Изменение температуры воды p в баке как функции времени t: Решение на Задание 27 из ГДЗ по Алгебре за 9 класс: Макарычев Ю.Н.

почему именно они и как выбрать?

Рынок отопительной и водонагревательной техники в России насчитывает множество приборов различных типов. Одним из наиболее популярных и востребованных (особенно с учетом ежегодных отключений подачи горячей воды) видов этих товаров являются электрические водонагреватели – в частности, накопительные. Их ассортимент включает как вместительные приборы для настенного или даже напольного монтажа, так и компактные устройства, монтируемые под кухонной раковиной или над ней.
Современные электрические водонагреватели удобны и в городской квартире, и в дачном домике, просты в монтаже, долговечны и экономичны. Это ваш собственный источник горячей воды, причем в любое время года.

Водонагреватели на любой вкус

Накопительные водонагреватели бывают безнапорными и напорными. Безнапорные приборы, или приборы открытого типа, не находятся под давлением магистрали водоснабжения, вода в них заливается вручную. Емкость резервуара таких нагревателей невелика – 5…15 л, мощность – не более 2 кВт, и предназначены они для установки на кухне, обеспечивая лишь периодическую потребность в горячей воде для мытья посуды.

Напорные же водонагреватели представляют закрытый резервуар, подключенный к системе холодного водоснабжения. Эти приборы имеют прочный резервуар (бак) из стали с внутренним эмалевым, тефлоновым или стеклокерамическим покрытием.

Плюсом накопительного водонагревателя является возможность «разбора» воды несколькими потребителями, например отвод воды в ванную комнату и на кухню. Нужно лишь подождать, пока вода в баке наберет нужную температуру, ведь она греется не «на ходу», как в проточном приборе. Время нагрева воды зависит от мощности ТЭНа и от объема бака. Например, в водонагревателе с объемом бака 100 л и ТЭНом мощностью 1,5 кВт нагрев воды от 15 до 60 °С будет длиться около 3 часов 45 минут.

Чтобы нагретая вода не остывала, накопительные водонагреватели оборудуют термостатом: прибором, автоматически включающим подогрев воды, когда ее температура начинает падать. Если вы совсем не расходуете воду, то на поддержание ее в нагретом состоянии тратится относительно немного электроэнергии.

Плоский вместо круглого

Наряду с техническими параметрами, одной из важнейших характеристик накопительных водонагревателей всегда являются габариты. Чем компактней прибор, тем он более привлекателен для покупателя. Сравнительно недавно на рынке появились водонагреватели c плоским корпусом, которые позволяют экономить пространство при установке.

Изменение геометрии привело к настоящей революции: вместо стандартной цилиндрической «бочки», облику которой при всем желании нельзя было придать разнообразие и элегантность, стало возможным говорить о дизайне такого утилитарного прибора, как бытовой электрический водонагреватель – он впервые стал не только полезным устройством, но и элегантным элементом интерьера.

Выполненный в стильных линиях, снабженный декоративными панелями и цифровым дисплеем, плоский водонагреватель прекрасно смотрится и в ванной комнате, и в кухне – его больше не нужно стыдливо прятать от глаз гостей в чулане или нише. Впрочем, если все-таки есть желание установить такой прибор скрытно, то для его монтажа потребуется лишь сравнительно небольшой шкафчик (обычная «бочка» в него никак не вписалась бы).

Что же касается объема плоского водонагревателя, то он обычно составляет от 50 до 100 литров – этого вполне достаточно для семьи из трех-четырех человек.
Конструктивная особенность плоских накопительных водонагревателей

– наличие двух соединенных между собой внутренних баков со своими нагревательными элементами и термостатами. Именно это, а также уникальный материал теплоизоляции, позволили столь радикально изменить геометрию прибора, а заодно и ускорить процесс нагрева воды. Именно поэтому при выборе водонагревателя стоит уделить внимание плоским моделям.

Конструкция, качество и доступность

Все элементы плоских накопительных водонагревателей Haier тщательно проработаны с тем расчетом, чтобы обеспечить надежность этих приборов:

• При изготовлении водонагревателей Haier использует уникальную сварку в среде инертного газа, причем для контроля качества сварного шва каждого прибора применяется так называемый гидротест: в корпус нагнетается вода под давлением 16 бар, что позволяет выявить даже малейшие дефекты сварки.
• Баки плоских водонагревателей Haier выполнены из декарбонизированной стали, а трехслойное стеклокерамическое покрытие внутренней поверхности, нанесенное при температурах от 750 до 950 °С, защищает бак от коррозии и продлевает срок эксплуатации.
• Тщательно проработана и конструкция магниевого анода, который изготавливается по европейским технологиям. Принимая на себя удар электрохимической коррозии, увеличенный вдвое магниевый анод до 40% продлевает срок службы водонагревателя.
• В водонагревателях Haier ТЭНы изготовлены из нержавеющей стали, а их тепловая эффективность достигает 97.9%.
• Важным элементом конструкции водонагревателя является теплоизоляция, от качества которой зависит и то, каковы будут затраты на поддержание температуры воды в баке, и то, сколько для этого потребуется циклов включения/выключения. Использование микропористого пенополиуретана толщиной 30 мм, в качестве теплоизолирующего материала, позволило сделать приборы до 40% экономичнее.

Все это качества позволили производителю дать 7 лет гарантии на внутренний бак.

Не только плоский, но и умный

Интеллектуальный нагрев воды – еще одна сильная сторона плоских водонагревателей Haier. Эти приборы непрерывно отслеживают и запоминают, какое количество горячей воды и в какое время использовалось в течение недели.
А, выбрав режим Smart Shower, вы можете задать количество потребителей горячей воды: для этого достаточно выбрать на панели управления цифровой код 1 (один пользователь) или 2 (два пользователя). После этого водонагреватель будет автоматически выполнять нагрев воды в зависимости от выбранного числа пользователей, поддерживая нужную температуру воды. Данная функция позволяет значительно сэкономить время и электроэнергию.
Такая функция будет очень удобна для тех, кто привык к регулярному использованию горячей воды и хочет иметь ее к определённому времени дня.

Электронная память прибора сохраняет сделанные настройки, чтобы в следующий раз снова воспроизвести выбранный вами режим работы.
В водонагревателях серий F1 предусмотрена возможность сокращения времени нагрева за счёт увеличения мощности. Приборы серии F1 имеют для этого дополнительный ТЭН мощностью 1,5 кВт, а в моделях серии S можно выбрать «Ускоренный нагрев» с мощностью нагрева 1 кВт, 2 кВт или 3 кВт в серии S

Еще одна полезная функция – режим антизамерзания, поддерживающий температуру воды в баке не ниже 5 ºС. Тем самым исключается риск разрыва бака при замерзании воды, когда водонагреватель используется в дачном доме без отопления.

