Критерій в теоретичній механіці

Критерій подібності механічного руху виходить з рівняння, що виражає другий закон Ньютона і називається числом Ньютона:

,

де – діюча на тіло сила; – його маса; – час; l – характерний лінійний розмір.

Критерії подібності в гідрогазодинаміки

В гідромеханіці найважливішими критеріями подібності є:

• Число Рейнольдса:

.

Визначає, зокрема, перехід від ламінарного режиму до турбулентному.

• Число Маха:

.

• Число Фруда:

У цих прикладах

 – щільність рідини або газу,

 – Характерний розмір,

 – Швидкість течії,

 – динамічний коефіцієнт в'язкості,

 – кінематичний коефіцієнт в'язкості,

 – Місцева швидкість поширення звуку в рухомому середовищі.

Кожен з критеріїв подібності має певний фізичний сенс як величина, пропорційна відношенню однотипних фізичних величин. Так, число  характеризує відношення інерційних сил при русі рідини чи газу до сил в'язкості, а число  - Відношення інерційних сил до сил тяжіння.

Основними критеріями подібності процесів теплопередачі між рідиною (газом) і обтічним тілом є число Прандтля , число Нуссельта , число Грасгофа , а також число Пекле і число Стентона . Тут α – Коефіцієнт тепловіддачі, λ – Коефіцієнт теплопровідності, c_p – питома теплоємність рідини або газу при постійному тиску, – коефіцієнт температуропровідності, b – коефіцієнт об'ємного розширення, ΔT – різниця температур поверхні тіла і рідини (газу). Два останніх числа пов'язані з попередніми співвідношеннями: Ре=Pr×Re, St=Nu/Pe. Отже, для можливості узагальнення результатів експериментального дослідження, необхідно ці результати представити у вигляді функціональної залежності між критеріями подібності.

2. Фізична сутність процесу центрифугування та його застосування у хімічній технології. Типи фільтрувальних центрифуг. Схема розрахунку параметрів і технічних характеристик центрифуг.

Скорость гравитационного разделения суспензий падает по мере уменьшения размера твердых частиц и разности плотностей обеих фаз, а при ламинарном и переходном режимах осаждения – также с ростом вязкости жидкой среды. Увеличение скорости этого процесса возможно в поле центробежной силы, для чего суспензию помещают внутри цилиндрического барабана, вращающегося вокруг своей оси с большой угловой скоростью . В данном случае суспензия получает вращательное движение практически с той же угловой скоростью , поэтому твердая частица с массой , имея радиус вращения , находится не только под действием гравитационной силы , но и центробежной силы . Рассматриваемый процесс называется центрифугированием, а машины, используемые для его осуществления – центрифугами.

В практике центрифугирования , поэтому гравитационной силой можно практически пренебречь и характеризовать напряженность центробежного силового поля (силу, действующую на единицу массы) величиной . Таким образом, при центрифу­гировании ускорение оседающей твердой частицы в сравнении с гравитационным возрастает на величину , называемую фактором разделения. Так как окружная скорость , то , где – центробежный критерий Фруда.

Метод центрифугирования широко используют в различных областях техники; число типов и конструкций центрифуг весьма велико. По значению фактора разделения Ф различают осадительные центрифуги нормальные (Ф < 3500) и сверхцентрифуги, по рабочему режиму – центрифуги периодического и непрерывного действия. В зависимости от технологического назначения осадительные центрифуги подразделяются на обезвоживающие, универсальные, осветляющие и сепарирующие. Первые применяются для сильного обезвоживания высококонцентрированных суспензий средней дисперсности, вторые – для разделения средне- и низкоконцентрированных суспензий при умеренных требованиях к влажности осадка и чистоте фугата, третьи – для выделения высокодисперсной твердой фазы из низкоконцентрированных суспензий, четвертые – для разделения нестойких эмульсий. Наконец, конструктивными характеристиками центрифуг являются расположение вала и его опор, устройство последних, способ выгрузки, степень герметизации и взрывобезопасности.

Разделение неоднородных смесей в центрифугах может производиться либо по принципу отстаивания, либо по принципу фильтрации. В первом случае используют барабаны со сплошными стенками, во втором – с отверстиями; барабаны с отверстиями покрываются фильтрами.

Производительность центрифуг любого типа зависит от скорости процесса разделения, которая определяется прежде всего режимом процесса, и віражается формулой:

– фильтрующая поверхность; – давление.

Расход энергии для периодически действующей центрифуги должен быть рассчитан отдельно для пускового и рабочего периодов. При пуске центрифуги в ход энергия затрачивается на преодоление инерции массы барабана и загруженого в него материала. Мощность на валу центрифуги в рабочий период затрачивается главным образом на транспортирование осадка (в непрерывно действующих центрифугах), трение в цапфах и приводе, трение барабана о воздух, а также на преодоление гидравлических сопротивлений внутри барабана.

