Метод гидромех 2014_3

Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/)

2

Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт за курсом «Процеси і апарати харчових виробництв». Розділ «Гідромеханічні процеси» для студентів напряму 6.051701 денної і заочної форм навчання /Укладачі С.М. Перетяка, О.В. Зиков. За ред. О.І. Шиянова - Одеса: ОНАХТ, 2014 - 24с.

Укладачі С.М. Перетяка, канд. техн. наук, доцент О.В. Зиков, канд. техн. наук, доцент

За редакцією О.І. Шиянова, канд. техн. наук, доцента

Відповідальний за випуск зав. кафедри процесів, апаратів та енергетичного менеджменту О.Г. Бурдо , д-р техн. наук, професор

Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/)

3

Вступ

Дані методичні вказівки розроблені для проведення лабораторних робіт за курсом «Процеси і апарати харчових виробництв», розділ «Гідромеханічні процеси».

Гідромеханіка вивчає рівновагу, рух та взаємодію рідин і газів з тілами, які в них занурені або рухаються. У гідромеханічних процесах харчових виробництв вирішуються дві основні задачі неоднорідних систем:

1)отримання;

2)розділення.

До процесів отримання неоднорідних систем відносяться процеси перемішування, диспергування, піноутворення та псевдозрідження. Основними процесами розділення є осадження, фільтрування, центрифугування та мембрані процеси.

Під неоднорідною системою розуміють систему, яка складається із двох або декількох фаз, кожна з яких має свою поверхню розділу і може бути відокремлена механічним шляхом від іншої фази. Неоднорідна система складається із внутрішньої або дисперсної фази та зовнішньої фази, або дисперсійного середовища, в якому знаходяться частини дисперсної фази. Залежно від типу дисперсної та дисперсійної фаз розрізняють наступні неоднорідні системи (таблиця 1).

Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/)

5

ρ – густина рідини, кг/м;

n – частота обертання мішалки, с-1; d – діаметр мішалки, м.

Константи, що входять в рівняння (1), розраховують, використовуючи результати дослідів.

Для визначення постійної C і показника ступеня к критеріальну залежність (1) шляхом логарифмування перетворюють в рівняння прямої лінії.

lg(Euм)=lg(C)+k·lg(Reм) (4)

Якщо побудувати графік в координатах lg(Euм)=f(lg(Reм)), то показник ступеня k може бути знайдений, як тангенс кута нахилу прямої лінії, а потім можна розрахувати константу C.

2.Опис установки

Уциліндричній судини (1) обертається мішалка (2), укріплена на вертикальному валу. Вал приводиться в обертання електродвигуном постійного струму (3), частота обертання якого змінюється залежно від напруги живлення.

Напруга змінюється за допомогою лабораторного трансформатора 5. Частота обертання вимірюється частотоміром 4.

Для визначення сили струму послідовно з двигуном змонтований зразковий опір ( R = 50 Ом). Падіння напруги на двигуні і зразковому опорі вимірюється вольтметром 6.

На початку роботи вимірюють геометричні характеристики установки, діаметри мішалки, судини, висоту мішалки, висоту рідини в судині, температуру рідини. Включають живлення стенду, за допомогою електроліфта піднімають мішалки в крайнє верхнє положення. Включають вольтметр і через деякий час після перевірки приладів приступають до вимірювань.

Спочатку вимірюють потужність, що витрачається на приведення в обертання мішалки в повітрі при різній частоті обертання (наприклад, 100, 150, 200,

Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/)

7

4.4Для кожного з п’яти дослідів розраховують числа Euм та Reм за формулами 2 і 3.

4.5Для кожного з п’яти дослідів розраховують lg(Euм) і lg(Reм)

4.6Результати розрахунків заносять в таблицю

4.7Будують графік лінійної залежності lg(Euм)=f(lg(Reм)).

4.8Із графіка визначають коефіцієнт k рівняння 1 як k = –AO/BO.

Рис. 2 Залежність lg(Euм)=f(lg(Reм)).

4.9Для будь якої точки графіку визначають значення константи С як:

СEuм

k

Re

5.Звіт о виконаній роботі повинен містити:

1.Мета роботи.

2.Основні теоретичні положення.

3.Схема установки.