А функция BPS активирует режим защиты от вредоносных бактерий и микроорганизмов, которые могут появиться в воде за время продолжительного перерыва в использовании водонагревателя. Для этого производится кратковременный нагрев воды до температуры 75 °C.

И, конечно, большое внимание уделено безопасности. Еще в 2002 году компанией Haier был разработан первый в мире электрический водонагреватель с системой безопасности Safe Саrе, исключающей поражение пользователя током.
К 2007 г. система безопасности Safe Саrе стала международным стандартом. Система Safe Саrе исключает поражение пользователя прибора в случае утечки тока: при ее возникновении водонагреватель перестает работать и включается сигнальная лампочка.

Haier – даже самый требовательный пользователь найдёт модель по вкусу

В линейку электрических водонагревателей Haier входят модели разных типов – стандартные, слим, малого объема (8, 10, 15 и 30 л), горизонтальные, напольные (объемом до 300 л), и, конечно, плоские. Это модели ES50V-F1(R), ES80-F1(R) и ES100V-F1(R) объемом 50, 80 и 100 л соответственно, с электронным управлением и вертикальной установкой. Приборы имеют номинальную мощность 1500/3000 Вт и обеспечивают нагрев воды до максимальной температуры 75 ºС.

Время нагрева воды на 45 ºС составляет 53 минуты для модели объемом 50 л, 1 час 24 минуты для модели на 80 л, и 1 час 45 минут – для 100-литрового прибора.

Модели с интеллектуальным управлением и электронной памятью, сохраняющей параметры нагрева, помимо уже упомянутых выше функций «Ускоренный нагрев/Двойная мощность» и BPS оснащены многоуровневой системой защиты – от перегрева, от избыточного давления (предохранительный клапан), от теплопотерь, от поражения электрическим током (Safe Саrе), а также от воздействия влаги и пыли (класс IPX4, позволяющий устанавливать прибор в ванной комнате).

Трехслойный бак при прохождении испытаний под давлением подвергается многократным гидравлическим нагрузкам и тестам, что гарантирует работу водонагревателя в условиях перепадов давления. ТЭН из высококачественной нержавеющей стали имеет высокий КПД и повышенную устойчивость к образованию накипи. Цифровой контроллер прибора может работать в широком диапазоне напряжений сети и легко противостоять перепадам.

Производитель дает 7 лет гарантии на внутренний бак и магниевый анод. Это означает, что Вы сможете долго пользоваться электрическим водонагревателем Haier, который станем вашим надежным персональным источником горячей воды.

В заключение, важно отметить, что вся линейка электрических приборов Haier для нагрева воды позволит любому потребителю подобрать модель, отвечающую его запросам.

Материал подготовлен

при поддержке нашего партнера
Haier Group

Вопросы и ответы на них по насосному оборудованию

Вопрос-ответ

Почему насос слишком громко работает?

Существует множество причин, вот лишь некоторые из них:

• Неверное направление вращения насоса (только для 3-х фазных моторов)

• Повреждение рабочего колеса по причине его абразивного износа и коррозии.

• Забита подающая линия насоса или его рабочее колесо

• Забита вентиляционная труба

• Слишком низкий уровень жидкости в резервуаре

• Причина звуков — колебания трубопроводов

• Работу насоса в шахте слышно даже в здании. Возможно шахта не звукоизолирована от здания; установить звукоизоляционные перегородки в прямых жестких каналах, соединяющих дом и шахту

• Установку слышно по всему зданию. Установка не изолирована от пола/стены, необходимы изолирующие прокладки.

Почему шумит обратный клапан насоса?

Клапан слишком медленно закрывается и после выключения насоса ударяет по посадочному гнезду.

Замена на быстрозапорный клапан, использование клапана с резиновым уплотнением, с плавающим шаром, настройка быстродействия на приборе управления насоса.

Почему возникают гидравлические удары насоса?

• Перемещение большого объема жидкости через небольшое сечение трубы в момент запуска насоса

Проверить рабочую точку насоса и диаметр трубопровода на предмет их соответствия скорости жидкости

• Образование воздушных пробок в трубопроводе

Установка вентиляционных и воздухоспускных клапанов за обратным клапаном или в верхних точках трубопровода

• Быстрый выход насоса на режим

Заменить 2-х полюсный мотор на 4-х полюсный или использовать устройство плавного пуска/преобразователь частоты

• Запуск водяного насоса производится очень часто

Настроить быстродействие на приборе управления

• На некоторых участках трубопровода установлена быстрозапорная арматура

Заменить арматуру на обычную.

Почему насос и напорный трубопровод забиваются отложениями?

• Образование отложений происходит при пониженной подаче по причине снижения скорости жидкости

Проверить рабочую точку насоса и диаметр трубопровода на их соответствие скорости жидкости

• Слишком частое включение для перекачки небольших объемов

Произвести перерасчет высоты уровня жидкости для включения насоса (увеличить объем перекачки за один цикл работы насоса), при необходимости увеличить быстродействие на приборе управления.

Почему прибор управления насосом подает сигнал перегрузка?

• Падение напряжения в сети. Проверить напряжение в сети

• Слишком высокая вязкость перекачиваемой жидкости, что вызывает перегрузку мотора

Установить рабочее колесо меньшего диаметра или другой мотор

• Работа насоса в правой части характеристики. Ограничить производительность насоса с помощью запорной арматуры на напорном трубопроводе

• Слишком сильное повышение температуры мотора. Проверить количество запусков и остановок и при необходимости ограничить прибором управления через настройку частоты включений

• Неверное направление вращения насоса (только для 3-х фазных моторов).

Для установки правильного направления поменять местами две фазы (жилы кабеля питания насоса)

• Выпадение одной из фаз

Проверить контакты подключения кабеля, а при необходимости — заменить неисправные предохранители.

Почему насос не развивает необходимой мощности?

• Неверное направление вращения насоса (только для 3-х фазных насосов)

Для установки правильного направления поменять местами две фазы (жилы кабеля питания насоса)

• Повреждение рабочего колеса по причине его абразивного износа и коррозии

Заменить поврежденные детали (например ржавое рабочее колесо)

• Забита подающая линия насоса или рабочее колесо

Очистить их

• Забился или заклинил обратный клапан

Очистить клапан

• Не полностью открыта задвижка на напорном трубопроводе

Полностью открыть задвижку

• Частицы воздуха или газа в перекачиваемой жидкости

Обеспечить глубокое погружение насоса в воду или установить отбойные щитки с целью исключить попадания струи воды на участок вблизи насоса

• Забита вентиляционная труба

Проверить и при необходимости прочистить.

