 25. Физические свойства жидкостей и газов Вязкость • Распределение скоростей при течении вязкой жидкости вдоль стенки
- 26. Физические свойства жидкостей и газов Вязкость • Распределение скоростей при течении вязкой жидкости вдоль трубы
- 27. Физические свойства жидкостей и газов Вязкость • Распределение
- 28. Физические свойства жидкостей и газов Поверхностное натяжение
- 29. Физические свойства жидкостей и газов Поверхностное натяжение
- 30. Физические свойства жидкостей и газов Поверхностное натяжение.
- 31. Физические свойства жидкостей и газов Смачивание. Угол
- 32. Физические свойства жидкостей и газов Смачивание. Угол
- 33. Физические свойства жидкостей и газов Смачивание. Угол смачивания
- 34. Физические свойства жидкостей и газов Смачивание. Капиллярное явление
- 35. Физические свойства жидкостей и газов Растворимость газов
- 36. Физические свойства жидкостей и газов Растворимость газов в жидкостях
- 37. Физические свойства жидкостей и газов Испаряемость • Испаряемость
- 38. Физические свойства жидкостей и газов Кавитация • Кавитация
- 39. Физические свойства жидкостей и газов Кавитация
- 40. Идеальная и реальные жидкости • Идеальная жидкость
- 41. Измерение физических величин
- 42. Измерение физических величин Методы • Непосредственно прибором • Расчетные
- 43. Приборы для измерения физических величин Приборы • Термометр
- 44. Приборы для измерения физических величин Термометры • жидкостные • механические • электронные • оптические • инфракрасные • газовые
- 45. Приборы для измерения физических величин Термометры • жидкостные:
- 46. Приборы для измерения физических величин Термометры • оптические:
- 47. Приборы для измерения физических величин Барометры • Барометр —
- 48. Приборы для измерения физических величин Манометры • Манометр —
- 49. Приборы для измерения физических величин Весы и
- 50. Приборы для измерения физических величин Вискозиметры • Капиллярные • Ротационные • С падающим шариком • Пузырькового типа • Ультразвуковые
- 51. Приборы для измерения физических величин Вискозиметры • Капиллярные:
- 52. Приборы для измерения физических величин Вискозиметры • С
- 53. Приборы для измерения физических величин Ареометр • Основан
- 54. Приборы для измерения физических величин Расходомер • Расходомер —
- 55. Приборы для измерения физических величин Расходомеры, использующие
- 56. Приборы для измерения физических величин Расходомеры, использующие
- 57. Приборы для измерения физических величин Расходомеры, использующие
- 58. Приборы для измерения физических величин Расходомеры с
- 59. Приборы для измерения физических величин Расходомеры, основанные
- 60. Приборы для измерения физических величин Расходомеры, основанные
- 61. Расчётные методы измерения физических величин Пример 1
- 62. Расчётные методы измерения физических величин Пример 1.
- 63. Расчётные методы измерения физических величин Пример 2
- 64. Расчётные методы измерения физических величин Пример 2.
- 65. Гидростатика
- 66. Гидростатика • Гидростатическое давление • Основное уравнение гидростатики
- 67. Гидростатика • На жидкость, находящуюся в состоянии
- 68. Гидростатика Гидростатическое давление • Основное понятие гидростатики –
- 69. Гидростатика Гидростатическое давление • Гидростатическое давление направлено всегда
- 70. Гидростатика Основное уравнение гидростатики • X, Y, Z
- 71. Гидростатика Поверхность уровня • Поверхность уровня – поверхность
- 72. Гидростатика Давление при абсолютном покое • В состоянии
- 73. Гидростатика Анализ основного уравнения гидростатики • Гидростатическое давление
- 74. Гидростатика Условия равновесия • Открытый сосуд h =
- 75. Гидростатика Сообщающиеся сосуды с 2 жидкостями • В
- 76. Гидростатика Пример 1 • Определить абсолютное и
- 77. Гидростатика Пример 1 • Согласно основному уравнению
- 78. Гидростатика Пример 2 • Определить давление p0
- 79. Гидростатика Пример 2 • Условие равновесия для
- 80. Гидростатика Задача 1 • Определить избыточное давление
- 81. Гидростатика Задача 2 • Определить избыточное давление
- 82. Гидростатика Закон Паскаля • Давление, производимое на
- 83. Гидростатика Давление на стенки сосуда • Объединяем закон
- 84. Гидростатика Закон Архимеда • На тело, погружённое
- 85. Гидростатика Условия плавания тел • FA <
- 86. Гидростатика Равновесие плавающего тела • Для однородного
- 87. Гидростатика Примеры расчётов • Определить, будет ли
- 88. Гидростатика Примеры расчётов • Полый железный шар
- 89. Гидростатика Примеры расчётов • 1600 кг/м3 • 2,1*10-5 м3
- 90. Течение жидкости в трубопроводе
- 91. Течение жидкости в трубопроводе • Режимы течения
- 92. Течение жидкости в трубопроводе Режимы течения жидкости
- 93. Течение жидкости в трубопроводе Число Рейнольдса • В
- 94. Течение жидкости в трубопроводе Число Рейнольдса
- 95. Течение жидкости в трубопроводе Примеры • По трубопроводу
- 96. Течение жидкости в трубопроводе Пример
- 97. Течение жидкости в трубопроводе Примеры • Для
- 98. Течение жидкости в трубопроводе Уравнение непрерывности ∇ — дивергенция,
- 99. Течение жидкости в трубопроводе Уравнение сохранения • Если q — сохраняющаяся
- 100. Течение жидкости в трубопроводе Примеры • На
- 101. Течение жидкости в трубопроводе Примеры • Азот
- 102. Течение жидкости в трубопроводе Кинематика жидкости •
- 103. Течение жидкости в трубопроводе Характер движения жидкости
- 104. Течение жидкости в трубопроводе Трубка тока •
- 105. Течение жидкости в трубопроводе Расход. Уравнение расхода
- 106. Течение жидкости в трубопроводе Потоки жидкости • Потоком
- 107. Течение жидкости в трубопроводе Гидравлические элементы потока
- 108. Течение жидкости в трубопроводе Динамика жидкости • Уравнение Бернулли • Измерение расходов и скоростей жидкости • Примеры расчётов
- 109. Течение жидкости в трубопроводе Уравнение Бернулли • Уравнение
- 110. Течение жидкости в трубопроводе Энергетическая интерпретация уравнения
- 111. Течение жидкости в трубопроводе Уравнение Бернулли для
- 112. Течение жидкости в трубопроводе Уравнение Бернулли для
- 113. Течение жидкости в трубопроводе Уравнение Бернулли. Напорная
- 114. Течение жидкости в трубопроводе Измерение расходов и
- 115. Течение жидкости в трубопроводе Измерение расходов и
- 116. Течение жидкости в трубопроводе Уравнение Бернулли. Пример
- 117. Течение жидкости в трубопроводе Уравнение Бернулли. Пример.
- 118. Течение жидкости в трубопроводе Уравнение Бернулли. Пример
- 119. Течение жидкости в трубопроводе Уравнение Бернулли. Пример. Решение
- 120. Течение жидкости в трубопроводе Методы Эйлера и
- 121. Течение жидкости в трубопроводе Уравнения Эйлера для
- 122. Течение жидкости в трубопроводе Уравнения Эйлера для
- 123. Течение жидкости в трубопроводе Метод Лагранжа • Рассматривается
- 124. Течение жидкости в трубопроводе Уравнения Навье-Стокса • В
- 125. Течение жидкости в трубопроводе Уравнения Навье-Стокса •
- 126. Течение жидкости в трубопроводе Уравнения Навье-Стокса. Основные
- 127. Неньютоновские и высоковязкие жидкости
- 128. Неньютоновские жидкости • Неньютоновская жидкость - жидкость, при
- 129. Высоковязкие жидкости • Особый вид транспортировки, специальные устройства для смешивания.
