- •1. Теория подобия и физическое моделирование процессов 6
- •Теория подобия и физическое моделирование процессов
- •Понятие о подобии физических явлений
- •Понятие об обобщённых безразмерных величинах
- •Первая теорема подобия
- •Вторая теорема подобия
- •Метод размерностей
- •Экспериментальное определение констант критериального уравнения
- •Третья теорема подобия
- •Моделирование и виды моделей
- •Процессы обработки пищи
- •Основные технические свойства пищевого сырья и продуктов
- •Процессы измельчения пищевых продуктов
- •Дробление
- •Резание
- •Резание пластинчатым ножом
- •Резание дисковым ножом
- •Процессы перемешивания пищевых продуктов
- •Перемешивание жидких и пластичных масс
- •Пенообразование и взбивание
- •Расчёт перемешивающих устройств
- •Процессы получения соков
- •Процессы обработки пищи сверхвысокочастотной энергией
- •Взаимодействие переменного электромагнитного поля с пищевыми продуктами
- •Свч печи
- •Параметры свч-нагрева
- •Оптимальная загрузка свч-печи
- •При доведении до температуры кулинарной готовности:
- •Тепловая обработка пищевых продуктов в свч-поле
- •Разогрев
- •Размораживание
- •(Масса 0,5 кг, мощность 2 кВт): 1 – судак; 2 – говядина тушеная; 3 – курица в белом соусе
- •Свч размораживатели
- •Свч сублиматоры
- •Процессы обработки пищевых продуктов и жидкостей
- •Выпечка
- •Уборочные процессы
- •Процессы удаления пыли и очистки изделий
- •Определение пыли.
- •Основные свойства пыли
- •Коагуляция пыли
- •Основные закономерности движения и осаждения пыли
- •Гравитационное осаждение
- •Осаждение под действием центробежной силы
- •Инерционное осаждение
- •Осаждение частиц пыли в электрическом поле
- •Фильтрация через пористые материалы
- •Мокрая очистка
- •Термофорез
- •Очистка изделий от пыли в быту
- •Механическая чистка изделий
- •Пневмомеханическая чистка изделий
- •Пневматическая чистка изделий
- •Процессы очистки газов, жидкостей и растворов
- •Процессы очистки газов
- •Процессы очистки жидкостей и растворов
- •Отстаивание и осаждение
- •Отстойное центрифугирование
- •Флотация
- •Фильтрование
- •Общая характеристика процесса
- •Гидравлическое сопротивление зернистого или пористого слоя при фильтровании
- •Фильтрование под действием перепада давлений
- •Фильтрование под действием центробежной силы
- •Ультрафильтрация и обратный осмос
- •Процессы кондиционирования помещений
- •И лучи тепловлажностных процессов
- •Процессы мойки бытовых изделий и посуды
- •Процессы облагораживания воздуха
- •Общие понятия о микроклимате
- •Вентилирование
- •Безразмерные характеристики различных типов вентиляторов
- •Электроотопление
- •Процессы химической чистки изделий
- •Обработка изделий струями жидкостей
- •Процессы обработки изделий из тканей
- •Процессы стирки
- •Моющий процесс при стирке
- •А) сферическая мицелла, б) пластинчатая мицелла
- •Динамика перемещения ткани во вращающемся барабане
- •Теория активаторного процесса стирки
- •Теория отжима белья
- •Процессы сушки изделий из тканей
- •Процессы фильтрации растворов
- •Теория фильтрования с образованием осадка
- •Теория фильтрования без образования осадка
- •Процессы влажно-тепловой обработки тканей
- •Процессы соединения тканей
- •Подача материалов в швейных машинах
- •Подача ниток в швейных машинах
- •Прокалывание материалов иглой
- •С материалом при прокалывании
- •Соединение ткани ниточным способом
- •Рабочие органы универсальной швейной машины
- •Процесс образования челночного стежка
- •Образование стежка на швейной машине с вращающимся челноком.
- •В зависимости от соотношения натяжения ветвей ниток
- •Процесс образования цепного (петельного) стежка
- •Образование однониточного цепного стежка на тамбурной машине с вращающимся петлителем.
- •(Римские цифры – положения отверстия)
- •Образование двухниточного петельного стежка на машине с колеблющимся крючком.
- •Расход мощности в процессе работы универсальной швейной машины
- •Процессы получения холода
- •Естественное и искусственное охлаждение
- •Влияние холода на пищевые продукты
- •Нахождения в замороженном состоянии :
- •Вспомогательные средства холодильного хранения продуктов
- •Термодинамические основы процессов трансформации тепла
- •Замораживание
- •Охлаждение
- •Домораживание
- •Способы получения низких температур
- •Расширение газов
- •Дросселирование
- •Эффект Пельтье и Ранка-Хильша
Динамика перемещения ткани во вращающемся барабане
Процессы стирки и полоскания в машинах барабанного типа основаны на принципе динамического взаимодействия материальных систем, участвующих в относительном движении барабана. На каждую материальную точку белья массой (Рис. 94) действуют силы: центростремительная, тяжести и инерции. В совокупности все эти силы определяют направление и характер движения данной материальной точки. Отношение центробежной силы к силе тяжести характеризуется критерием Фруда (фактором разделения):
,
где - угловая скорость вращения барабана; – расстояние от оси вращения до материальной точки.
Рис. 94. Силы, действующие на материальную точку во вращающемся барабане
Материальная точка массой приобретает относительное движение в барабане в сторону результирующего ускорения:
.
Движение материального потока (раствора и белья) зависит от угловой скорости барабана. Условно выделяют четыре режима [20]: лавинообразный при (Рис. 95, а), лавиноводопадный при (Рис. 95, б), водопадный (критический) при (Рис. 95, в) и закритический при (Рис. 95, г).