В каких случаях возникает кавитация насоса и каковы способы ее устранения?

• Забита вентиляционная труба (или ее диаметр слишком мал) при высокой температуре перекачиваемой жидкости

Прочистить или установить новую трубу большего диаметра

• Длинный всасывающий трубопровод для насосов при монтаже «Сухая установка»

Подобрать другой подходящий насос

• Частицы воздуха или газа в перекачиваемой жидкости

Обеспечить глубокое погружение насоса в воду или установить отбойные щитки с целью исключить попадания струи воды на участок вблизи насоса

• Забит или зашлакован подводящий трубопровод

Очистить подводящий трубопровод насоса или шахту; очистить гидравлическую часть насоса

• Высокая температура перекачиваемой жидкости

Подобрать другой насос

• Насос работает в правой части характеристики

Подобрать другой насос; повысить сопротивление на напорном трубопроводе путем установки искусственных сопротивлений таких, как дополнительные колена, трубопровод малого диаметра.

Как самостоятельно обустроить канализационную насосную станцию на даче?

Лучше всего воспользоваться готовым решением, и приобрести модульную канализационную насосную станцию, которая представляет собой полностью герметичный пластиковый колодец, внутри которого расположена арматура для монтажа фекального насоса. Сам фекальный насос подбирается отдельно, в зависимости от необходимой производительности и напора. Также Вам потребуется купить шкаф управления для канализационной насосной станции, который обеспечивает автоматическое включение фекальных насосов в зависимости от уровня воды и работает от поплавковых или пневматических датчиков уровня воды. Обычно готовые колодцы для канализационной насосной станции имеют глубину порядка 2 метров и 1 метр диаметр. Для его установки потребуется соответствующий котлован, в который вы также должны вывести подающую канализационную магистраль от вашего дома и в последующем подключить ее к пластиковой емкости канализационной насосной станции. Обычно стоки подаются в накопительный колодец самотеком, но также возможен сброс стоков под напором, если в доме установлены канализационные насосные установки. Модульная схема позволяет легко смонтировать и демонтировать фекальные насосы внутри резервуара, вам останется только проложить напорный коллектор, который надежно фиксируется с пластиковой емкостью резьбовыми соединениями. За счет использования фекальных насосов с измельчителем, напорный канализационный коллектор может быть выполнен трубами малого диаметра. Остается только установить датчики уровня внутри канализационной насосной станции и подключить фекальные насосы к шкафу управления при помощи специальных разъемов. Шкаф управления модульной канализационной насосной станцией не требует никаких дополнительных настроек и лучше всего оставить заводские настройки. Осталось только плотно закрыть канализационный колодец специальной крышкой идущей в комплекте поставки и канализационная насосная станция для вашего дома готова.

Затопило подвал в доме, как откачать воду, если нет приямка для дренажного насоса?

Есть дренажные насосы, в которых охлаждение двигателя происходит за счет перекачиваемой жидкости проходящей внутри корпуса насоса. Для автоматической работы дренажного насоса вместо стандартного поплавкового датчика уровня лучше использовать сенсорный датчик, который срабатывает при минимальном уровне воды на поверхности пола. Посмотрите дренажный насос HOMA C237WF.

Как самостоятельно разобрать и почистить фекальный насос?

Фекальные насосы это сложные технические устройства и без специализированной подготовки лучше их не разбирать. Внутри фекального насоса для герметизации электродвигателя используется специальное масло, и при попытке вскрыть корпус насоса, это масло скорее всего вытечет, давая возможность находящейся в насосе влаге попасть на обмотку электродвигателя, что повлечет выход насоса из строя. Вам лучше всего обратиться в специализированный сервисный центр, где профессионалы прочистят и заменят неисправные детали вашего фекального насоса.

Через сколько времени необходимо проводить сервисное обслуживание фекального насоса?

Все зависит от количества времени, которое проработал насос. Обычно для промышленных фекальных насосов используют панели управления, которые самостоятельно отслеживают циклы включения и отключения насосов, выдавая сигнал для производства сервисного обслуживания. Для маломощных фекальных насосов лучше всего проводить сервисное обслуживание раз в год перед началом сезона, которое заключается в замене или доливе масла, а также чистке рабочей камеры. Также производиться осмотр рабочих колес, и в случае их износа они заменяются.

Для чего в системе управления канализационной насосной станции используются 4 датчика уровня?

Речь скорее всего идет о канализационной насосной станции с двумя фекальными насосами. Давайте рассмотрим работу датчиков уровня снизу вверх.

• Отвечает за отключение фекальных насосов в случае падения уровня жидкости ниже уровня установленных насосов, защита фекального насоса от работы в сухую.

• Включает фекальный насос на откачку.

• Подключает одновременно второй фекальный, так как происходит аварийный сброс, превышающий расчетную производительность фекального насоса.

• Переполнение накопительной емкости канализационной насосной станции, датчик включает аварийный сигнал в шкафу управления.

Какое давление воздуха нужно накачать в бак насосной станции?

В насосных станциях оснащенных гидробаком обычно используется давление воздуха между корпусом и мембранной равное 1,2 — 1,4 атмосферам. Чтобы проверить давление воздуха внутри насосной станции достаточно снять кожух с обычного ниппеля, установленного на корпусе баке, и в случае падения давления подкачать туда воздух при помощи обычного автомобильного насоса.

Как удлинить кабель для погружного скважинного насоса?

Погружные скважинные насосы поставляются с коротким кабелем выведенным из насоса, так как длина кабеля подбирается исходя из глубины скважины и отметки на которую будет погружен скважинный насос. Подключение водостойкого кабеля производят при помощи специальной термомуфты, состоящей из клейм и гидростойкой обмотки, которая после соединения концов кабеля от насоса при помощи клейм надевается сверху и заваривается тепловым феном, обеспечивая надежное и герметичное соединение.

Насос при включении страшно трещит, что делать?

Скорее всего в рабочую камеру насоса попал посторонний предмет, постарайтесь его извлечь. Также шум при включении насоса может быть связан с неисправностями ходовой части насоса (поломка рабочего колеса, смещение вала электродвигателя и т.п.) потребуется отсоединить насос и отправить его в сервисный центр для устранения неисправностей. В некоторых бытовых насосах и насосных станциях звуковой эффект служит для подачи сигнала тревоги при работе насоса в сухую, проверьте свободное поступление воды к всасывающему патрубку насоса.