Касаткин стр. 240

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

3. Фізична сутність процесу сушіння та його застосування у хімічній технології. «I-d»-діаграма для вологого повітря, методика практичного використання діаграми. Зображення процесів сушіння на «I-d»-діаграмі вологого повітря.

Сушкой называется процесс удаления влаги из веществ (обычно твердых тел) путем ее испарения и отвода образующихся паров. Во всех случаях при сушке в виде пара удаляется легколетучий компонент (вода, органический растворитель). Процессы сушки применяются обычно или на конечной стадии технологического процесса с целью обеспечения высоких физико-механических характеристик получаемых продуктов, или на промежуточных стадиях, если удаление растворителя необходимо по технологическим соображениям.

Масса водяного пара, содержащегося в 1 м³ воздуха, называется абсолютной влажностью воздуха. Другими словами, это плотность водяного пара в воздухе.

При одной и той же температуре воздух может поглотить вполне определенное количество водяного пара и достичь состояния полного насыщения. Абсолютная влажность воздуха в состоянии его насыщения носит название влагоемкости.

Величина влагоемкости воздуха резко возрастает с увеличением его температуры. Отношение величины абсолютной влажности воздуха при данной температуре к величине его влагоемкости при той же температуре называется относительной влажностью воздуха.

„І-d”-диаграмма представляет собой рабочее поле в косоугольной системе координат Id, на котором нанесено несколько координатных сеток и по периметру диаграммы – вспомогательные шкалы. Шкала влагосодержания обычно располагается по нижней кромке диаграммы, при этом линии постоянных влагосодержания представляют вертикальные прямые. Линии постоянных энтальпий представляют параллельные прямые, обычно идущие под углом 135° к вертикальным линиям влагосодержания (в принципе, углы между линиями энтальпии и влагосодержания может быть и другим). В такой системе координат линии постоянных температур представляют собой прямые линии, идущие под небольшим наклоном к горизонтали и слегка расходящиеся веером.

Рабочее поле диаграммы ограничено кривыми линиями равных относительных влажностей 0% и 100%, между которыми нанесены линии других значений равных относительных влажностей с шагом 10%.

Шкала температур обычно располагается по левой кромке рабочего поля диаграммы. Значения энтальпий воздуха нанесены обычно под кривой φ = 100%. Значения парциальных давлений иногда наносят по верхней кромке рабочего поля, иногда по нижней кромке под шкалой влагосодержания, иногда по правой кромке. В последнем случае на диаграмме добавочно строят вспомо­гательную кривую парциальных дав­лений.

Точка на диаграмме отражает некое состояние воздуха, а линия – процесс изменения состояния. Опреде­ление параметров воздуха, имеющего некое состояние, отображаемое точкой А, показано на рисунке.

Диаграмма позволяет быстро определить все параметры воздуха по двум известным. Использование диаг­раммы позволяет избежать вычисле­ний по формулам и наглядно отобразить весь процесс сушки.

_________________________________________________________________________№ 13

1. Класифікація основних хіміко-технологічних процесів. Загальні принципи інженерно-технічних розрахунків параметрів та характеристик хімічних апаратів і машин: статика процесів (закони рівноваги), матеріальний та енергетичний баланси, кінетичні параметри, розміри апаратів. Методи аналізу та моделювання хіміко-технологічних процесів, поняття про подібність фізичних явищ.

Классификация основных химико-технологических процессов:

13. гидродинамические процессы;

14. тепловые процессы;

15. диффузионные процессы;

16. холодильные процессы;

17. механические процессы, связанные с обработкой твердых тел;

18. химические процессы, связанные с химическими превращениями обрабатываемых материалов.

Процессы подразделяются также на: 1) периодические, 2) непрерывные, 3) комбинированные.

Периодический процесс характеризуется единством места протекания отдельных его стадий и неустановившимся состоянием во времени. Периодические процессы осуществляют в аппаратах периодического действия, из которых конечный продукт выгружается полностью или частично через определенные промежутки времени. После разгрузки аппарата в него загружают новую порцию исходных материалов, и про­изводственный цикл повторяется снова.

Непрерывный процесс характеризуется единством времени протекания всех его стадий, установившимся состоянием и непрерывным отбором конечного продукта. Непрерывные процессы осуществляют в аппаратах непрерывного действия.

Комбинированный процесс представляет собой либо непрерывный процесс, отдельные стадии которого проводятся периодически, либо такой периодический процесс, одна или несколько стадий, которого проводятся непрерывно.

Непрерывные процессы имеют ряд существенных преимуществ по сравнению с периодическими и комбинированными: