Материалы для СРСП 2 - Процессы и аппараты пищевых производств

# Процессы и аппараты перерабатывающих производств

5В073200- Стандартизация и сертификация __ст.преводаватель__ Саидов А.М.

## Материалы для СРСП 2

ОСНОВЫ ГИДРАВЛИКИ

Цель: сформировать представление о гидравлике

План

1 Общие сведения

2 Гидроститика

3 Гидродинамика

4 Гидравлический удар

1 Общие сведения

В пищевой промушленности широко распространены процессы, связанные с движением потоков жидкостей, которые описываются законами механики жидкостей — гидромеханики.

К гидромеханическим процессам относят процессы перемещения жидкостей, газов и паров по трубопроводам (через аппараты), процессы перемешивания и смешивания, а также процесс разделения смесей путем осаждения, фильтрования, центрифугирования.

Практическое приложение законов гидромеханики изучается в гидравлике. Слово «гидравлика» происходит от сочетания двух греческих слов: «хюдор» — вода и «аулос» — труба.

Гидравлика разделена на две части: гидростатику, которая изучает законы равновесия жидкостей, и гидродинамику, изучающую законы движения жидкости.

Гидравлика исследует и решает вопросы:

- равновесия твёрдых тел в жидкостях и газах, (вопросы плавания тел)

- транспортирования жидкостей, газов и твердых тел по трубопроводам

- Водоснабжение и водоотведения (канализации);

- транспортировка веществ по трубопроводу: газ, нефть и т. п.;

- строительства различных гидротехнических сооружений, водозаборных сооружений;

конструирования различных устройств, машин, механизмов:

- насосов;

- компрессоров;

- амортизаторов;

- гидравлических прессов;

- гидравлических приводов;

Первый научным труд по гидравлике - трактат Архимеда «О плавающих телах» (250 г. до н. э.)

Леонардо да Винчи (1548-1620) - в области плавания тел, движения жидкостей по трубам и каналам.

Галилео Галилей (1564 - 1642) сформулировал основные принципы равновесия и движения жидкости;

Блез Паскаль (1623 - 1727) исследовал вопросы по передаче давления в жидкости.

Развитию гидромеханики (гидравлики) как самостоятельной науки в значительной степени способствовали труды русских учёных Даниила Бернулли (1700 - 1782), Леонарда Эйлера (1707 - 1783), М.В. Ломоносова (1711 - 1765).

В XVIII веках Д.Бернулли и Л.Эйлер разработали общие уравнения движения идеальной жидкости, послужившие основой для дальнейшего развития гидравлики. К этому же периоду относятся исследования Н.Е.Жуковского, из которых для гидравлики наибольшее значение имели работы о гидравлическом ударе.

2 Гидростатика

Условия равновесия жидкостей и газов определяются силами, действующими на некоторый объем жидкостей. Силы подразделяются:

• по области приложения — внешние и внутренние;

• по характеру действия — поверхностные и объемные (массовые).

При изучении законов равновесия жидкостей и газов используются понятия об идеальной (гипотетической) и реальной жидкостях.

Идеальная жидкость обладает бесконечно большой текучестью. Она абсолютно несжимаема под действием давления, не изменяет плотности при изменении температуры и не обладает внутренним трением (вязкостью).

Реальные жидкости подразделяются на капельные (собственно жидкости) и упругие (газы и пары). Капельные жидкости практически несжимаемы и обладают малым коэффициентом объемного расширения. Объем упругих жидкостей сильно изменяется при повышении или понижении температуры и давления.

Жидкости характеризуются следующими физическими свойствами: плотностью, удельным весом, вязкостью и поверхностным натяжением.

Гидростатическое давление. Жидкость оказывает давление на поверхность погруженного в нее тела, а также на дно и стенки сосуда, в котором она заключена.

Давление жидкости на единицу поверхности называется гидростатическим давлением, или давлением.

Давление атмосферы Земли называют атмосферным давлением и принимают равным одной атмосфере (1 атм). При изменении атмосферного давления происходит изменение погоды. Изменения атмосферного давления очень малы, если их измерять в атмосферах. Поэтому атмосферное давление измеряют в миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.) с помощью барометров. В связи с этим его часто называют барометрическим давлением.

Таким образом, давление можно выразить в паскалях, атмосферах и миллиметрах ртутного столба.

Свойства гидростатического давления. Гидростатическое давление обладает двумя основными свойствами.

Свойство 1. Гидростатическое давление всегда нормально к площадке, воспринимающей давление жидкости.

Свойство 2. Давление в любой точке поверхности внутри жидкости не зависит от ее пространственной ориентации, т. е. от угла наклона этой поверхности, а зависит только от глубины погружения. Данное свойство основывается на основном уравнении гидростатики.