Чем смазать подшипник у фекального насоса?

В современных моделях фекальных насосов используются подшипники не требующие смазки на весь период эксплуатации. Единственное, где используются смазочные материалы, это масляная камера для герметизации электродвигателя фекального насоса.

Как самостоятельно установить и настроить фекальный насос?

Обычно фекальные насосы устанавливаются внутри канализационного колодца при помощи специальной автосцепки, которая жестко крепиться к стенке колодца. К ней уже подводят напорный трубопровод, по которому и происходит откачка канализационных стоков, у ней же и крепятся направляющие, по которым фекальный насос как по рельсам можно поднимать и опускать для обслуживания. Более простой способ, это купить фекальный насос со встроенной подставкой. Для монтажа такого фекального насоса достаточно просто подключить в нему напорный коллектор и опустить на дно колодца. Обычно все фекальные насосы поставляются с системой автоматического управления канализационной насосной станцией, состоящей из шкафа управления и датчика уровня. После монтажа фекального насоса, необходимо зафиксировать в колодце поплавковый датчик уровня на необходимой глубине и при помощи специального разъема подсоединить фекальный насос к шкафу управления. Сложности в самостоятельной установке фекального насоса никакой нет, вся автоматика поставляется полностью готовой к эксплуатации, и не требующей дополнительных настроек.

Как отвести канализационные стоки из подвала?

Для откачки канализационных стоков из помещений расположенных ниже уровня канализационного коллектора применяются компактные канализационные насосные установки. Обычно такая канализационная насосная установка состоит из пластикового резервуара и встроенного в него фекального насоса, обеспечивающего измельчение и подачу под напором фекальных стоков в общий канализационный коллектор.

Что делать если затопило подвал?

Для откачки воды из подвала подойдет любой дренажный насос. Если у Вас есть приямок на полу подвала, то используйте для откачки воды дренажные насосы со встроенными поплавковыми датчиками уровня, а если приямка для насоса нет, тогда купите дренажный насос с сенсорным датчиком уровня. Помните, дренажный насос лишь временная мера, позволяющая откачать воду из подвала, после осушения подвала сделайте гидроизоляцию фундамента вашего дома, чтобы избежать повторных подтоплений подвала.

Почему насосная станция не всасывает воду из колодца?

Для того чтобы насосная станция всасывала воду из колодца необходимо, чтобы шланг опущенный в колодец и рабочая камера насосной станции были полностью заполнены водой. На всех насосных станциях сверху рабочей камеры, там где подключается всасывающий шланг или труба, находится винт, который служит для заполнения всасывающего трубопровода водой. Аккуратно отверните его и в отверстие заливайте воду пока она не будет изливаться наружу. Чтобы вода из насосной станции не уходила по всасывающему трубопроводу обратно в колодец, на конце трубопровода, опущенного в колодец, обязательно установите обратный клапан.

Как избавиться от вони из канализационной насосной станции?

Современные канализационные насосные станции и установки имеют полностью герметичные конструкции, которые исключают попадание неприятных запахов в окружающую среду. Вам следует заказать герметичную крышку для вашей канализационной насосной станции и позаботиться о маленьком вентиляционном отверстии (поступление воздуха в канализационную насосную станцию необходимо для нормальной работы фекальных насосов). После установки герметичной крышки на канализационную насосную станцию сделайте воздуховод из трубы маленького диаметра и отведите его к границе участка, где запах не будет никого раздражать.

Зачем нужен режущий механизм в фекальном насосе?

Режущий механизм или измельчитель используется в фекальных насосов для механического разрушения всех фракций попадающих в насос вместе с канализационными стоками. Обычно фекальные насосы с режущим механизмом используются в канализационных насосных станциях первого подъема, когда необходимо собрать канализационные стоки и подать их на большое расстояние в большой канализационный отстойник или канализационный коллектор. Обычно фекальные насосы с измельчителем создают большой напор и перекачивают канализационные стоки на сотни метров, а также способный продавливать канализационные коллекторы находящиеся под давлением. Еще одной важной особенностью фекальных насосов с режущим механизмом является применение в качестве напорного коллектора труб малого диаметра.

При включении автомата в шкафу управления насос не работает, что делать?

Нужно проверить подачу электропитания на насос. Если в шкафу управления насосом не горит световая индикация, то электрический ток не подается на шкаф управления, проверьте подключение шкафа управления насосом к электросети. Если в шкафу управления насосом горит световая индикация, а насос не работает, то скорее всего произошел обрыв кабеля между насосом и панелью управления или неисправно электрическое соединение термомуфты, при помощи которой обычно подключают насос. Также можно снять лицевую панель в шкафу управления и проверить соединение разъемов внутри, все разъемы должны быть жестко фиксированы.

Насос работает, но не качает воду, что делать?

Это может быть связано с завоздушиванием подающей магистрали к насосу, обычно происходит при неработающем обратном клапане для насосных станций и погружных скважинных насосов. Потребуется отсоединить насос и спустить воздух. Но скорее всего причина в падении уровня жидкости ниже насоса, особенно актуальная такая неисправность для погружных насосов. Потребуется опустить насос ниже уровня перекачиваемой жидкости. Также такое поведение насоса может быть связано с отсутствием подачи жидкости к насосу.

Мы планируем приобрести несколько шламовых насосов и понимаю, что эта служба считается тяжелой обязанностью. То, что руководящие принципы должны соблюдаться в отношении подбора насоса основан на хорошей износостойкостью?

Износ насоса зависит от конструкции насоса, абразивный характер суспензии, специфики применения или обязанность условиях, то, как насос, примененного или выбран для долга и реальных условий эксплуатации. Носите внутри насоса значительно варьируется в зависимости от скорости, концентрации и влияние угла частиц. Как правило, самые тяжелые в лице рабочего колеса печать площадь всасывания лайнер, а затем лопасти входе и выходе. Сумма износа корпуса и расположение также изменяются в зависимости от формы коллектора и в процентах от реальных условиях эксплуатации по сравнению с лучшими поток точка эффективности.

Только с текущего ремонта, во многих частях шламовых насосов износ может длиться годами. Услуг, таких, как транспорт высокой концентрации и очень абразивных или крупных твердых частиц, иногда может сократить срок часть на несколько месяцев. Большие насосы с более толстыми разделов, больше износ материала и медленнее скорость работы может улучшить жизнь во всех приложениях, хотя значительное связанное с этим увеличение себестоимости продукции не может быть оправдано в некоторых случаях.