- 130. Высоковязкие жидкости • Особый вид транспортировки, специальные устройства для смешивания.
- 131. Структура многофазного потока
- 132. Структура многофазного потока • Многофазные потоки возникают
- 133. Структура многофазного потока Режимы многофазного потока • Пузырьковое
- 134. Структура многофазного потока Режимы многофазного потока • Снарядный
- 135. Структура многофазного потока Режимы многофазного потока •
- 136. Структура многофазного потока Режимы многофазного потока •
- 137. Структура многофазного потока Карта Тайтеля-Даклера • Карта Тайтеля-Даклера
Прикладная физика Содержание блока • Введение • Свойства жидкостей и газов • Измерение физических величин • Гидростатика • Течение жидкости в трубопроводе • Высоковязкие жидкости • Структура многофазного потока
Слайд 1Программа «Концептуальный инжиниринг месторождений нефти и газа»
Курс «Физико-математические аспекты нефтегазового дела»
Блок
«Прикладная физика»
Слайд 2Прикладная физика
Содержание блока
• Введение
• Свойства жидкостей и газов
• Измерение физических величин
•
Гидростатика
• Течение жидкости в трубопроводе
• Высоковязкие жидкости
• Структура многофазного потока
• Течение жидкости в трубопроводе
• Высоковязкие жидкости
• Структура многофазного потока
Слайд 5Система обозначений
d— диаметр;
Le— число Льюиса;
М— число Маха;
m —масса жидкости;
Nu— число Нуссельта;
п — показатель
степени;
Pr— число Прандтля;
р — давление;
q— скоростной напор;
Re— число Рейнольдса;
Т — температура;
t— время;
Pr— число Прандтля;
р — давление;
q— скоростной напор;
Re— число Рейнольдса;
Т — температура;
t— время;
и — составляющая вектора скорости в направлении течения;
η — коэффициент динамической вязкости;
V — объем жидкости;
ν — коэффициент кинематической вязкости;
ρ — плотность жидкости или газа;
γ — удельный вес
Слайд 9Система СИ
Английская система мер
• Британская имперская система
1 баррель для сырой нефти
= 34,97 галлонам = 158,988 л (дм³)
1 тонна большая (длинная) (long ton) = 2240 фунтов = 1016,05 кг
1 морская миля (nautical mile) = 10 кабельтовым = 1,853256 км
1 акр (acre) = 4 рудам = 4046,86 м²
• Американская система мер
1 баррель для сырой нефти = 42,2 галлонов = 158,97 л (дм³)
1 морская миля = 1,852 км
1 тонна большая (длинная) (long ton) = 2240 фунтов = 1016,05 кг
1 морская миля (nautical mile) = 10 кабельтовым = 1,853256 км
1 акр (acre) = 4 рудам = 4046,86 м²
• Американская система мер
1 баррель для сырой нефти = 42,2 галлонов = 158,97 л (дм³)
1 морская миля = 1,852 км
Слайд 10Введение
• Гидравлика - прикладная наука о законах движения, равновесии жидкостей и
способах приложения этих законов к решению задач инженерной практики
физические свойства жидкостей и газов
гидростатика
гидродинамика
кинематическая гидравлика
примеры практического применения
физические свойства жидкостей и газов
гидростатика
гидродинамика
кинематическая гидравлика
примеры практического применения
Слайд 11Терминология
Термодинамика
• Термодинамическая фаза – гомогенная часть гетерогенной системы, ограниченная поверхностью раздела
• Агрегатное состояние
вещества — состояние одного и того же вещества в определённом интервале температур и давлений с определёнными, неизменными в указанных интервалах качественными свойствами
Слайд 12Терминология
Термодинамика
• Гомогенная система содержит только одну фазу; гетерогенная система состоит из двух
или более фаз
• Компоненты — независимые составляющие вещества системы, то есть индивидуальные химические вещества
• Компоненты — независимые составляющие вещества системы, то есть индивидуальные химические вещества
Слайд 13Терминология
Гидравлика
• Твердое тело – физическое тело со стабильной формой и атомами, совершающими
малые колебания около положения равновесия
• Жидкость – физическое тело, не обладающее способностью сохранять свою форму из-за слабой связи между отдельными его частицами. Жидкость принимает форму того сосуда, в котором находится
• Газ – занимает весь предоставленный объем
• К гидромеханике относят жидкие тела и газообразные тела
• Жидкость – физическое тело, не обладающее способностью сохранять свою форму из-за слабой связи между отдельными его частицами. Жидкость принимает форму того сосуда, в котором находится
• Газ – занимает весь предоставленный объем
• К гидромеханике относят жидкие тела и газообразные тела
Слайд 15Свойства жидкостей и газов
• Механические свойства жидкостей и газов
- плотность и
удельный вес
• Термодинамические свойства
- теплоемкость, температура, давление
• Физические свойства
- упругость, сжимаемость, вязкость, поверхностное натяжение, смачивание, растворимость
• Термодинамические свойства
- теплоемкость, температура, давление
• Физические свойства
- упругость, сжимаемость, вязкость, поверхностное натяжение, смачивание, растворимость
Слайд 16Механические свойства жидкостей
• Плотность – отношение массы тела к занимаемому этим
телом объему (кг/м3)
• Удельный вес – вес жидкости, приходящийся на единицу объема (Н/м3)
• Удельный вес – вес жидкости, приходящийся на единицу объема (Н/м3)
Слайд 17Термодинамические свойства жидкостей и газов
Температура
• Температура – физическая величина, характеризующая термодинамическую
систему и количественно выражающая понятие о различной степени нагретости тел.
• Обозначение – T (К)
Тс = Т – 273.15К
• 0°С – 273,15К
• Обозначение – T (К)
Тс = Т – 273.15К
• 0°С – 273,15К
Слайд 18Термодинамические свойства жидкостей и газов
Давление
• Давление — физическая величина, численно равная силе,
действующей на единицу площади поверхности перпендикулярно этой поверхности. В данной точке давление определяется как отношение нормальной составляющей силы, действующей на малый элемент поверхности, к его площади:
p = ∆F/ ∆S
• Давление газа
p = ∆F/ ∆S
• Давление газа
Слайд 19Термодинамические свойства жидкостей и газов
Удельная теплоемкость
• Количество теплоты, которое поглощается или
выделяется телом при нагреве или охлаждении пропорционально изменению температуры и массе:
• c – удельная теплоемкость материала
• c – удельная теплоемкость материала
Слайд 20Физические свойства жидкостей и газов
Сжимаемость
• Сжимаемость – свойство жидкостей и газов изменять
свой объем при изменении давления, характеризуется коэффициентом объемного сжатия (сжимаемости), представляющим относительное изменение объема жидкости при изменении давления на единицу
Слайд 21Физические свойства жидкостей и газов
Упругость
• Упругость – это способность газа принимать свой
прежний объем после снятия внешней нагрузки
E = 1/β
E = 1/β
Слайд 22Физические свойства жидкостей и газов
Вязкость
• Вязкость - свойство жидкости сопротивляться сдвигу или
скольжению её слоев. При относительном перемещении слоев жидкости на поверхности их соприкосновения возникают силы сопротивления, называемые силами внутреннего трения, или силами вязкости. Происходит взаимное "торможение" и "ускорение" соседних слоев
Слайд 23Физические свойства жидкостей и газов
Вязкость
• Закон Ньютона-Петрова:
τ – сила внутреннего трения слоев
жидкости
η – динамический коэффициент вязкости
S – площадь соприкасающихся слоев
∆U – разность скоростей двух соседних слоев жидкости, расположенных на расстоянии ∆n друг от друга по нормали
η – динамический коэффициент вязкости
S – площадь соприкасающихся слоев
∆U – разность скоростей двух соседних слоев жидкости, расположенных на расстоянии ∆n друг от друга по нормали
Слайд 24Физические свойства жидкостей и газов
Вязкость
• Динамический коэффициент вязкости
• Кинематическая вязкость - в размерность
входят только кинематические величины
ν=η/ρ
• Ньютоновские жидкости - жидкости, для которых справедлив закон Ньютона
• Неньютоновские жидкости - кефир, сметана, сгущенное молоко, томатные пасты
ν=η/ρ
• Ньютоновские жидкости - жидкости, для которых справедлив закон Ньютона
• Неньютоновские жидкости - кефир, сметана, сгущенное молоко, томатные пасты
Слайд 25Физические свойства жидкостей и газов
Вязкость
• Распределение скоростей при течении вязкой жидкости вдоль
стенки
Слайд 26Физические свойства жидкостей и газов
Вязкость
• Распределение скоростей при течении вязкой жидкости вдоль
трубы
Слайд 27Физические свойства жидкостей и газов
Вязкость
• Распределение скоростей при течении вязкой жидкости вдоль
трубы с трением
Слайд 29Физические свойства жидкостей и газов
Поверхностное натяжение
• Система, находящаяся в равновесии, занимает положение,
которое соответствует минимуму энергии
• Силы поверхностного натяжения – силы, направленные по касательной
σ = -R/L
L - длина линии, ограничивающая поверхность раздела.
