Методические рекомендации к изучению дисциплины и к организации самостоятельной работы студентов для модульно-рейтинговой технологии обучения Бийск (стр. 11 из 29)
Обычно в аппаратах наибольший вклад в общие потери напора приходится на долю местных сопротивлений, поскольку в большинстве случаев промышленные аппараты не являются полыми, а заполнены различными материалами и устройствами, которые существенно и многократно изменяют направление и сечение потоков газа и жидкости при их движении через аппарат.
Однако выбор скорости потока в химических аппаратах усложняется рядом обстоятельств, специфичных для каждой группы аппаратов. Поскольку скорость потока существенно влияет на тепло- и массоперенос, выбор скорости потока в аппарате должен быть тесно увязан с расчетом процесса, осуществляемого в том или ином аппарате.
Структура потоков в аппарате намного сложнее, чем в трубопроводах. Наличие продольного перемешивания в реальных системах приводит к неодинаковому времени пребывания частиц потока в аппарате и уменьшению движущей силы процесса, что отрицательно сказывается на его эффективности. Совокупную информацию о характере движения среды в аппарате содержат функции распределения (дифференциальная и интегральная) частиц потока по времени пребывания. По виду функции распределения классифицируют модели потоков, наиболее простыми из которых являются модели идеального вытеснения (ИВ) и идеального смешения (ИС).
По форме полученной из опыта выходной кривой судят о типе модели. Затем стремятся подобрать такие значения параметров модели (n или РeЭ), чтобы расчетная кривая наилучшим образом совпала с экспериментальной. Если это удалось, значит модель выбрана удачно, она адекватна реальному процессу.
3.6 План-график изучения модуля № 2
| Неделя | № лекции | Краткое содержание лекции | Тема практического занятия | Название лабораторной работы | Самостоятельная работа |
| 1 | 1 | Предмет гидравлики. Представление о жидкостях как о сплошных средах. Основные свойства жидкостей. Гидростатика. Дифференциальные уравнения равновесия и распределение давления в покоящейся среде. Закон Паскаля. Сила давления жидкости на ограничивающие поверхности | 1. Основные понятия и определения гидравлики. Гидростатика | 1. Определение силы давления жидкости на стенки. 2. Изучение режимов движения реальной жидкости | 1. Подготовка к занятиям. 2. Изучить тему «Практическое приложение закона Паскаля» |
| 2 | 2 | Гидродинамика. Режимы движения жидкости и их основные закономерности. Основные уравнения гидродинамики. Гидродинамическое подобие | 2. Основные уравнения гидродинамики | 1. Подготовка к занятию. 2. Повторить тему «Законы переноса» | |
| 3 | 3 | Течение в трубах и каналах. Уравнение Бернулли для идеальной и реальной жидкостей. Определение расходов при истечении жидкостей через отверстия и насадки. Гидравлические сопротивления при течении жидкостей | 3. Гидравлические сопротивления при движении реальных жидкостей | 1. Определение потерь напора на трение и местные сопротивления. 2. Изучение структуры потоков в аппарате | 1. Подготовка к занятию. 2. Изучить тему «Практическое приложение уравнения Бернулли» |
| 4 | 4 | Расчет потребного напора для перемещения жидкостей. Проектный расчет диаметра трубопроводов и аппаратов. Оптимальные скорости потоков. Структура потоков и распределение времени пребывания частиц в аппаратах | Гидравлические расчеты и структура потоков в аппаратах | 1. Подготовка к занятию. 2. Выполнение ИРЗ-1 | |
| 5 | 5 | Консультации | |||
| Промежуточный экзамен 2 | |||||
3.7 Планы практических занятий
Занятие № 1
Тема: Основы гидравлики: основные понятия и определения. Гидростатика.
Цель: Изучение основных понятий и модельных представлений гидравлики, свойств жидкостей, законов гидростатики. Практическое знакомство с элементами гидравлических расчетов.
План проведения занятия
1. Обсуждение следующих тем и вопросов:
1) текучие среды: виды, место и значение в химической технологии. Влияние состояния однофазных текучих сред (покой, движение, перемешивание) на интенсивность переноса субстанций: импульса, энергии и вещества [1, 7, 8] (Сообщение);
2) составные части, основные понятия и модели гидравлики. Силы, действующие в реальной жидкости в случае абсолютного и относительного покоя; взаимосвязь с потоком импульса [1, 5, 6, 7, 8];
3) основные свойства жидкостей: плотность (жидкостей, газов и паров, относительная, насыпная); удельный объем, удельный вес; адгезия; поверхностное натяжение; упругость насыщенного пара; давление (определение, единицы измерения, свойства, виды, приборы для измерения) [1, 2];
4) основное уравнение гидростатики. Уравнение поверхностей уровня. Свободная поверхность [1, 5, 6, 7];
5) закон Паскаля и области его практического применения. [1, 5, 6, 7] (Сообщение);
6) давление покоящейся жидкости на дно и стенки сосуда. [1, 5, 6, 7];
2. Решение задач: 1–3, 4, 5, 6, 7 [2]
Подготовка к занятию
1. Изучить материалы лекций и литературу [1, 5, 7] по теме занятия.
