Закономерности турбулентного течения реальной жидкости в трубопроводе. Какие силы являются преобладающими? Объяснить физический смысл критерия Рейнольдса.

Ответ: Критерий Рейнольдса Re=wdρ ⁄ μ это соотношение сил инерции и сил вязкости. Можно утверждать, что увеличение Re означает относительное возрастание сил инерции, уменьшение Re – возрастание сил вязкости (внутреннего трения). Рейнольдс установил, что склонность жидкости к турбулентному течению возрастает при увеличении ее плотности и понижении вязкости. При увеличении Re в прямых круглых трубах сверх 10⁴ течение становится существенно турбулентным (преобладают силы инерции). Однако вблизи стенок канала (в очень тонком слое), где скорости малы, течение остается близким к ламинарному. В турбулентном ядре перенос импульса осуществляется преимущественно за счет пульсационного движения так называемых ансамблей. Перемещаясь из одной области течения в другую, они стремятся по инерции сохранить свою первоначальную скорость в направлении движения. Смешиваясь с остальной жидкостью, быстрые ансамбли увеличивают ее скорость, медленные – уменьшают. В результате в поперечном сечении турбулентного ядра происходит существенная нивелировка осредненных скоростей в направлении движения потока. Именно в этом проявляется преобладающая роль сил инерции в турбулентных течениях. Лишь при очень высоких Re (для круглых труб свыше 2•10⁷) пристенный слой оказывается практически сорванным – доминируют силы инерции, а влияние сил вязкости вырождается.

5. Дать определение поверхности уровня в гидравлике. Чем характеризуется поверхность уровня? Привести примеры поверхности уровня.

Ответ: Поверхность уровня - совокупность точек пространства с одинаковым давлением. Вдоль каждой такой поверхности давление не изменяется (p=const), так что dp=0. Уравнение поверхности уровня в дифференциальной форме имеет вид:

p_xdx+p_ydy+p_zdz=0

Примером поверхности уровня может служить поверхность жидкости в неподвижном сосуде на постоянной глубине.

6. При выводе уравнения для перепада давления в неподвижном зернистом слое используют понятия «идеальный» и «фиктивный» слой. Равенство какого параметра для этих слоёв необходимо принять для вывода указанного уравнения? Нарисовать кривые псевдоожижения ∆ p = ƒ (w) для идеального и реального слоёв.

Ответ: Идеальный слой – слой, составленный из одинаковых шарообразных зерен. Фиктивный слой – слой, обладающий тем же гидравлическим сопротивлением, что и идеальный, но газ в ФС движется по прямым каналам, а не по искривленным, как в ИС

Кривые псевдоожижения: а-идеальная, б-реальная.

На рис.а-идеальная кривая для аппарата постоянного поперечного сечения f. На участке 0-А, где w<w₀, слой еще неподвижен. В точке А воздействие газового потока становится равным весу ТМ в аппарате, и слой переходит в псевдоожиженное состояние. При дальнейшем повышении скорости в аппарате с постоянным сечением перепад давления не будет меняться на всем диапазоне ПОС-состояния.

Реальная кривая отличается от идеальной

· Наличием пика давления в близи начала ПО. Причина – необходимость преодоления сцепления частиц друг с другом и со стенками аппарата.

· Некоторым отклонением ∆р_пс от постоянной величины на участке АВ, это связано с ликвидацией застойных зон

· Наличием гистерезиса, которое объясняется более плотной упаковкой частиц при прямом ходе и менее плотной при обратном. Меняется порозность, меняется и ∆р

7. Записать формулу для определения перепада давления псевдоожиженного слоя, если известны характеристики слоя: плотность твердых частиц (ρ_т), плотность ожижающего агента (ρ), порозность (εо) и высота (Hо) неподвижного зернистого слоя. От каких факторов зависит перепад давления псевдоожиженного слоя?

Ответ: Δр_пс=(ρ_т-ρ)g(1-ε₀)H₀

Это выражение справедливо для точки А, когда w=w₀. Для этой точки, принадлежащей одновременно к псевдоожиженому и неподвижному слоям, ε= ε₀ и Н= H₀.

а б

Кривые псевдоожижения: а-идеальная, б-реальная.

На рис.а-идеальная кривая для аппарата постоянного поперечного сечения f. На участке 0-А, где w<w₀, слой еще неподвижен. В точке А воздействие газового потока становится равным весу ТМ в аппарате, и слой переходит в

псевдоожиженное состояние. Как следует из формулы, перепад давления зависит от плотности, высоты и порозности ПОС