• Коэффициент поверхностного натяжения
• Дополнительное давление (формула Лапласа)
ρ=σ/(1/R1+1/R2)
• Силы поверхностного натяжения – силы, направленные по касательной
σ = -R/L
L - длина линии, ограничивающая поверхность раздела.
• Коэффициент поверхностного натяжения
• Дополнительное давление (формула Лапласа)
ρ=σ/(1/R1+1/R2)
Слайд 30Физические свойства жидкостей и газов
Поверхностное натяжение. Проявления
• В невесомости капля принимает сферическую
форму
• Струя воды «сливается» в цилиндр, который затем разбивается на шаровидные капли
• Маленькие объекты с плотностью, большей плотности жидкости, способны «плавать» на поверхности жидкости
• Струя воды «сливается» в цилиндр, который затем разбивается на шаровидные капли
• Маленькие объекты с плотностью, большей плотности жидкости, способны «плавать» на поверхности жидкости
Слайд 31Физические свойства жидкостей и газов
Смачивание. Угол смачивания
• Смачивание — физическое взаимодействие жидкости с поверхностью твёрдого тела или
другой жидкости
• Полное несмачивание
• Частичное несмачивание
• Частичное смачивание
• Полное смачивание
• Полное несмачивание
• Частичное несмачивание
• Частичное смачивание
• Полное смачивание
Слайд 32Физические свойства жидкостей и газов
Смачивание. Угол смачивания
• Смачивание зависит от соотношения между
силами сцепления молекул жидкости с молекулами (или атомами) смачиваемого тела (адгезия) и силами взаимного сцепления молекул жидкости (когезия).
• Молекулы жидкости притягиваются друг к другу сильнее, чем к молекулам твёрдого тела – несмачивание
• Молекулы жидкости притягиваются друг к другу слабее, чем к молекулам твёрдого тела – смачивание
• Молекулы жидкости притягиваются друг к другу сильнее, чем к молекулам твёрдого тела – несмачивание
• Молекулы жидкости притягиваются друг к другу слабее, чем к молекулам твёрдого тела – смачивание
Слайд 35Физические свойства жидкостей и газов
Растворимость газов в жидкостях
• Растворимость газа в жидкости
– количество растворенного газа в единице объема жидкости
• Закон Генри: растворимость газа пропорциональна его давлению
• При понижении давления выделяется растворенный в жидкости газ, причем интенсивнее, чем растворяется в ней. Выделиться газ может в считанные секунды или даже доли секунды
• Закон Генри: растворимость газа пропорциональна его давлению
• При понижении давления выделяется растворенный в жидкости газ, причем интенсивнее, чем растворяется в ней. Выделиться газ может в считанные секунды или даже доли секунды
Слайд 37Физические свойства жидкостей и газов
Испаряемость
• Испаряемость – свойство капельных жидкостей превращаться в
пар
• Интенсивное парообразование по всему объему — кипение жидкости
• Свойство имеет как положительные, так и отрицательные стороны
Положительное - это возможность из нефти получать различные фракции и множество нефтепродуктов и сырья для химической промышленности; способность полного сгорания нефтепродуктов в ДВС, турбинах, котельных установок
Отрицательное - теряется большое количество нефти (до 10—12% в год от объема добычи)
• Интенсивное парообразование по всему объему — кипение жидкости
• Свойство имеет как положительные, так и отрицательные стороны
Положительное - это возможность из нефти получать различные фракции и множество нефтепродуктов и сырья для химической промышленности; способность полного сгорания нефтепродуктов в ДВС, турбинах, котельных установок
Отрицательное - теряется большое количество нефти (до 10—12% в год от объема добычи)
Слайд 38Физические свойства жидкостей и газов
Кавитация
• Кавитация – местное нарушение сплошности течения жидкости
с образованием паровых и газовых пузырей
• Процесс парообразования и последующего схлопывания пузырьков пара с одновременным конденсированием пара в потоке жидкости
• Процесс парообразования и последующего схлопывания пузырьков пара с одновременным конденсированием пара в потоке жидкости
Слайд 40Идеальная и реальные жидкости
• Идеальная жидкость – это абсолютно несжимаемая, абсолютно невязкая
и абсолютно нетеплопроводная жидкость. В природе таких жидкостей не существует
• Реальные жидкости обладают сжимаемостью, вязкостью и теплопроводностью, однако решение ряда теоретических вопросов в гидравлике значительно облегчается при использовании идеальной жидкости
• Реальные жидкости обладают сжимаемостью, вязкостью и теплопроводностью, однако решение ряда теоретических вопросов в гидравлике значительно облегчается при использовании идеальной жидкости
Слайд 42Измерение физических величин
Методы
• Непосредственно прибором
• Расчетные – с помощью формул на основании измеренных
других величин
Слайд 43Приборы для измерения физических величин
Приборы
• Термометр - температура
• Барометр и манометр – давление
• Весы
– масса
• Динамометр – сила
• Психрометр – относительная влажность воздуха
• Вискозиметр – вязкость
• Ареометр – плотность жидкостей
• Расходомер – расход вещества
• Динамометр – сила
• Психрометр – относительная влажность воздуха
• Вискозиметр – вязкость
• Ареометр – плотность жидкостей
• Расходомер – расход вещества
Слайд 44Приборы для измерения физических величин
Термометры
• жидкостные
• механические
• электронные
• оптические
• инфракрасные
• газовые
Слайд 45Приборы для измерения физических величин
Термометры
• жидкостные: основаны на принципе изменения объёма жидкости,
которая залита в термометр, при изменении температуры окружающей среды
• механические: действуют по тому же принципу, что и жидкостные, но в качестве датчика обычно используется металлическая спираль или лента из биметалла
• электронные: принцип основан на изменении сопротивления проводника при изменении температуры окружающей среды
• механические: действуют по тому же принципу, что и жидкостные, но в качестве датчика обычно используется металлическая спираль или лента из биметалла
• электронные: принцип основан на изменении сопротивления проводника при изменении температуры окружающей среды
Слайд 46Приборы для измерения физических величин
Термометры
• оптические: позволяют регистрировать температуру благодаря изменению уровня светимости, спектра и
иных параметров при изменении температуры (частный случай инфракрасные термометры)
• газовые: основаны на законе Шарля (p~T при V=const)
• газовые: основаны на законе Шарля (p~T при V=const)
Слайд 47Приборы для измерения физических величин
Барометры
• Барометр — прибор для измерения атмосферного давления
• Барометры делятся на
жидкостные и механические
в жидкостных барометрах давление измеряется высотой столба жидкости
крышка коробочки, к которой прикреплена пружина с передающим механизмом, деформируется, из-за чего стрелка на шкале показывает соответствующие данные
в жидкостных барометрах давление измеряется высотой столба жидкости
крышка коробочки, к которой прикреплена пружина с передающим механизмом, деформируется, из-за чего стрелка на шкале показывает соответствующие данные
Слайд 48Приборы для измерения физических величин
Манометры
• Манометр — прибор, измеряющий давление жидкости или газа
• Манометр делятся
на жидкостные, грузопоршневые, деформационные (с трубчатой пружиной или мембраной)
• Механическое измерение давления основывается на эластичном измерительном элементе, способном под воздействием сжимающей нагрузки деформироваться строго определенным образом и испытанную деформацию воспроизводить
• Механическое измерение давления основывается на эластичном измерительном элементе, способном под воздействием сжимающей нагрузки деформироваться строго определенным образом и испытанную деформацию воспроизводить
Слайд 49Приборы для измерения физических величин
Весы и динамометр