Аналитические и численные модели доступны для изготовления качественных прогнозов износа. Их ограничения и изменчивости услуг суспензии таковы, что контактирующие прогноз срока службы компонентов до сих пор только хорошие оценки и не должны использоваться для гарантии. Эти оценки, как правило, на основе указанного рабочее состояние насоса и могут значительно варьироваться, если насос работает при существенно различных условиях. Использование такого анализа, стоимость жизненного цикла (LCC) оценки капитала, власть, износа и других расходов, связанных с насосом может быть использована для оценки оптимального баланса между различными конструкции насоса. Такой анализ в значительной степени теоретическим, однако, как одежда может быть непредсказуемой на действительную службу.

Ранжирование суспензии в свет (класс 1), средний (класс 2), тяжелые (класс 3) и очень тяжелый (класс 4) услуги, как показано на рисунке 12.3.4.2a, обеспечивает практический инструмент для подбора насоса и, в сочетании с таблицей 12. 3.5a, средства рекомендовать предельный главы насоса.

Линии границы между классом обслуживания районов графика приблизительно пределы постоянного ношения модифицированы для практическими соображениями и опытом. Соображения капитальные и эксплуатационные затраты таковы, что различные (более высокой удельной скорости) конструкции могут быть использованы для более легкого класса обслуживания.

Рейтинг суспензии службы показано на рисунке 12.3.4.2a основан на водных растворов диоксида кремния на основе твердых накачки (Ss = 2,65). Она также может быть использована в качестве руководства для минеральных растворов, если эквивалентный удельный вес в минеральной суспензии используется для определения класса обслуживания.

Дополнительная информация о шламовые насосы могут быть найдены в ANSI / HI 12.1-12.6, центробежные (центробежные) шламовые насосы для номенклатуры, определения, приложения и операции.

Помимо очевидных финансовых выгод, получаемых от экономии энергии, то какие другие важные экономические выгоды от насоса для оптимизации системы, которые влияют на общую стоимость владения?

При проведении оптимизации насоса системного анализа, необходимо выйти за рамки экономии энергии, чтобы захватить менее очевидными экономическими факторами, которые могут оказать положительное влияние на прибыль. Завод и стимулов корпоративных менеджеров, как правило, чтобы свести к минимуму первоначальные затраты в качестве средства для увеличения прибыли компании при рассмотрении инвестиций в основные фонды.

Лица, принимающие решения исторически были более настроены на инвестирование в проекты, которые переводят непосредственно к нижней линии, такие как расширение мощностей по сравнению с снижением спроса на энергоносители. Большинство проектов в области энергоэффективности имеют дополнительные экономические выгоды, которые остаются без должного внимания, в том числе следующие:

· Повышение производительности и качества продукции

· Высокая надежность и низкое обслуживание

· Лучшее соблюдение экологических норм

· Снижение побочных отходов

· Повышенная емкость и пропускную способность

· Улучшение безопасности труда

Какие типы соединений могут быть использованы на насосы, и каковы их функции?

Основная функция насоса муфты является обеспечение гибкого механического соединения между двумя в линию концах вала. По сути, муфты соединения двух частей вращающегося оборудования. Их функция заключается в передаче власти, позволяя той или иной степени движение смещения, ни конца.

Три основных типа муфты: механический, эластомерных и металлических. Механические типов элементов вообще получить их гибкости от сочетания свободно облегающие частей и качения или скольжения сопряженных деталей. Как правило, они требуют смазки, если только одна движущаяся часть выполнена из материала, который обеспечивает собственную смазку.

Типы эластомерных элементов получить их гибкости растяжения или сжатия материала. Металлические типов элементов получить их способность выдерживать смещение и расширение от изгиба тонких металлических дисков или диафрагмы.

Тип насоса муфты, которые должны быть использованы связан с властью требуется насос. Небольшой насос можно считать насос до 100 лошадиных сил. Так как эти насосы требуют относительно низкой мощности, они могут использовать соединения, где гибкого элемента могут быть легко проверены и заменены в случае необходимости.

Если есть связи в связи с недостаточностью с высоким крутящим моментом нагрузки или чрезмерное смещение элемент гибкого соединительного обычно заменяется. Однако, как правило, не в ущерб другим компонентам. Типы муфт для небольших насосов включают гибкую сетку, диск и эластомеров. В некоторых небольших конструкций связи передач, смазка не нужна, потому что гильза изготовлена ​​из нейлона или пластика.

Средняя мощность насосов использовать гибкие сетки передач, дисковые и эластомерных муфт. Эти соединения будут обладать хорошей долговечностью, с преждевременного выхода из строя происходит только тогда, когда неправильное применение или установка, отсутствие надлежащей смазки или чрезмерного смещения является одним из факторов. Эластичные соединения часто используется для приложений, в которых очень высокие пики циклического происходить, поскольку они снижают крутящие нагрузки на оборудование.

Высокой мощности насосов имеют важное значение для обеспечения непрерывной работы на большинстве объектов, и, следовательно, выбор и установка их соединения имеют решающее значение. Для высокой скоростью и высоким крутящим моментом, высокой производительности передачи, диск или мембранных муфт часто, указанные пользователем.

Муфты высокотехнологичных проектов, которые производятся и сбалансированы специально для приложений. Многие из этих соединений используются специальные сплавы и крепеж.

При покупке нового центробежные насосы, какой тип приемо-сдаточных испытаний рекомендуется?

Покупатели центробежные насосы следует указать приемо-сдаточных испытаний, которая будет проверять скорость течения, руководитель производства и необходимую мощность. Расходы, связанные с приемо-сдаточных испытаний и специальных испытаний должны быть четко прописаны в договоре. Задание более жесткие допуски принятие может привести к повышению тестирования расходы и повысить сроки. Когда NPSH тестирования указано, тест расходы будут выше, так как испытания насоса должен пройти другой, более трудоемкий тест, часто выступал с различными тест установка требует дополнительного монтажа и слез вниз время.

Для снижение толерантности пропускной способностью, более жесткие допуски изготовления требуется, что значительно увеличивает стоимость и увеличивает срок поставки. Песчано-литой формы являются самыми дорогими, но в наибольшей степени толерантности. Методы Литье обеспечит превосходное качество поверхности и наиболее последовательных измерений.

Формовочного оборудования затраты на литье может быть в два-четыре раза больше, чем литья песка. Высокий объем производства необходимо, чтобы оправдать дополнительные затраты на это оборудование. Много часов ручного труда может потребоваться для получения отливок песка в сжатые, повторяемые допусков.

