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_ТРопределяют по следующей формуле:

 

При ламинарном режиме коэффициент сопротивления трения

равен:

Коэффициенты ζм сопределяют 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 ζм с= 0,5 , при тупых кромках ζм с= 0,25,

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

При выходе из трубопровода ζм с= 1 .

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

 

d1^2 /d2^2	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9
ζм спри расширении	0,81	0,64	0,49	0,36	0,25	0,16	0,09	0,04	0,01
ζм спри 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 ζм стакже зависит от отношения квадрата диаметра узкой трубы к квадрату диаметра широкой

 

d1^2 /d2^2	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9
ζМ.С при расширен	0,49	0,36	0,25	0,16	0,09	0,04	0,01	0,009	0,005
ζМ.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
ζМ.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