• Механические динамометры (рычажные и пружинные),
а также гидравлические и электрические
• Два вида механических динамометров: пружинный и рычажный
• Действие гидравлического динамометра основано на вымещении измеряемой силой жидкости из цилиндра
• Электрический динамометр состоит из датчика, который преобразует деформацию от воздействия силы в электрический сигнал
• Два вида механических динамометров: пружинный и рычажный
• Действие гидравлического динамометра основано на вымещении измеряемой силой жидкости из цилиндра
• Электрический динамометр состоит из датчика, который преобразует деформацию от воздействия силы в электрический сигнал
Слайд 50Приборы для измерения физических величин
Вискозиметры
• Капиллярные
• Ротационные
• С падающим шариком
• Пузырькового типа
• Ультразвуковые
Слайд 51Приборы для измерения физических величин
Вискозиметры
• Капиллярные: основаны на подсчёте времени протекания заданного
объёма жидкости через узкое отверстие или трубку при заданной разнице давлений
• Ротационные: два тела вращения, одинаковых или разных, совмещаются по осям так, что одно из них прикасается изнутри к другому. Пространство между телами заполняют исследуемым веществом, и к одному из тел подаётся крутящий момент
• Ротационные: два тела вращения, одинаковых или разных, совмещаются по осям так, что одно из них прикасается изнутри к другому. Пространство между телами заполняют исследуемым веществом, и к одному из тел подаётся крутящий момент
Слайд 52Приборы для измерения физических величин
Вискозиметры
• С падающим шариком: определяется по времени прохождения
шариком некоего расстояния под воздействием его собственного веса
• Пузырькового типа: основан на определении параметров движения пузырька газа, свободно всплывающего в вязкой среде
• Ультразвуковые: изменение резонансной частоты колебаний в жидкости различной вязкости
• Пузырькового типа: основан на определении параметров движения пузырька газа, свободно всплывающего в вязкой среде
• Ультразвуковые: изменение резонансной частоты колебаний в жидкости различной вязкости
Слайд 53Приборы для измерения физических величин
Ареометр
• Основан на законе Архимеда
• Плотность жидкостей сильно зависит
от температуры, измерения концентрации должны проводиться при строго определенной температуре, для чего ареометр иногда снабжают термометром
• Для практического применения ареометр градуируют в концентрации растворенного вещества, например, спиртомер
• Для практического применения ареометр градуируют в концентрации растворенного вещества, например, спиртомер
Слайд 54Приборы для измерения физических величин
Расходомер
• Расходомер — прибор, измеряющий количество вещества (объем, масса),
проходящее через данное сечение потока в единицу времени
• Делятся на:
использующие гидродинамические методы
с непрерывно движущимся телом
основанные на различных физических явлениях
основанные на особых методах
• Делятся на:
использующие гидродинамические методы
с непрерывно движущимся телом
основанные на различных физических явлениях
основанные на особых методах
Слайд 55Приборы для измерения физических величин
Расходомеры, использующие гидродинамические методы
• Парциальные расходомеры
• Расходомеры переменного давления
• Расходомер
переменного уровня
• Расходомеры обтекания
• Вихревые расходомеры
• Расходомеры обтекания
• Вихревые расходомеры
Слайд 56Приборы для измерения физических величин
Расходомеры, использующие гидродинамические методы
• Расходомеры переменного давления: измеряют
расход по перепаду давления, который создается в трубопроводе сужающим устройством, установленным внутри трубопровода
• Расходомер переменного уровня: в основе работы лежит зависимость между расходом жидкости и высотой ее уровня в сосуде, при этом жидкость должна постоянно поступать в сосуд и вытекать через небольшое отверстие
• Расходомеры обтекания: чувствительный элемент воспринимает динамическое давление потока и перемещается под его воздействием
• Расходомер переменного уровня: в основе работы лежит зависимость между расходом жидкости и высотой ее уровня в сосуде, при этом жидкость должна постоянно поступать в сосуд и вытекать через небольшое отверстие
• Расходомеры обтекания: чувствительный элемент воспринимает динамическое давление потока и перемещается под его воздействием
Слайд 57Приборы для измерения физических величин
Расходомеры, использующие гидродинамические методы
• Вихревые расходомеры: расход зависит
от частоты колебания давления. Колебания давления возникают в потоке в процессе вихреобразования или колебания струи либо после препятствия определенной формы, установленного в трубопроводе, либо специального закручивания потока
• Парциальные расходомеры: расход вещества определяется через некоторую долю основного потока в небольшой трубе, подключенной параллельно к основному трубопроводу
• Парциальные расходомеры: расход вещества определяется через некоторую долю основного потока в небольшой трубе, подключенной параллельно к основному трубопроводу
Слайд 58Приборы для измерения физических величин
Расходомеры с непрерывно движущимся телом
• Камерные счетчики и
расходомеры: отмеривают с помощью камеры одинаковые порции. Расход – количество порций.
• Силовые расходомеры: основанные на зависимости от массового расхода эффекта силового воздействия, сообщающего потоку ускорение того или другого рода (какая сила или мощность требуются)
• Тахометрические-расходомеры: имеют подвижный, обычно вращающийся элемент, скорость движения которого пропорциональна объемному расходу
• Силовые расходомеры: основанные на зависимости от массового расхода эффекта силового воздействия, сообщающего потоку ускорение того или другого рода (какая сила или мощность требуются)
• Тахометрические-расходомеры: имеют подвижный, обычно вращающийся элемент, скорость движения которого пропорциональна объемному расходу
Слайд 59Приборы для измерения физических величин
Расходомеры, основанные на различных физических явлениях
• Акустические расходомеры
• Ионизационные
расходомеры
• Оптические расходомеры
• Тепловые расходомеры
• Электромагнитные расходомеры
• Ядерно-магнитные расходомеры
• Оптические расходомеры
• Тепловые расходомеры
• Электромагнитные расходомеры
• Ядерно-магнитные расходомеры
Слайд 60Приборы для измерения физических величин
Расходомеры, основанные на особых методах
• Концентрационные расходомеры
• Корреляционные расходомеры
• Меточные
расходомеры
• Расходомеры с автоколеблющимся телом
• Расходомеры с подвижным участком трубопровода
• Струйные расходомеры
• Расходомеры с автоколеблющимся телом
• Расходомеры с подвижным участком трубопровода
• Струйные расходомеры
Слайд 61Расчётные методы измерения физических величин
Пример 1
• Сосуд заполнен водой, занимающей объем V1=2м³. При
увеличении давления на величину 200 бар при температуре 20°С объем воды уменьшился до 1,981 м³? Найти модуль упругости для воды при данной темпертуре.
Слайд 62Расчётные методы измерения физических величин
Пример 1. Решение
• Изменение объема
∆V = V2
- V1 = -0,019 м³
• Увеличение давления ∆p=200 бар=2*107 Па
• Коэффициент объемного сжатия
β = ∆V/V/∆p = 4,74*10-10 1/Па
• Модуль объемной упругости
E = 1/β = 2,11*109 Па
• Увеличение давления ∆p=200 бар=2*107 Па
• Коэффициент объемного сжатия
β = ∆V/V/∆p = 4,74*10-10 1/Па
• Модуль объемной упругости
E = 1/β = 2,11*109 Па
Слайд 63Расчётные методы измерения физических величин
Пример 2
• Определить коэффициент динамической и кинематической вязкости
воды, если шарик d = 2 мм из эбонита с ρ = 1,2*103 кг/м3 падает в воде с постоянной скоростью u = 0,33 м/с. Плотность воды ρ = 103 кг/м3 .