Рис. 95. Режимы движения материального потока при различных частотах вращения барабана:
а – лавинообразый; б – лавиноводопадный: 1 и 2 – восходящая и нисходящая ветви потока;
3 – разграничивающая зона; в – водопадный; г – закритический
Для стирки, полоскания задают лавиноводопадный режим движения. Он характеризуется тем, что в определенных точках пространства барабана происходит отделение частей белья и моющего раствора от общей массы и падение их в другую часть барабана. При этом происходит трение белья друг о друга, удар его о поверхность моющего раствора и интенсивное перемешивание. Различают две части потока: восходящую и нисходящую ветви.
Восхождение потока белья вместе с частью жидкости происходит из левого нижнего квадранта окружности барабана в левый верхний квадрант (Рис. 96).
Рис. 96. Движение потока белья
Рассмотрим движение материальной точки потока относительно барабана, на поверхности которого она находится. Сила, стремящаяся придать точке скольжение, - составляющая силы тяжести:
,
где - угол подъема точки в нижнем квадранте.
Силе скольжения противодействует сила трения:
,
где – коэффициент трения; - радиус барабана.
Точка не будет скользить по барабану, пока , т.е. , или пока не будет достигнуто условие:
Если барабан неподвижен , то . Соотнеся с углом трения , получим:
.
Это означает, что при неподвижном барабане угол не может превысить угол трения . При вращающемся барабане и подъеме точки выше горизонтального диаметра барабана ее положение будет характеризоваться углом . При этом на точку перестанет действовать составляющая силы трения от силы тяжести . Если угол таков, что , т.е. , то тело в точке будет падать в нижнюю часть барабана по параболе как свободное тело, брошенное со скоростью под углом к горизонту . Угол называют при этом углом отрыва.
До наступления отрыва возможно движение точки с проскальзыванием. Оно наступает, когда угол достигает значения, определяемого по уравнению .
Из-за различия между коэффициентами трения движения и трения покоя формула дает два значения угла : и соответственно. Это означает, что во вращающемся барабане точка поднимается на угол , затем начинает скользить вниз до положения . После этого процесс повторяется.
Движение точки в -м слое восходящего потока происходит при соответствующих значениях , , и . По уравнению можно сделать вывод, что угол по слоям восходящего потока – величина переменная, зависящая от скорости .
Относительная скорость скольжения двух смежных слоев вызывает взаимное трение белья в процессе стирки и полоскания.
Нисхождение потока характеризуется падением белья в нижнюю часть барабана. Траектория точки белья представляет собой кривую , состоящую из двух ветвей: (подъем после отрыва от барабана со скоростью ) и (свободное падение).
Высоту ветви можно определить из уравнения движения тела , но , следовательно, время падения , где , – частота вращения и диаметр рабочего барабана. Учитывая это уравнение, находим:
.
Отрыв белья от стенки барабана произойдет в момент, когда составляющая силы тяжести станет равной центробежной силе, т.е.:
.
С учетом данного равенства уравнение примет вид:
После некоторых преобразований найдем координаты точки падения белья:
.
Полная высота падения белья:
.
Величина достигнет максимума при условии:
0;
;
.
Мощность, необходимую для вращения барабана при стирке и полоскании, можно определить на основе следующей схемы (Рис. 97).
Рис. 97. Схема для определения полезной мощности барабана
Масса белья, находящегося в жидкости внутри вращающегося барабана принимает форму, близкую к форме цилиндрического сегмента . Центр тяжести сегмента (точка ) смещается в сторону вращения. Полезный момент силы сопротивления вращению барабана:
,
где - сила тяжести массы изделий и жидкости в барабане; расстояние от оси вращения барабана до центра тяжести белья и жидкости в барабане; - угол поворота сегмента.
Масса мокрого белья в барабане:
,
где - масса сухого загружаемого белья; - масса жидкости, впитанной бельем (для воды и водных моющих растворов в тканых изделиях .
Масса жидкости, увлекаемой бельем при вращении барабана:
.
Общая масса .
Объем, занимаемый мокрым бельем и свободной жидкостью:
,
где - плотности сухого белья и жидкости соответственно.
Обычно принимают .
Тогда
Положение центра тяжести сегмента находится из геометрических соотношений:
,
где - длина хорды сегмента; - площадь сегмента.
Площадь сегмента - это часть площади поперечного сечения барабана , где - длина барабана.
Длина хорды связана с центральным углом сегмента через радиус барабана : , а угол находится из соотношения: .
Из формулы получим:
Угловую скорость следует задавать так, чтобы при лавиноводопадном режиме обеспечить наибольшую высоту падения отделившихся от основной массы частей белья. Этому соответствует угол отрыва . Из соотношений и определим оптимальную угловую скорость барабана при стирке и полоскании:
.
Подставив значения и других параметров в формулу , определим .
Мощность на валу барабана для преодоления полезного сопротивления должна составлять:
,
где – коэффициент, учитывающий неравномерность полезной нагрузки вследствие падений и ударов белья внутри барабана
Мощность для преодоления силы трения в подшипниках:
где – коэффициент трения в подшипниках (для шарикоподшипников ); - масса барабана ( , кг); - вектор силы натяжения ремня привода ( Н).
В период пуска барабана необходима дополнительная мощность:
- на подъем центра тяжести сегмента: ;
- на преодоление сил инерции масс барабана, белья и жидкости при разгоне барабана: , где - моменты инерций массы барабана и массы белья и жидкости ; ); - время разгона.
Если принять, что разгон барабана совершается за половину оборота, то:
.
Полная мощность при стирке и полоскании:
.