Обработка частей меньшими допусками может увеличить затраты на рабочую силу на 50 процентов и увеличить время для изготовления части до необходимого допуска. Уменьшение допуска к росту издержек из-за необходимости дополнительного ухода в процессе производства и потенциал увеличения скорости лома. Рабочее колесо, возможно, потребуется ручной работы для получения требуемой производительности. Рабочие колеса должны быть аксиально позиционируется для оптимального согласования с корпусом для создания требуемого напора и высокой эффективностью.

Следует использовать в качестве ориентира. Для обычно изготавливаются насосы, пользователи могут рассматривать сертификат соответствия, а не фактического тестирования.

Что такое характеристики насоса?

Создание кривой насоса требуется измерение скорости потока, головы и власти. На основе этой информации, КПД насоса может быть вычислена. КПД насоса кривой, как правило, связана с властью входного вала. Опубликованные эффективность гидравлической мощности производства насосов, деленная на механическую мощность на валу насоса. Эффективность опубликованы только то, что в насосе. С точки зрения тестирования, наиболее точный способ получить власть данных путем прямого измерения крутящего момента и оборотов вала. Это делается с помощью преобразователя крутящего момента и тахометр. Эти значения используются при расчете мощности к насосу.

Менее точный метод, но он может быть указано, является строкой тест с использованием полной сборки двигателя, насоса и привода (например, коробка передач, ременным приводом и т.д.). Точность этого теста будет ниже, чем когда насос только тестируется. В этом случае мощность измеряется мощность двигателя. Мощность на валу насоса рассчитывается по опубликованным двигателя и привода эффективности. Так как эти эффективность точно не известны, этот метод является менее точным.

Когда VFD используется как часть строки, то становится трудно получить точное значение входной мощности на валу насоса. Ваттметра не может точно измерить мощность от VFD на двигатель из-за несинусоидального сигнала ПЧ. Ваттметр может измерять мощность в ПФО. Однако, когда потребляемая мощность в ПФО измеряется эффективность VFD должны быть известны для расчета ПЧ мощности двигателя. Эта информация может быть доступна, но это добавляет еще один уровень ошибку, так как КПД двигателя будет изменяться в зависимости от несинусоидального сигнала на выходной мощностью от ПФО. (Хотя многие VFD, обеспечивают измерение выходной мощности, значение этого измерения является лишь приблизительным и не достаточно точны для приемо-сдаточных испытаний. Это чтение не считает снижение КПД двигателя при работе на VFD власти.)

Строка тест с VFD может потребоваться, если заказчик указывает, что VFD быть использован для строк теста. Он также может быть необходимо, когда клиент хочет иметь кривые в ряде скорости. В обоих случаях предлагаемые процедуры проведения одного теста без VFD, запуск двигателя непосредственно через линию. Это позволяет полностью головы создания кривой эффективности будет производиться при номинальной скорости. VFD может быть подключен к двигателю, и голова кривые мощности могут быть произведены в необходимых скоростях без каких-либо измерений мощности.

Влияние факторов для расчета КПД насоса для различных конфигураций. Содержит факторы, необходимые для расчета КПД насоса для различных конфигураций. Строка тест не может измерить эффективность двигателя насоса. В этом случае, насос должны быть проверены отдельно, если точные измерения вала отбора мощности не требуется. Кривые насос производителя зачастую только обеспечить конечному пользователю необходимую мощность на валу насоса. Дальнейшее исследование может показать, что эта информация предоставлена ​​с насосом быть опечатаны упаковки, а не механическое уплотнение, которое может поглотить дополнительную мощность. С точки зрения потребления энергии, эти данные не предоставляют пользователю реальную стоимость для работы насоса.

Провод-вода кривые эффективности и энергопотребления являются более полезными, но редко просили. Провод-вода производительность может быть измерена со всеми конфигурациями на рисунке 2, поставив ваттметра на входе в двигатель или VFD. Эти данные позволят конечному пользователю знать истинную потребляемая мощность насоса системы и оценить истинную стоимость эксплуатации.

Некоторые приложения включают раствор пены в жидкости, которая влияет на производительность насоса. Что нужно сделать при выборе центробежные насосы для таких приложений?

Пена представляет собой пористый средний жидкость (суспензия), которая встречается в природе или созданы с определенной целью. Природные появление может быть связано с характером переработки руды в добывающей промышленности, создания общей неприятностью во многих случаях.

Пена создается для разделения минералов, плавающие продукт из отходов, и наоборот. Он создан на аэрацию суспензии через нагнетания воздуха во время агитации с добавлением полимеров увеличить поверхностное натяжение. Это создает пузырьки которого продукт или отходы придерживается, который позволяет для разделения и сбора востребованных минеральные для дальнейшей переработки.

Передача пены с центробежных шламовых насосов является специальное приложение цели, часто встречающихся в желоба флотационных схем. Очень большая часть воздуха в пене обрабатывается нарушает нормальные отношения, которые используются для прогнозирования накачки производительность и требует уникального подхода при выборе и применении насосов для этой услуги.

В зависимости от процесса, типа суспензии или пенообразователей используются, определенное количество воздуха или газа будут отделяться от пены и может привести к проблемам с производительностью насоса. Изменения в работе из-за этого воздух или газ может быть определена количественно на основе различных факторов, таких как насос геометрии, определенной скорости и давления всасывания.

Тем не менее, определение с достаточной степенью точности, что количество свободного воздуха или газа будут отделяться от пены на входе рабочего колеса практически невозможно. Эта проблема требует выбора насоса, который может успешно справиться с пеной приложения.

Обычный подход к негабаритных насос для приложения с помощью «пены фактор». Пена фактором является множителем, что повышает производительность процесса проектирования, чтобы обеспечить увеличение объема проходящего вызвано газа в пену.

Пена фактор, как правило, указанный покупателем насоса и на основе предыдущего опыта завода. Факторы, как правило, в диапазоне от 1,5 до 4, но может быть выше, чем 8. Многие факторы влияют на размер пены фактор. Они могут включать вязкость жидкости, размер помола минеральных и химии, используемые в этом процессе. Тип насоса выбран также будет иметь влияние на пену фактор используется, и насос производитель должен провести консультации для определения размеров рекомендации. Некоторые типичные вертикальный насос пена факторов общих процессов приведены в таблице 12.3.3. Это лишь приблизительные значения. Самый надежный факторов будет исходить от конечных пользователей.