Слайд 64Расчётные методы измерения физических величин
Пример 2. Решение
• Сила сопротивления определяется по формуле
Стокса
F = 3*π*μ*u*d
• Вес шарика
G = ρ*g*π*d3/6
• Скорость постоянна, значит, F = G
3*π*μ*u*d = ρ*g*π*d3/6
μ = ρ*g*d2/18/u = 0,008 Па*с
• Коэффициент кинематической вязкости
ν=μ/ρ=8*10-6м2/с
F = 3*π*μ*u*d
• Вес шарика
G = ρ*g*π*d3/6
• Скорость постоянна, значит, F = G
3*π*μ*u*d = ρ*g*π*d3/6
μ = ρ*g*d2/18/u = 0,008 Па*с
• Коэффициент кинематической вязкости
ν=μ/ρ=8*10-6м2/с
Слайд 66Гидростатика
• Гидростатическое давление
• Основное уравнение гидростатики
• Давление на стенки сосуда
• Законы Паскаля и Архимеда
• Примеры расчётов
Слайд 67Гидростатика
• На жидкость, находящуюся в состоянии покоя, действуют силы, которые можно разделить
на поверхностные и массовые
• Поверхностные силы приложены к частицам жидкости, находящимся на поверхности раздела данной жидкости и другой среды
• Массовые силы воздействуют на все частицы данного объема жидкости и пропорциональны массе каждой частицы
• Основное понятие гидростатики – гидростатическое давление
• Поверхностные силы приложены к частицам жидкости, находящимся на поверхности раздела данной жидкости и другой среды
• Массовые силы воздействуют на все частицы данного объема жидкости и пропорциональны массе каждой частицы
• Основное понятие гидростатики – гидростатическое давление
Слайд 68Гидростатика
Гидростатическое давление
• Основное понятие гидростатики – гидростатическое давление
Слайд 69Гидростатика
Гидростатическое давление
• Гидростатическое давление направлено всегда по внутренней нормали к площадке, на
которой это давление действует и является сжимающим напряжением, потому что в покоящейся жидкости не могут существовать касательные и растягивающие усилия
• Величина гидростатического давления в любой точке жидкости по всем направлениям одинакова
• Различают давление абсолютное (полное) и избыточное
• Величина гидростатического давления в любой точке жидкости по всем направлениям одинакова
• Различают давление абсолютное (полное) и избыточное
Слайд 70Гидростатика
Основное уравнение гидростатики
• X, Y, Z – проекции единичных массовых сил на
соответствующие координатные оси
Слайд 71Гидростатика
Поверхность уровня
• Поверхность уровня – поверхность равного давления
• Две поверхности уровня не пересекаются
между собой
• Массовые силы направлены нормально к поверхности уровня
• Поверхность уровня на границе жидкой и газообразной среды называется свободной поверхностью
• Массовые силы направлены нормально к поверхности уровня
• Поверхность уровня на границе жидкой и газообразной среды называется свободной поверхностью
Слайд 72Гидростатика
Давление при абсолютном покое
• В состоянии абсолютного покоя под действием сил тяжести
и внешнего давления на свободной поверхности
X = 0; Y = 0; Z = -g
dp = -ρ*g*dz
p = p0 + ρ*g*h
• Основное уравнение гидростатики
• Поверхность уровня (и свободная поверхность) при абсолютном покое – горизонтальная плоскость
z = const
X = 0; Y = 0; Z = -g
dp = -ρ*g*dz
p = p0 + ρ*g*h
• Основное уравнение гидростатики
• Поверхность уровня (и свободная поверхность) при абсолютном покое – горизонтальная плоскость
z = const
Слайд 73Гидростатика
Анализ основного уравнения гидростатики
• Гидростатическое давление p есть сумма внешнего давления p0,
действующего на свободной поверхности и весового давления ρ*g*h, создаваемого весом столба жидкости высотой h
• Внешнее давление передается во все точки покоящейся жидкости без изменения, поэтому жидкость используется как среда для передачи давления (гидравлические машины) – закон Паскаля
• Поверхность уровня (и свободная поверхность) при абсолютном покое – горизонтальная плоскость
z = const
• Внешнее давление передается во все точки покоящейся жидкости без изменения, поэтому жидкость используется как среда для передачи давления (гидравлические машины) – закон Паскаля
• Поверхность уровня (и свободная поверхность) при абсолютном покое – горизонтальная плоскость
z = const
Слайд 74Гидростатика
Условия равновесия
• Открытый сосуд h = hp
• Закрытый сосуд hp = h +
(p0 - pатм)/ρ/g
• Вакуумная камера hp = h + (pатм - pабс)/ρ/g
• Сообщающиеся сосуды с 2 жидкостями
po1 – po2 = g*(ρ2h2 - ρ1h1)
• Вакуумная камера hp = h + (pатм - pабс)/ρ/g
• Сообщающиеся сосуды с 2 жидкостями
po1 – po2 = g*(ρ2h2 - ρ1h1)
Слайд 75Гидростатика
Сообщающиеся сосуды с 2 жидкостями
• В сосудах налита одинаковая жидкость, но давления
различны
po1 – po2 = g*ρ*(h2 - h1)
• В сосудах налита одинаковая жидкость и давления одинаковы (принцип сообщающихся сосудов)
h1 = h2
• Жидкость одинакова, но один сосуд открыт, а другой закрыт
hp = h + (pатм - pабс)/ρ/g
• Жидкости разнородные, несмешивающиеся, а давления сопадают
ρ2h2 = ρ1h1
po1 – po2 = g*ρ*(h2 - h1)
• В сосудах налита одинаковая жидкость и давления одинаковы (принцип сообщающихся сосудов)
h1 = h2
• Жидкость одинакова, но один сосуд открыт, а другой закрыт
hp = h + (pатм - pабс)/ρ/g
• Жидкости разнородные, несмешивающиеся, а давления сопадают
ρ2h2 = ρ1h1
Слайд 76Гидростатика
Пример 1
• Определить абсолютное и избыточное гидростатическое давление в точке А,
расположенной в воде на глубине hA=2,5м, и высоты столбов жидкости относительно точки A, если абсолютное гидростатическое давление на поверхности p0=147,2кПа.
Слайд 77Гидростатика
Пример 1
• Согласно основному уравнению гидростатики:
pабс = p0 + ρ*g*h =
171,7кПа
• Избыточное давление:
pизб = pабс - pатм = 70,375кПа
• Высота столба жидкости равна (ρрт = 13,6*103кг/м3):
hp = pизб/ρ/g
• Избыточное давление:
pизб = pабс - pатм = 70,375кПа
• Высота столба жидкости равна (ρрт = 13,6*103кг/м3):
hp = pизб/ρ/g
Слайд 78Гидростатика
Пример 2
• Определить давление p0 в резервуаре и высоту подъема уровня
h1 в трубке 1, если показания ртутного манометра h2 = 0,15м, h3 = 0,8м
Слайд 79Гидростатика
Пример 2
• Условие равновесия для ртутного манометра для плоскости:
pатм = p0
+ ρв*g*h3 + ρрт*g*h2
p0 = pатм - ρв*g*h3 - ρрт*g*h2
• Условие равновесия трубки 1:
p0 + ρв*g*h1 = pатм
p0 = pатм - ρв*g*h3 - ρрт*g*h2
• Условие равновесия трубки 1:
p0 + ρв*g*h1 = pатм
Слайд 80Гидростатика
Задача 1
• Определить избыточное давление в трубопроводе А, если высота столба
ртути по пьезометру h2 = 25 см. Центр трубопровода расположен на h1 = 40 см ниже линии раздела между водой и ртутью.
