Гидрогазодинамика. nchti_Рузанова_Гидрогазодинамика_уч_пособие (1). Гидрогазодинамика учебное пособие

• Название: Гидрогазодинамика учебное пособие
• Анкор: Гидрогазодинамика
• Дата: 11.05.2021
• Размер: 1.56 Mb.
• Имя файла: nchti_Рузанова_Гидрогазодинамика_уч_пособие (1).docx
• Тип: Учебное пособие; #203801
• страница: 2 из 17

1. Предмет гидрогазодинамики. Классификация химико-технологических процессов.

Гидрогазодинамика – связующее звено между общетеоретическими, общеинженерными и специальными дисциплинами.

Не химические технологические процессы делятся на 5 групп:

1. 
   гидромеханические (фильтрование, осаждение, центрифугирование, псевдоожижение, перемешивание в жидкой среде и т.д.);
   
2. 
   тепловые (нагрев, охлаждение, испарение, кипение, конденсация, выпаривание);
   
3. 
   холодильные (умеренное охлаждение – до 120 °К, глубокое охлаждение – ниже 120 °К);
   
4. 
   массообменные, т.е. диффузионные (аб- и адсорбция, ректификация, экстракция, сушка, кристаллизация, мембранные процессы и т.д.);
   
5. 
   механические (измельчение, т.е. дробление или помол; сортировка, т.е. классификация (грохочение); транспортировка, смешение, питание, дозирование, гранулирование твердых сыпучих материалов).
   

Предмет гидрогазодинамики изучает законы равновесия и движения жидкостей. Гидрогазодинамика состоит из двух разделов:

1. 
   гидростатика – изучает законы равновесия жидкостей, пребывающих в состоянии относительного покоя, т.е. жидкость находится в покое относительно стенок сосуда, но сам сосуд при этом может двигаться;
   
2. 
   гидродинамика – изучает законы движения жидкостей.
   

В гидрогазодинамике рассматривают 3 задачи:

1. 
   Внутренняя – движение жидкостей в трубах и каналах;
   
2. 
   Внешняя – обтекание тела потоком жидкостей или движение тела в неограниченной жидкой среде;
   
3. 
   Смешанная – движение жидкости через зернистый слой.
   

2. Основные физические свойства жидкостей

В гидрогазодинамике жидкости и газы объединяют под названием жидкости. Объясняется это тем, что при скорости, значительно ниже скорости звука, законы движения жидкости и газов практически одинаковы.

Все жидкости обладают текучестью, т.е. не способны сами удерживать свою форму. Капельные жидкости практически несжимаемы, а упругие жидкости, т.е. газы, сжимаемы.

В гидрогазодинамике для упрощения ввели понятие об идеальной жидкости. Она обладает абсолютной текучестью, т.е. совершенно не сопротивляется усилиям сдвига и растяжения и абсолютно несжимаема. Реальные жидкости сопротивляются сдвигу (обладают вязкостью), кроме того, капельные жидкости сопротивляются растяжению (обладают липкостью). Капельные жидкости (реальные) в какой-то степени сжимаемы.

Плотность ρ – масса единицы объема жидкости (кг/м³):

(1)

Удельный вес γ – вес единицы объема жидкости (Н/м³ )

(2)

Силы, действующие в жидкостях, можно разделить на массовые (объемные) и поверхностные. К массовым силам относятся силы гравитации, инерции и центробежные. К поверхностным – силы внутреннего трения и давления.

Объемные силы действуют на каждую частицу в данном объеме жидкости. Они пропорциональны объему. Поверхностные силы действуют лишь на поверхностях, отделяющих данный объем жидкости от окружающей среды. Они пропорциональны величине поверхности.

Гидростатическое давление p– нормальное напряжение внутреннего сжатия жидкостей, обусловленное действием поверхностной силой Rна площадку.

Среднее давление определяют по формуле (Па):

 (3)

Давление распределяется в объеме жидкости неравномерно. Истинное давление, т.е. в данной точке жидкости, находят по формуле:

(4)

Давление обладает двумя основными свойствами:

1. 
   всегда направленно по нормали к площадке;
   
2. 
   не зависит от ориентации площадки в пространстве.
   

Давление – это скалярная величина, а сила давления – векторная.

Рассмотрим схемы давления:



Рис.1. Схема давления

P_абс – абсолютное давление; P_атм – атмосферное давление; P_ост – остаточное давление; P_изб – избыточное давление; P_вак – вакуумное давление.

(5)

(6)

С помощью манометра измеряют Р_изб. Давление вакуума измеряют вакуумметром. Небольшие давления измеряют пьезометрами, а так же дифференциальными манометрами, т.е. в метрах столба жидкости.

Используют внесистемные размерности давления:

1. 
   одна физическая атмосфера:
   

1 атм. = 760 мм. pт. ст. = 1,013·10⁵ Па = 1, 033 ат.;

2. 
   одна техническая атмосфера:
   

1 ат. = 735 мм. рт. ст. = 9,81·10⁴ Па = 1 кг с/см² =10 м. вод. ст.;

3. 
   один бар:
   

1 бар = 750 мм. рт. ст. = 10⁵ Па = 1,02 ат.;

4. 
   один миллиметр ртутного столба:
   

1 мм. рт. ст. = 133,3 Па;

5. 
   один метр водного столба:
   

1 м. вод. ст. = 9,81 Па = 1 кг с/м².

Поверхностное натяжение вызвано стремлением жидкости уменьшить свою поверхность за счет взаимного притяжения молекул. Поверхностное натяжение развивается тонким поверхностным слоем жидкости на границе с газом, паром или со стенкой сосуда. Силы притяжения молекул в остальном объеме жидкости взаимно уравновешиваются.

Коэффициент поверхностного натяжения – отношение силы поверхностного натяжения к длине линии раздела:

(7)