Определение гидравлических сопротивлений в молочном трубопроводе

Цель работы:

- изучить устройство молочного трубопровода;

- определить геометрические параметры элементов трубопровода;

- составить схему трубопровода;

- определить общие гидравлические сопротивления, сумму коэффициентов местных сопротивлений, скорость и режим течения жидкости в молочном трубопроводе;

- сравнить расчетный расход воды с показаниями водосчетчика.

Приборы и инструменты: манометр, водосчетчик, штангенциркуль, линейка (рулетка), секундомер, тахометр

Рекомендуемая литература: 1, 6, 9

Методика проведения работы

1. Разобрать трубопровод и определить форму его входной кромки (острая, тупая, закругленная), а также внутренний диаметр и длину его участков.

2. Собрать трубопровод.

3. Разобрать центробежный насос, определить диаметр рабочего колеса и вновь собрать насос.

4. Определить количество местных сопротивлений (кранов, отводов, расширений и сужений).

5. Определить радиус закругления отводов.Составить схему трубопровода.

6. Наполнить приемный бак водой до уровня, заданного преподавателем.

7. Открыть краны (повернуть их на заданные преподавателем углы) на входном и выходном патрубках центробежного насоса.

8. Записать показания водосчетчика и одновременно включить насос и секундомер.

9. Во время работы насоса определить давление воды.

10. При полном исчезновении воды из приемного бака быстро выключить насос (и одновременно выключить секундомер) и записать показания водосчетчика.

11. Сравнить расчетный расход воды с показаниями водосчетчика. В случае расхождения результатов дать объяснения.

Все результаты измерений и расчетов занести в протоколы № 1, 2 и 3.

Протокол № 1 измерений и расчетов

 

 

 

Трубопровод с условным диаметром	Внутренний диаметр трубопровода, м	Длина участка трубопровода, м	Общая длина трубопровода L, м
l1	l2	…	ln
Dу =38 мм	d1
Dу =50 мм	d2

 

 

Протокол № 2 измерений и расчетов

 

 

Трубопровод с условным диаметром	Местные сопротивления
краны	отводы	расширения (количество)	сужения (количество)
кол-во	кол-во	радиус закруг- ления, м	внезап-ных	посте-пен-ных	внезап-ных	посте-пен-ных
Dу =38 мм
Dу =50 мм

Протокол № 3 измерений и расчетов

Показания водосчетчика, м^3	Объем воды в баке м^3	Длительность ьперекач ки Т,с	Расход М, м^3/с	Давление Р,МПА	Диаметр рабочего колеса D, м	Частота вращения рабочего колеса n, с^-1
исходное	теку- щее	расход

Обработка полученных данных

Все расчеты необходимо производить из условия полного открытия кранов.

Зная расход воды, следует определить скорость ее движения

где - скорость движения жидкости, м/с;

М - расход жидкости, м³/с;

f_TP - площадь сечения трубопровода, м²;

d₁ - внутренний диаметр трубопровода м.

Потери напора (гидравлическое сопротивление движению жидкости) в трубопроводе равны

Н_Б - потери напора, м; / - длина трубопровода м;

ζ _ТР - коэффициент сопротивления трения;

ζ _м. _с - коэффициент местных сопротивлений.

Для определения коэффициента сопротивления трения ζ _ТР необходимо вычислить критерий Рейнольдса.

где Re - критерий Рейнольдса;

V - кинематическая вязкость, м²/с.

В случае, если Re>2320, то режим течения жидкости считается турбулентным и коэффициент сопротивления трения ζ _ТР определяют по следующей формуле:

 

При ламинарном режиме коэффициент сопротивления трения

равен:

Коэффициенты ζ м с определяют в зависимости от вида местных сопротивлений. Сопротивления движению жидкости, возникающие при входе в трубопровод, различны по величине и зависят от формы входной кромки трубы.

При острых кромках ζ м с = 0,5, при тупых кромках ζ м с = 0,25,

при закругленной кромке трубы ζ м. с = 0,06 - 0,005.

При выходе из трубопровода ζ м с = 1.

В случае, если труба внезапно расширяется (сужается), то коэффициент местных сопротивлений ζ м с зависит от отношения квадрата диаметра узкой трубы к квадрату диаметра широкой трубы:

 

d 1^2 / d 2^2	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9
ζм с при расширении	0,81	0,64	0,49	0,36	0,25	0,16	0,09	0,04	0,01
ζм с при сужении	0,47	0,45	0,38	0,34	0,3	0,25	0,2	0,15	0,09

 

Если труба расширяется (сужается) постепенно, то коэффициент местных сопротивлений ζ м с также зависит от отношения квадрата диаметра узкой трубы к квадрату диаметра широкой

 

d 1^2 / d 2^2	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9
ζ М.С при расширен	0,49	0,36	0,25	0,16	0,09	0,04	0,01	0,009	0,005
ζ М.С при сужении	0,38	0,34	0,3	0,25	0,2	0,15	0,09	0,06	0,03

 

При наличии в трубопроводе отводов коэффициент местных сопротивлений определяют по формуле

 

где R - радиус закругления, м;

а - угол поворота, а=90^о.

 

В кранах коэффициент местных сопротивлений зависит от угла поворота крана а:

а
ζ М.С	0,05	0,29	1,56	5,47	17,3	31,2	52,6	20,6	48,6

 

К основным характеристикам центробежных насосов относят напор, создаваемый рабочим колесом, и потребляемую мощность.

Напором Н (м) считают максимальную высоту подъема жидкости, которая определяется по следующей формуле:

 

 

где - окружная скорость рабочего колеса насоса, м/с;

п - частота вращения рабочего колеса, с¹;

D - диаметр рабочего колеса, м.

Мощность, потребляемая центробежным насосом, равна

где N - потребляемая мощность, кВт;

M - производительность насоса, м³/с;

р _Ж - плотность жидкости, кг/м³;

- коэффициент полезного движения центробежного насоса ( =0,2..0,4).

При сравнении геометрически подобных центробежных насосов учитывают коэффициент быстроходности п_Б

Вопросы для самопроверки

1. Материал, используемый при изготовлении молочных (пищевых) трубопроводов.

2. Типоразмеры (диаметры) металлических нержавеющих труб, применяемых в молочной промышленности.

3. Виды гидравлических сопротивлений и их функциональная зависимость.

4. Критерий (число) Рейнольдса (написать формулу), его смысл.

5. Рекомендуемые скорости движения молочных продуктов.

6. Параметры, влияющие на расход жидкости в трубопроводе (написать формулу).

Лабораторная работа № 4