Слайд 81Гидростатика
Задача 2
• Определить избыточное давление воды в трубе по показаниям батарейного
ртутного манометра. Отметки уровней ртути от оси трубы: z1 = 1,75м, z2 = 3м, z3 = 1,5м, z4 = 2,5м
Слайд 82Гидростатика
Закон Паскаля
• Давление, производимое на жидкость или газ, передается в любую
точку без изменений во всех направлениях
Слайд 83Гидростатика
Давление на стенки сосуда
• Объединяем закон Паскаля и основное уравнение гидростатики:
p =
p0 + ρ*g*h
Слайд 84Гидростатика
Закон Архимеда
• На тело, погружённое в жидкость (или газ), действует выталкивающая
сила, равная весу жидкости (или газа) в объёме погруженной части тела
FA = ρ*g*V
• Закон Архимеда можно объяснить при помощи разности гидростатических давлений на примере прямоугольного тела
pB – pA = ρ*g*h
FB – FA = ρ*g*h*S
FA = ρ*g*V
• Закон Архимеда можно объяснить при помощи разности гидростатических давлений на примере прямоугольного тела
pB – pA = ρ*g*h
FB – FA = ρ*g*h*S
Слайд 85Гидростатика
Условия плавания тел
• FA < FT — тело тонет
• FA =
FT — тело плавает в жидкости или газе
• FA > FT — тело всплывает до тех пор, пока не начнёт плавать
• ρA < ρT — тело тонет
• ρA = ρT — тело плавает в жидкости или газе
• ρA > ρT — тело всплывает до тех пор, пока не начнёт плавать
• FA > FT — тело всплывает до тех пор, пока не начнёт плавать
• ρA < ρT — тело тонет
• ρA = ρT — тело плавает в жидкости или газе
• ρA > ρT — тело всплывает до тех пор, пока не начнёт плавать
Слайд 86Гидростатика
Равновесие плавающего тела
• Для однородного тела плавающего на поверхности справедливо соотношение
Vпогр/V
= ρт/ρж
Слайд 87Гидростатика
Примеры расчётов
• Определить, будет ли плавать на поверхности воды прямоугольная баржа,
имеющая длину l = 50 м, ширину b = 3 м и высоту бортов h = 1 м.
Масса баржи с размещенным на ней грузом равна 120 тонн.
Плотность воды принять равной ρ = 1000 кг/м3, ускорение свободного падения g = 9,81 м/с2
• Вес тела в воде в 2,7 раза меньше, чем в воздухе. Какая плотность вещества, из которого изготовлено тело?
• Вес тела в воде в 2,7 раза меньше, чем в воздухе. Какая плотность вещества, из которого изготовлено тело?
Слайд 88Гидростатика
Примеры расчётов
• Полый железный шар взвешивают в воздухе и керосине. Показания
динамометра соответственно равны 2,59 Н и 2,16 Н. Определить объем внутренней полости. Выталкивающей силой воздуха пренебречь.
• Лёд плавает в сосуде. Лёд растаял. Как изменится уровень воды?
• Пластиковая коробка с железками плавает в сосуде. Железки выпали за борт. Тот же вопрос.
• Лёд с замороженными железками (с полостью) внутри плавает в сосуде. Лед растаял. Тот же вопрос.
• Лёд плавает в сосуде. Лёд растаял. Как изменится уровень воды?
• Пластиковая коробка с железками плавает в сосуде. Железки выпали за борт. Тот же вопрос.
• Лёд с замороженными железками (с полостью) внутри плавает в сосуде. Лед растаял. Тот же вопрос.
Слайд 91Течение жидкости в трубопроводе
• Режимы течения жидкости в трубопроводе
• Законы сохранения энергия, массы
и импульса
• Кинематика жидкости
• Динамика жидкости
• Уравнение Эйлера
• Уравнение Бернулли
• Уравнение Навье-Стокса
• Уравнение Эйлера
• Кинематика жидкости
• Динамика жидкости
• Уравнение Эйлера
• Уравнение Бернулли
• Уравнение Навье-Стокса
• Уравнение Эйлера
Слайд 92Течение жидкости в трубопроводе
Режимы течения жидкости в трубопроводе
• Режимы течения жидкости и
газов разделяют на два класса:
ламинарные (струйные) - при невысокой скорости течения слои (потоки частиц) почти не перемешиваются и движутся по параллельным траекториям
турбулентные - после преодоления некоего критического значения (для различных условий оно разное), названного числом Рейнольдса, режимы течения жидкости меняются: струйный поток становится хаотичным, вихревым. Важное свойство турбулентности: оно всегда трехмерно.
ламинарные (струйные) - при невысокой скорости течения слои (потоки частиц) почти не перемешиваются и движутся по параллельным траекториям
турбулентные - после преодоления некоего критического значения (для различных условий оно разное), названного числом Рейнольдса, режимы течения жидкости меняются: струйный поток становится хаотичным, вихревым. Важное свойство турбулентности: оно всегда трехмерно.
Слайд 93Течение жидкости в трубопроводе
Число Рейнольдса
• В трубах, имеющих круглое сечение (такие используют
для монтажа напорных трубопроводов), свое число Рейнольдса – формула критического состояния описывается так: Re = 2300. Для течения по открытому руслу число Рейнольдса другое: Re = 900. При меньших значениях Re течение будет упорядоченным, при больших – хаотичным.
Recr = (ρudэ/µ)cr
ρ – плотность потока, u – характерная скорость потока; L – характерный размер потока (эквивалентный диаметр), µ – коэффициент динамической вязкости, cr – течение по трубе с круглым сечением, П – смоченный периметр
Recr = (ρudэ/µ)cr
ρ – плотность потока, u – характерная скорость потока; L – характерный размер потока (эквивалентный диаметр), µ – коэффициент динамической вязкости, cr – течение по трубе с круглым сечением, П – смоченный периметр
Слайд 95Течение жидкости в трубопроводе
Примеры
• По трубопроводу диаметром 270×10 мм перекачивается вода с
расходом 150 м3/час. Определить скорость воды в трубе и режим её движения.
• Бензол с расходом 200 т/час и средней температуре 40ºС поступает в трубный пучок одноходового кожухотрубчатого теплообменника, состоящего из 717 труб диаметром d×δ = 20×2 мм. Определить скорость бензола в трубах трубного пучка и режим его движения в них.
• Бензол с расходом 200 т/час и средней температуре 40ºС поступает в трубный пучок одноходового кожухотрубчатого теплообменника, состоящего из 717 труб диаметром d×δ = 20×2 мм. Определить скорость бензола в трубах трубного пучка и режим его движения в них.
Слайд 97Течение жидкости в трубопроводе
Примеры
• Для охлаждения бензола в межтрубное пространство кожухотрубчатого
теплообменника с диаметром кожуха D=800 мм подаётся вода со средней температурой 30ºС. Скорость воды в межтрубном пространстве должна быть 0,5 м/с. Необходимо определить расход воды в м3/час и режим её движения.
Слайд 98Течение жидкости в трубопроводе
Уравнение непрерывности
∇ — дивергенция,
ρ — количество величины q на единицу объёма (плотность
величины q),
t — время,
j — плотность потока величины q,
σ — добавление q на единицу объёма в единицу времени. Члены, которые добавляют (σ > 0) или удаляют (σ < 0) q, называются «источниками» и «стоками» соответственно.
t — время,
j — плотность потока величины q,
σ — добавление q на единицу объёма в единицу времени. Члены, которые добавляют (σ > 0) или удаляют (σ < 0) q, называются «источниками» и «стоками» соответственно.
Слайд 99Течение жидкости в трубопроводе
Уравнение сохранения
• Если q — сохраняющаяся величина
• Уравнение сохранения массы
j = ρv –
плотность потока жидкости
Слайд 100Течение жидкости в трубопроводе
Примеры
• На трубопроводе имеется переход с диаметра 50
мм на диаметр 100 мм (диаметры внутренние). По трубопроводу движется вода, имеющая температуру 20ºС. Её скорость в узком сечении 1,5 м/с. Определить:
объёмный и массовый расходы воды;
скорость воды в широком сечении;
режимы течения в узком и широком сечениях.
объёмный и массовый расходы воды;
скорость воды в широком сечении;
режимы течения в узком и широком сечениях.
Слайд 101Течение жидкости в трубопроводе
Примеры
• Азот с расходом 6400 м3/час (при н.у.)
подаётся в трубный пучок одноходового кожухотрубчатого теплообменника. Абсолютное давление газа 3 кГс/см2 (1 кГс = 9,80665 Н). Температура на входе в трубный пучок 120°С, на выходе 30°С. Число труб в аппарате 379 шт., их диаметр 16×1,5 мм. Определить:
скорость азота на входе в трубный пучок и на выходе из него;
режим движения азота на входе и на выходе.
скорость азота на входе в трубный пучок и на выходе из него;
режим движения азота на входе и на выходе.
Слайд 102Течение жидкости в трубопроводе
Кинематика жидкости
• Траектория движения частицы жидкости
• Линия тока
- векторы мгновенных местных скоростей частиц жидкости являются к ней касательными
Слайд 103Течение жидкости в трубопроводе
Характер движения жидкости
• Установившееся (стационарное) движение – это
движение, когда в каждой точке области, где движется жидкость, местные скорости во времени не изменяются: u = ƒ(х, у, z)
• Неустановившемся движением называют течение жидкости, когда в точках области, где движется жидкость, местные скорости изменяются с течением времени и его описывают уравнением u = ƒ(х, у, z, t). При неустановившемся движении линии тока и траектории частиц не совпадают.
• Неустановившемся движением называют течение жидкости, когда в точках области, где движется жидкость, местные скорости изменяются с течением времени и его описывают уравнением u = ƒ(х, у, z, t). При неустановившемся движении линии тока и траектории частиц не совпадают.
Слайд 104Течение жидкости в трубопроводе
Трубка тока
• При установившемся движении жидкости трубка тока:
форма трубки тока неизменна во времени; жидкость течет внутри трубки, не пересекая ее поверхность
• Живым сечением потока называется сечение, нормальное в каждой своей точке к линиям тока.
• Живым сечением потока называется сечение, нормальное в каждой своей точке к линиям тока.
Слайд 105Течение жидкости в трубопроводе
Расход. Уравнение расхода
• Расходом Q струи называют объем
жидкости, проходящий через данное живое сечение в единицу времени
• Для установившегося течения
dQ = u1 * dS1 = u2 * dS2 = … = un * dSn =const
• Для установившегося течения
dQ = u1 * dS1 = u2 * dS2 = … = un * dSn =const
Слайд 106Течение жидкости в трубопроводе
Потоки жидкости
• Потоком жидкости называют движущуюся массу жидкости, ограниченную
направляющими твердыми поверхностями, поверхностями раздела жидкостей или свободными поверхностями:
безнапорные потоки ограничены частично твердой, частично свободной поверхностью
напорные потоки ограничены твердыми поверхностями по всему сечению, и гидродинамическое давление в любой точке потока отлично от атмосферного
гидравлические струи ограничены только жидкостью или газовой средой.
безнапорные потоки ограничены частично твердой, частично свободной поверхностью
напорные потоки ограничены твердыми поверхностями по всему сечению, и гидродинамическое давление в любой точке потока отлично от атмосферного
гидравлические струи ограничены только жидкостью или газовой средой.
Слайд 107Течение жидкости в трубопроводе
Гидравлические элементы потока
• Смоченный периметр χ представляет собой длину
линии, по которой жидкость в живом сечении соприкасается с твердыми поверхностями, ограничивающими поток
• Гидравлический радиус R - отношение площади живого сечения потока к смоченному периметру в этом сечении
R = S/χ
• Гидравлический радиус R - отношение площади живого сечения потока к смоченному периметру в этом сечении
R = S/χ
Слайд 108Течение жидкости в трубопроводе
Динамика жидкости
• Уравнение Бернулли
• Измерение расходов и скоростей жидкости
• Примеры расчётов
Слайд 109Течение жидкости в трубопроводе
Уравнение Бернулли
• Уравнение Бернулли для элементарной струйки идеальной несжимаемой
жидкости
z1 + p1/ρ/g + (u1)2/2/g = z2 + p2/ρ/g + (u2)2/2/g
• Полный напор в данном сечении струйки = геометрический + пъезометрический напор + скоростной напор = const
z1 + p1/ρ/g + (u1)2/2/g = z2 + p2/ρ/g + (u2)2/2/g
• Полный напор в данном сечении струйки = геометрический + пъезометрический напор + скоростной напор = const
Слайд 110Течение жидкости в трубопроводе
Энергетическая интерпретация уравнения Бернулли
z1 + p1/ρ/g + (u1)2/2/g
= const
• Полная удельная энергия = удельная потенциальная энергия + удельная энергия давления (сжатия) + удельная кинетическая энергия = const
• Удельная потенциальная энергия + удельная энергия давления (сжатия) = удельная потенциальная энергия
• Полная удельная энергия = удельная потенциальная энергия + удельная энергия давления (сжатия) + удельная кинетическая энергия = const
• Удельная потенциальная энергия + удельная энергия давления (сжатия) = удельная потенциальная энергия
Слайд 111Течение жидкости в трубопроводе
Уравнение Бернулли для реальной жидкости
• Уравнение Бернулли для элементарной
струйки идеальной несжимаемой жидкости
z1 + p1/ρ/g + α1(u1)2/2/g = z2 + p2/ρ/g + α2(u2)2/2/g + hтр
• α1 и α1 – коэффициенты Кариолиса в двух сечениях, hтр – потери удельной энергии (напора) на участке между сечениями
z1 + p1/ρ/g + α1(u1)2/2/g = z2 + p2/ρ/g + α2(u2)2/2/g + hтр
• α1 и α1 – коэффициенты Кариолиса в двух сечениях, hтр – потери удельной энергии (напора) на участке между сечениями
Слайд 112Течение жидкости в трубопроводе
Уравнение Бернулли для реальной жидкости
• Уравнение Бернулли для
потока реальной жидкости - уравнение баланса энергии с учетом потерь
Слайд 113Течение жидкости в трубопроводе
Уравнение Бернулли. Напорная линия
• Гидравлический уклон J - отношение
потерь напора hтр к длине участка ℓ, на котором эти потери происходят
J = hтр/ℓ
• Коэффициент α - коэффициент кинетической энергии или коэффициент Кариолиса. Коэффициент учитывает неравномерность распределения скоростей частиц жидкости в сечении реального потока (в пределах от 1 до 2)
Eк = α1(u1)2/2/g
J = hтр/ℓ
• Коэффициент α - коэффициент кинетической энергии или коэффициент Кариолиса. Коэффициент учитывает неравномерность распределения скоростей частиц жидкости в сечении реального потока (в пределах от 1 до 2)
Eк = α1(u1)2/2/g
Слайд 114Течение жидкости в трубопроводе
Измерение расходов и скоростей жидкости
• Объемный способ измерения
- жидкость поступает в специальный мерный сосуд, время наполнения которого фиксируется по секундомеру. Если объем сосуда – V, а время его наполнения – t, то объемный расход будет равен
Q = V*t
• Весовой способ измерения - находят вес всей жидкости, поступившей в сосуд за время t, и зная плотность жидкости, определяют весовой расход как
Q = G/(ρgt)
Q = V*t
• Весовой способ измерения - находят вес всей жидкости, поступившей в сосуд за время t, и зная плотность жидкости, определяют весовой расход как
Q = G/(ρgt)
Слайд 115Течение жидкости в трубопроводе
Измерение расходов и скоростей жидкости
• Водомер Вентури
• Трубка
Пито
Слайд 116Течение жидкости в трубопроводе
Уравнение Бернулли. Пример
• Из напорного бака вода течет
по трубе диаметром d1 = 20 мм, и затем вытекает в атмосферу через насадок с диаметром выходного отверстия d2 = 10 мм. Избыточное давление воздуха в баке р0 = 0,18 МПа; высота Н = 1,6 м. Пренебрегая потерями энергии, определить скорости течения воды в трубе υ1 и на выходе из насадка.