4.Таблиці вимірювань та розрахунків.

5.Результати розрахунків у вигляді рівняння залежності числа Euм від числа Reм.

6.Висновки.

Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/)

8

6.Контрольні запитання

1.Для чого використовується перемішування?

2.Які неоднорідні системи вам відомі?

3.Які бувають способи перемішування?

4.Які існують типи механічних мішалок?

5.Від чого залежать витрити енергії на механічне перемішування?

6.Як визначити витрати енергії на процес перемішування?

Лабораторна робота № 2

ВИВЧЕННЯ ПРОЦЕСУ ПСЕВДОЗРІДЖЕННЯ

Мета роботи: отримання експериментальної залежності гідравлічного опору шару зернистого матеріалу від швидкості газу; визначення швидкості псевдозрідження та винесення частинок.

1. Теоретичні відомості

Псевдозрідження – це процес проходження повітря або рідини через шар зернистого матеріалу з певною швидкістю, при якій він переходить у завислий стан та набуває властивості текучості. Зовні такий шар нагадує киплячу рідину, тому його ще називають киплячим шаром. У псевдозрідженому шарі проводять процеси змішування, теплообміну, сушіння, адсорбції та інші. Переваги псевдозрідження:

-значне прискорення теплових та масообмінних процесів, інколи у сотні разів, у порівнянні з нерухомим шаром;

-тверді частинки в псевдозрідженому стані можна транспортувати по

трубах;

-перемішування твердих частинок в псевдозрідженому стані виключає локальний перегрів частинок.

Недоліки псевдозрідження:

-руйнування твердих частинок у результаті їх хаотичного руху;

-ерозія апаратури;

-виникнення зарядів статичної електрики;

-необхідність встановлення пиловловлювачів.

Якщо газ рухається через шар зернистого матеріалу, то залежно від середньої швидкості його руху можливі три варіанти взаємодії: фільтрування, псевдозрідження, транспортування завислих частинок потоком.

Рух газу через зернистий шар з малими швидкостями, коли частинки залишаються нерухомими, називається фільтрацією.

Зі збільшенням швидкості газу до такого значення, при якому підіймальна сила потоку стає рівною вазі шару частинок, шар набуває текучості та пере-

Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/)

9

ходить у псевдозріджений стан. Швидкість потоку ωкр, що відповідає цьому моменту, називається критичною швидкістю.

За більшою швидкості потоку газу підіймальна сила стає більшою за вагу шару, частинки захоплюються потоком і починають переміщатися разом із ним, тобто розпочинається процес транспортування матеріалу. Швидкість, яка відповідає цьому моменту, називається швидкістю винесення ωвин.

2. Опис установки

Схема установки представлена на рис.1. Установка складається з прозорого циліндра (1), сітки (2), вентилятора (3), анемометра (4), мікроманометра

(5). Повітря в установку подають знизу за допомогою вентилятора, оберти якого регулюють за допомогою трансформатора (6). При проходженні повітрям шару продукту (7), що знаходиться на сітки, відбувається падіння тиску, яке фіксується мікроманометром. Швидкість повітря, яке проходить через шар продукту, вимірюють анемометром.

Рис.1. Схема установки 1 – циліндр, 2 – сітка, 3 – вентилятор, 4 – анемометр, 5 – мікроманометр, 6 –

трансформатор, 7 – шар продукту.

Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/)

10

3. Результати вимірювань

4.Обробка результатів вимірювань

4.1За температурою, t, °C визначають з таблиці 2 додатка густину ρс, (кг/м3)та

динамічну в’язкість µс, (Па·с) повітря 4.2 Визначають опір шару матеріалу, Па

де К – коефіцієнт (вказано на мікроманометрі);

ρ– густина рідини у мікроманометрі, кг/м3, ρ = 850 кг/м3

4.3Будують графік залежності ΔP = f(ω)

ΔP

ωкр ω

Рис.2.

4.4За графіком визначають критичну швидкість псевдозрідження ωкр

4.5Визначають число Лященко (для газового середовища)

де ρч – густина частинки, кг/м3, ρч = 2200 кг/м3.

4.6 За графіком залежності Ly = f(Ar) (рис.3) знаходять при ε = 0,4 (ε – порізність шару) відповідне значення числа Архімеда