ANSI / HI 12.1-12.6 центробежные (центробежные) шламовых насосов, раздел 12.3.3 включает в себя дополнительную информацию о пене насосных которые будут отвечать и другие вопросы. Новая редакция этого стандарта, как ожидается, будет выпущен этим летом.

Есть ли стандартная процедура для измерения бортового звука, излучаемого из промышленных насосов?

Да. ANSI / HI 9.1-9.5 Общие рекомендации для насосов включает в себя раздел 9. 4: Измерение воздушно-десантной звук. Целью настоящего стандарта является обеспечение единых процедур испытания для измерения в воздухе звук от насосного оборудования.

Настоящий стандарт распространяется на центробежные, роторные и поршневые насосы и насосное оборудование. Это указывает на приемлемых и целесообразных условий эксплуатации и процедуры для использования неспециалистами, а также акустических инженеров.

Настоящий стандарт не распространяется на вертикальные насосы погруженные мокрой яме. В этом стандарте, уровень звукового давления 20 мкПа (0,0002 μbar) используется в качестве ссылки.

Какой уровень шума насоса и какие параметры должны быть рассмотрены при выборе насоса или насосной станции?

Начнем с того, что выясним, отчего возникает шум. Причин несколько:

1.Имеющийся дисбаланс вращающихся частей насоса и электродвигателя.

2.Кавитация (схлопывания воздушных пузырьков в воде).

3.Гидроудары.

4.Движение воды по трубопроводам.

Как видим, уровень шума напрямую зависит от совершенства конструкции как самого скважинного насоса или насосной станции, так и от других элементов водоснабжения. Как правило, уровень шума от работающего насоса или насосной станции достигает 60 — 90 дБ, а иногда и более. Даже в таких совершенных насосах, как Grundfos SQ или SQE, а также насосных станциях Grundfos MQ уровень шума достигает 55 дБ. В итальянских насосных станциях Uni-Jet уже 70 дБ, а в отечественной технике эти показатели подбираются к отметке 80-90 дБ. И это притом, что согласно санитарным нормам, максимальный уровень шума не должен превышать 30 дБ!

Какие факторы вызывают вибрации насоса, и как причину вибраций можно определить?

Факторами, влияющими на колебания, являются:

Механические — дисбаланс вращающихся частей

Механические — дисбаланс с абразивными жидкостями

Насос и двигатель, собственная частота и резонанс

Разные механические проблемы

Гидравлические нарушения

Гидравлические — резонанс в трубопроводе

Что такое дожимные насосы для котлов и для чего эти насосы?

Служат для котельной для бесперебойного обеспечения оптимального напора сырой воды непосредственно перед химической водоочисткой и для подачи химически очищенной воды в емкость с горячей водой (бак горячей воды), а также — в деаэратор.

Этот насос способствует поддержанию необходимого уровня жидкости в баке горячей воды. Выбирать его нужно тоже с учетом реальных условий, в которых он должен работать. Способность перекачивания определенного объема жидкости за единицу времени — один из основных критериев.

Для чего применяется герметизация подшипников и как она устроена?

Важное условие надежной работы подшипников — обоснованный выбор уплотнений, которые защищают полость подшипника от проникновения в нее из окружающей среды пыли, влаги, абразивных частиц и препятствуют вытеканию смазочного материала. Конструкция выбранного уплотнения зависит от вида смазочного материала, условий и режима работы узла подшипника, а также степени его герметичности.

По принципу действия уплотнения разделяют на контактные, в которых герметизация осуществляется за счет плотного прилегания уплотняющих элементов к подвижной поверхности вала; бесконтактные — герметизация в которых осуществляется за счет малых зазоров сопряженных элементов; комбинированные, состоящие из комбинации контактных и бесконтактных уплотнений.

Основными типами контактных уплотнений являются сальниковые и манжетные.

Зачем контролировать давление в центробежных насосах?

Неполадки в центробежных насосах возникают в результате несоблюдения условий входа жидкости в насос. Если в отдельных областях насоса давление понизится до давления насыщенных паров, то в этих областях начнется вскипание жидкости с образованием в канале воздушных карманов, нарушающих плавность потока.

Это явление называется кавитацией, которая может возникнуть как в стационарной, так и в движущейся части насоса.

Кавитация сопровождается сильным шумом, треском, вибрацией насоса, вызывает разрушение металла, понижает напор, производительность и КПД насоса. Кроме механического разрушения металла, кавитация вызывает его коррозию. Особенно быстро разрушается чугун. Разрушаются и более стойкие металлы — бронза, нержавеющая сталь. Поэтому в работе насоса нельзя допускать кавитацию, а высота всасывания должна быть такой, при которой возникновение кавитации невозможно.

При эксплуатации центробежных насосов кавитация может возникнуть при понижении уровня жидкости во всасывающем резервуаре ниже расчетного, повышении температуры перекачиваемой жидкости, неправильной установке и неправильном монтаже насоса. С целью уменьшения потерь во всасывающем трубопроводе уменьшают, по возможности, его длину, делают его более прямым, устанавливают минимальное количество арматуры, избегают воздушных мешков.

Что такое сбалансированное механическое уплотнение и где оно используется?

Механическое уплотнение — это уплотнительное устройство, которое образует вращающееся уплотнение между подвижной и неподвижной частями. Они были разработаны для устранения недостатков сальниковой набивки. Утечка может быть снижена до уровня соблюдения экологических стандартов государственных

регулирующих органов и затраты на техническое обслуживание и ремонт также могут быть снижены.

Преимущества механического уплотнения по сравнению с обычной сальниковой набивкой:

1. Отсутствие или ограниченная утечка продукта (отвечает нормированию состава автотранспортных выбросов).

2. Уменьшение трения и потери мощности.

3. Элимирование вала или втулки износа.

4. Сокращение расходов на обслуживание.

5. Возможность использования при более высоких давлениях и более агрессивных средах.

6. Широкое разнообразие конструкций позволяет использовать механические уплотнения почти во всех насосах.

Сбалансированное механическое уплотнение включает в себя простое изменение конструкции, которое снижает гидравлические силы, пытающиеся закрыть торцевое уплотнение. Сбалансированные уплотнения имеют более высокий предел давления, низкую нагрузку на уплотнительные поверхности и выделяют меньше тепла. Это делает их наиболее подходящими при перекачивании жидкостей с низкой смазывающей способностью и высоким давлением насыщенных паров, таких как лёгкие углеводороды.

Какие требования предъявляются для всасывающих трубопроводов центробежного насоса?