Слайд 117Течение жидкости в трубопроводе
Уравнение Бернулли. Пример. Решение
Ввиду значительных размеров сосуда по
сравнению с поперечными размерами трубопровода скорость υ0 будет весьма мала
Слайд 118Течение жидкости в трубопроводе
Уравнение Бернулли. Пример
• Определить, на какую высоту поднимется
вода в трубке, один конец которой присоединен к суженному сечению трубопровода, а другой конец опущен в воду. Расход воды в трубе Q=0,025 м3⁄с; избыточное давление р1=49 кПа; диаметры d1=100 мм и d2=50 мм. Потерями напора пренебречь.
Слайд 120Течение жидкости в трубопроводе
Методы Эйлера и Лагранжа
• Метод Эйлера основывается на анализе течения жидкости в
различных точках пространства в данный временной отрезок. Получено из статики.
• Метод Лагранжа основывается на анализе течения каждой частицы жидкости, то есть траектории их течения.
• Метод Лагранжа основывается на анализе течения каждой частицы жидкости, то есть траектории их течения.
Слайд 121Течение жидкости в трубопроводе
Уравнения Эйлера для движущейся идеальной жидкости
• X, Y, Z
– проекции единичных массовых сил на соответствующие координатные оси
Слайд 122Течение жидкости в трубопроводе
Уравнения Эйлера для движущейся идеальной жидкости
• Уравнения не учитывают
ни сил трения, ни вязкости, т.к. уравнения получены из уравнений статики, а в статических уравнениях данные величины не фигурируют.
• Полем скорости называется совокупность всех мгновенных скоростей. Изменение этого поля описывается системой уравнений Эйлера.
• Полем скорости называется совокупность всех мгновенных скоростей. Изменение этого поля описывается системой уравнений Эйлера.
Слайд 123Течение жидкости в трубопроводе
Метод Лагранжа
• Рассматривается движение каждой частицы жидкости
• В начальный момент
времени каждая частица имеет координаты x0, y0, z0.
При движении частицы ее координаты зависят от времени
x = x(x0, y0, z0, t); y = y(x0, y0, z0, t); z = z(x0, y0, z0, t)
Здесь x0, y0, z0, t – параметры Лагранжа.
При движении частицы ее координаты зависят от времени
x = x(x0, y0, z0, t); y = y(x0, y0, z0, t); z = z(x0, y0, z0, t)
Здесь x0, y0, z0, t – параметры Лагранжа.
Слайд 124Течение жидкости в трубопроводе
Уравнения Навье-Стокса
• В векторном виде для несжимаемой жидкости
• При учёте
сжимаемости
ν — коэффициент кинематической вязкости, f — векторное поле массовых сил, η — коэффициент динамической вязкости (сдвиговая вязкость), ζ — «вторая вязкость», или объёмная вязкость.
ν — коэффициент кинематической вязкости, f — векторное поле массовых сил, η — коэффициент динамической вязкости (сдвиговая вязкость), ζ — «вторая вязкость», или объёмная вязкость.
Слайд 125Течение жидкости в трубопроводе
Уравнения Навье-Стокса
• Система дифференциальных уравнений в частных производных, описывающая
движение вязкой ньютоновской жидкости. Включает уравнение неразрывности
Слайд 126Течение жидкости в трубопроводе
Уравнения Навье-Стокса. Основные свойства
• При превышении числа Рейнольдса некоторой критической величины
аналитическое точное решение для пространственного или плоского потока даёт хаотический вид течения (турбулентность). При уменьшении числа Рейнольдса ниже критического решение опять дает нехаотический вид течения.
• Исключительная чувствительность к изменению коэффициентов уравнения при турбулентном режиме: при изменении числа Re на 0,05 % решения совершенно отличаются друг от друга.
• Исключительная чувствительность к изменению коэффициентов уравнения при турбулентном режиме: при изменении числа Re на 0,05 % решения совершенно отличаются друг от друга.
Слайд 128Неньютоновские жидкости
• Неньютоновская жидкость - жидкость, при течении которой её вязкость зависит от градиента скорости.
Такие жидкости сильно неоднородны и состоят из крупных молекул, образующих сложные пространственные структуры.
• Для неньютоновских жидкостей невозможно использовать уравнения Навье-Стокса
• 1 – ньютоновская, 2 – псевдопластичная, 3 – дилатантная,
4 – вязкопластичная (τ - касательное напряжение)
• Для неньютоновских жидкостей невозможно использовать уравнения Навье-Стокса
• 1 – ньютоновская, 2 – псевдопластичная, 3 – дилатантная,
4 – вязкопластичная (τ - касательное напряжение)
Слайд 132Структура многофазного потока
• Многофазные потоки возникают при протекании газа через жидкость (пробулькивание,
барботаж), жидкости через газ и при транспортировке смеси жидкости и газа
• Режимы многофазного потока: пузырьковая, пробковый (совокупность больших и малых, плоских пузырей различной формы, разделенных жидкостными перемычками), снарядно-пробковая, пробково-кольцевая, кольцевая, дисперсно-кольцевая, дисперсная
• Режимы многофазного потока: пузырьковая, пробковый (совокупность больших и малых, плоских пузырей различной формы, разделенных жидкостными перемычками), снарядно-пробковая, пробково-кольцевая, кольцевая, дисперсно-кольцевая, дисперсная
Слайд 133Структура многофазного потока
Режимы многофазного потока
• Пузырьковое движение характеризуется наличием в потоке воды отдельных
пузырьков газа небольших
размеров (порядка 1 мм). Размер
пузырьков, форма и распределение
зависят от величины расхода,
локальной энтальпии, плотности
теплового потока и давления.
размеров (порядка 1 мм). Размер
пузырьков, форма и распределение
зависят от величины расхода,
локальной энтальпии, плотности
теплового потока и давления.
Слайд 134Структура многофазного потока
Режимы многофазного потока
• Снарядный режим течения будет устанавливаться по мере увеличения
числа
пузырьков и роста массы газа.
Пузырьки будут объединяться и
образовывать большие соединения,
перемещающиеся в центре трубы, в
виде снаряда. Они будут отделяться
от стенки трубы тонкими слоями воды
и водяными перемычками (пробками
между собой).
Пузырьки будут объединяться и
образовывать большие соединения,
перемещающиеся в центре трубы, в
виде снаряда. Они будут отделяться
от стенки трубы тонкими слоями воды
и водяными перемычками (пробками
между собой).
Слайд 135Структура многофазного потока
Режимы многофазного потока
• Стержневой режим течения появляется по мере дальнейшего
увеличения газосодержания: происходит
объединение снарядов и образование
общего газового ядра с взвешенными
в нём каплями жидкости. На стенках
при этом движется слой жидкости.
объединение снарядов и образование
общего газового ядра с взвешенными
в нём каплями жидкости. На стенках
при этом движется слой жидкости.
Слайд 136Структура многофазного потока
Режимы многофазного потока
• Эмульсионный (дисперсный) режим течения наблюдается при ещё
большем газосодержании и
увеличении скорости потока,
который может сорвать микроплёнку,
омывающую стенки трубы.
увеличении скорости потока,
который может сорвать микроплёнку,
омывающую стенки трубы.
Слайд 137Структура многофазного потока
Карта Тайтеля-Даклера
• Карта Тайтеля-Даклера
1 - Пузырьковый режим;
2 - Пузырьково-снарядный;
3 -
Снарядный;
4 - Пенный;
5 - Кольцевой;
6 - Дисперсно-кольцевой.
4 - Пенный;
5 - Кольцевой;
6 - Дисперсно-кольцевой.