2. Подготовить мотивированные конспекты ответов на вопросы, указанные в тестовом задании № 1.
3. Знать определения основных терминов и понятий.
Основные понятия и термины
жидкость
идеальная жидкость
сплошная среда
гидростатика давление
поверхность уровня
свободная поверхность
пьезометрическая высота
пьезометрический напор
центр давления
гидростатический напор
удельный объем
Литература
[1], С. 32–38, 93–98; [5], С. 15–30; [7], С. 12–14, 29–31.
Занятие № 2
Тема: Основные уравнения гидродинамики.
Цель: Изучить основные законы гидродинамики и получить практические навыки гидравлических расчетов.
План проведения занятия
1. Обсуждение следующих тем и вопросов:
1) внутренняя, внешняя и смешанная задачи гидродинамики;
2) вязкость жидкостей как механизм переноса импульса. Ньютоновские и неньютоновские жидкости;
3) основные уравнения гидродинамики. Гидродинамическое подобие;
4) гидродинамические режимы движения. Структура турбулентного потока жидкости. Основные закономерности ламинарного режима течения;
5) уравнения Бернулли для идеальной и реальной жидкости. Статическое, динамическое и полное давление. «Потерянный» напор»;
6) приборы для измерения скорости и расхода жидкостей;
2 Решение задач: № 1–11, 12, 17, 18, 19, 20 [2].
Подготовка к занятию
1. Проработать конспект лекций и рекомендованную учебную литературу [1, 2, 5, 6].
2. Выучить определения терминов и понятий.
3. Подготовить мотивированные конспекты ответов к тестам практического занятия № 2.
Основные термины и понятия
вязкость
смоченный периметр
эквивалентный диаметр
средняя скорость движения жидкости
материальный баланс потока
объемный расход
массовый расход
живое сечение потока
ламинарный режим
турбулентный режим
пограничный слой
вязкий подслой
масштаб турбулентности
гидродинамический напор
полная удельная энергия жидкости
Литература
[1], С. 49–52, 55–60, 98–103, 112–115; [2], [5], С. 30–56; [6].
Занятие № 3
Тема: Гидравлические сопротивления при движении реальных жидкостей в трубопроводах и аппаратах.
Цель: Получить практические навыки гидравлических расчетов. Показать применение общих методов анализа и расчета процессов химической технологии к изучению равновесия и движения жидкостей.
План проведения занятия
1. Обсуждение следующих тем и вопросов:
1) виды гидравлических сопротивлений и методы их расчета;
2) применение общих подходов к анализу и расчету процессов химической технологии при изучении гидродинамических процессов. Технико-экономические расчеты;
3) расчет диаметров трубопроводов и аппаратов.
2. Решение задач: 1–25, 28, 29, 31 [2]
Подготовка к занятию
1. Проработать конспекты лекций и рекомендованную литературу [1, 5, 6, 7].
2. Знать определения терминов и понятий.
3. Выполнить тестовое задание № 3.
потерянный напор
диссипация энергии
коэффициент гидравлических сопротивлений
гладкое течение
движущая сила гидродинамических процессов
местное сопротивление
эквивалентная длина
зона стабилизации
оптимальная скорость потока
оптимальный диаметр трубопровода
автомодельный режим движения
скоростной напор
Литература
[1], С. 103–108; [5], С. 45–61; [6], С. 31–97 [7].
Занятие № 4
Тема: Гидравлическое сопротивление и структура потоков в аппаратах.
Цель: Изучить модельные представления и закономерности движения потоков в аппаратах. Выявить влияние гидродинамических параметров на протекание процессов переноса.
План проведения занятия
1. Обсуждение вопросов:
1) расход энергии на перемещение жидкостей по трубопроводам и через аппараты;
2) влияние структуры потоков на протекание процессов переноса;
3) математическое описание гидродинамической структуры идеальных и реальных потоков;
4) дифференциальные и интегральные функции распределения времени пребывания частиц в аппарате.