Закон Паскаля: давление, оказываемое на жидкость, передаётся жидкостью одинаково во всех направлениях.

Закон Архимеда: на тело, погружённое в жидкость, действует выталкивающая сила:

Основным уравнением гидростатики:

Pабс = Pатм + ρgh

По нему можно посчитать давление в любой точке покоящейся жидкости. Это давление, как видно из уравнения, складывается из двух величин: давления P0 на внешней поверхности жидкости и давления, обусловленного весом вышележащих слоев жидкости.

Из основного уравнения гидростатики видно, что какую бы точку в объеме всего сосуда мы не взяли, на нее всегда будет действовать давление, приложенное к внешней поверхности P0. Другими словами давление, приложенное к внешней поверхности жидкости, передается всем точкам этой жидкости по всем направлениям одинаково.

Силы, действующие в жидкости

По характеру действия силы можно разделить на две категории: объемные и поверхностные.

Объемные (массовые) силы пропорциональны массе тела и действуют на каждую жидкую частицу этой жидкости. К категории массовых сил относятся силы тяжести и силы инерции переносного движения.

Поверхностные силы равномерно распределены по поверхности и пропорциональны площади этой поверхности. Эти силы, действуют со стороны соседних объёмов жидкой среды, твёрдых тел или газовой среды.

3 Гидродинамика

Понятия идеальной и реальной жидкостей

Идеальная –жидкость, обладающая бесконечно большой текучестью, абсолютно несжимаемая под действием давления, не изменяющая плотности при изменении температуры и не обладающая вязкостью.

Реальные: капельные и упругие.

-Капельные(жидкости)- практически несжимаемы и обладают малым коэффициентом объемного расширения.(вода, нефть, керосин, бензин, ртуть)

-Упругие(газы и пары) – изменяют объем при повышении или понижении температуры и давления.

Основные свойства жидкости.

1. Плотность - отношение массы жидкости к занимаемому объему

2. Удельный вес - это вес единицы объема, т.е. вес жидкости в объеме

3. Вязкость – свойство жидкости оказывать сопротивление относительному движению (сдвигу) ее слоев.

4. Сжимаемость - свойство жидкости изменять свой объем под действием давления.

### 4 Гидравлический удар

Гидравлическим ударом называется резкое повышение давления, возникающее в напорном трубопроводе при внезапном торможении потока рабочей жидкости.

Движущаяся с некоторой скоростью жидкость вдруг встречает на своём пути жёсткое препятствие, которым, как правило, бывает заслонка или заглушка. Сзади напирают следующие порции, которые ещё «не знают», что впереди прохода нет!

В результате жидкость останавливается, а её кинетическая энергия превращаются в потенциальную энергию упругого сжатия жидкости (ведь жидкости считаются несжимаемыми лишь по сравнению с газами, а на самом деле сжимаются примерно в той же степени, что и твёрдые тела с кристаллической структурой),

Всё это приводит к тому, что давление в месте остановки стремительно возрастает, тем больше, чем выше была скорость жидкости и чем меньше её сжимаемость, а также чем выше жёсткость трубы. Это повышение давления и является гидравлическим ударом внезапно остановленной жидкости.

Гидравлический удар чаще всего возникает при резком открытии или закрытии крана или другого устройства, управляемого потоком.

Резкое увеличение давления, сопровождающее гидравлический удар - явление крайне негативное, т.к. гидравлический удар может разрушить трубопровод или какие-либо элементы гидравлических машин, испытывающие эффекты гидравлического удара. По этой причине разрабатываются методы предотвращения гидравлических ударов или уменьшить его негативное влияние. Поскольку мощность гидравлического удара напрямую зависит от массы движущийся жидкости, то для предотвращения гидравлического удара следует максимально уменьшить массу жидкости, которая будет участвовать в гидравлическом ударе. Для этого необходимо запорную арматуру монтировать в непосредственной близости к резервуару.

В качестве меры уменьшения негативных последствий гидравлического удара используют замену прямого гидравлического удара на непрямой. Для этого достаточно запорную арматуру на напорных трубопроводах сделать медленно закрывающейся, что позволит уменьшить силу удара.

Однако в ряде случаев явление гидравлического удара успешно используется. К таким случаям использования гидравлического удара относятся производственные процессы по разрушению материалов и др.

Контрольные вопросы

1. Что называется жидкостью и какими основными свойствами она характеризуется?

2. От каких параметров зависит величина гидростатического давления?

3. Приведите примеры практического применения уравнения Бернулли.

4. Перечислите основные характеристики насосов, компрессоров, вентиляторов.