Всасывающий трубопровод является одним из ответственных элементов насосной станции. К нему предъявляются следующие требования: он должен быть герметичным, возможно меньшей длины с наименьшим числом фасонных частей (колен, отводов, тройников, переходов и др.), не должен иметь мест для образования воздушных мешков. Герметичность всасывающего трубопровода достигается путем тщательного соединения труб и фасонных частей, устанавливаемых на трубопроводе. Материалом для всасывающего трубопровода могут служить стальные, а иногда и чугунные трубы. Деревянные, асбестоцементные и железобетонные трубы не обеспечивают полной герметичности, поэтому их применение не допускается.

Стальные трубы могут быть соединены при помощи сварки или фланцевого соединения. Сварка обеспечивает достаточную герметичность трубопровода. Применение фланцевого соединения возможно при условии, если всасывающий трубопровод не засыпается землей. Трубы, уложенные в землю, должны быть покрыты антикоррозийными материалами. В лессах и других просадочных грунтах трубы следует укладывать без засыпки. Только после окончания просадок траншею можно засыпать.

Смонтированный всасывающий трубопровод должен иметь постепенный подъем к насосу (уклон не менее 0,005), чтобы воздух, попавший во всасывающие трубы, мог свободно двигаться с водой к насосу. С целью уменьшения потерь напора всасывающий трубопровод должен быть возможно меньшей длины, не иметь резких поворотов, расширений, сужений и лишних фасонных частей.

Для обеспечения правильной работы всасывающего трубопровода необходимо избегать образования воздушных мешков. Эти мешки могут возникать в повышенных местах и резких поворотах трубопровода.

На всасывающих трубопроводах могут быть установлены всасывающие или приемные клапаны, всасывающие воронки, сетки, задвижки, колена, тройники и переходы.

Как рассчитать давление гидравлического удара и избежать его?

В зависимости от времени распространения ударной волны и времени перекрытия задвижки (или другой запорной арматуры) t, в результате которого возник гидроудар, можно выделить 2 вида ударов:

Полный (прямой) гидравлический удар, если t <

Неполный (непрямой) гидравлический удар, если t >

Прямой гидравлический удар бывает тогда когда время закрытия задвижки t3 меньше фазы удара T, определяемой по формуле:

Здесь – длина трубопровода от места удара до сечения, в котором поддерживается постоянное давление, – скорость распространения ударной волны в трубопроводе, определяется по формуле Н. Е. Жуковского, м/с:

де E — модуль объемной упругости жидкости,

ρ– плотность жидкости,

— скорость распространения звука в жидкости,

Etr — модуль упругости материала стенок трубы,

D — диаметр трубы,

h — толщина стенок трубы.

Для воды отношение зависит от материала труб и может быть принято: для стальных — 0,01; чугунных — 0,02; ж/б — 0,1-0,14; асбестоцементных — 0,11; полиэтиленовых — 1-1,45

Коэффициент k для тонкостенных трубопроводов применяется (стальные, чугунные, а/ц, полиэтиленовые) равным 1. Для ж/б

коэффициент армирования кольцевой арматурой (f — площадь сечения кольцевой арматуры на 1м длины стенки трубы). Обычно . Повышение давления при прямом гидравлическом ударе определяется по формуле:

где Vo — скорость движения воды в трубопроводе до закрытия задвижки.

Если время закрытия задвижки больше фазы удара (tз>Т), такой удар называется непрямым. В этом случае дополнительное давление может быть определено по формуле:

Результат действия удара выражают также величиной повышения напора H, которая равна:

при прямом ударе

при непрямом ударе

Способы предотвращения возникновения гидравлических ударов:

• Исходя из формулы Жуковского (определяющей увеличение давления при гидроударе) и величин, от которых зависит скорость распространения ударной волны, для ослабления силы этого явления или его полного предотвращения можно уменьшить скорость движения жидкости в трубопроводе, увеличив его диаметр.

• Для ослабления силы этого явления следует увеличивать время закрытия затвора

• Установка демпфирующих устройств

Как далеко от поверхности воды должен быть установлен насос в колодце?

Насос в колодце устанавливают на такой глубине, чтобы нижний край насоса находился от дна вверх на 25 — 30 см, такое расстояние необходимо чтобы насос при заборе воды не захватывал также песок со дна колодца.

Как влияет растворенный в жидкости газ на производительность центробежных насосов?

Растворенные в жидкости газы могут спровоцировать появление кавитации. Кавитация в центробежных насосах является гидродинамическим явлением и зависит от гидродинамических качеств рабочих органов машины и физических свойств жидкости. Кавитация в насосах обычно начинается при падении давления до значения, равного или меньшего давления упругости насыщенного пара и сопровождается нарушением сплошности потока с образованием полостей, насыщенных паром и растворенными в жидкости газами.

Явление кавитации в насосах сопровождается вскипанием жидкости и является термодинамическим процессом, определяемым свойствами жидкости: давлением, температурой, скрытой теплотой парообразования, теплоемкостью.

Последствия кавитации в насосах сопровождается признаками, отрицательно сказывающимися на работе насоса.

Шум и вибрация возникают при разрушении кавитационных пузырьков в зоне повышенного давления. Уровень шума зависит от размеров насоса. Кавитационный шум проявляется в виде характерного потрескивания в зоне выхода в рабочее колесо.

Снижение параметров насоса при наличии развитой кавитации по-разному сказывается для насосов с разными коэффициентами быстроходности и зависит от значения и влияния кавитационной зоны. При низкой быстроходности параметры снижаются резко. Для насосов с высоким коэффициентом быстроходности характерно постепенное снижение параметров. Если кавитационная зона занимает все сечение канала, то происходит срыв (прекращение) подачи насоса.

Кавитационное разрушение материалов (питтинг) происходит при длительной работе насоса в условиях кавитации в местах захлопывания пузырьков. Питтинг имеет место как при начальной, так и при развитой кавитации.

Что такое балансировка ротора насоса, и для чего ее производят?

Вал с посаженными на него деталями носит название ротора насоса. Роторы центробежных насосов балансируют, причем у мелких насосов производится статическая балансировка, а у крупных — статическая и динамическая.

В процессе круглосуточной эксплуатации происходит непрерывное изнашивание основных узлов центробежных насосов (валов, подшипников, сальников и торцовых уплотнений), увеличивается осевой разбег роторов, нарушается балансировка, изнашиваются соединительные элементы полумуфт.

Балансировке должны подвергаться все вращающиеся детали или узлы, неуравновешенность которых может вызвать нарушения в работе механизмов, вибрацию их, преждевременный износ и т. п. Статическая балансировка применяется для уравновешивания тел вращения с большим отношением диаметра к ширине — нешироких шкивов, зубчатых колес, отдельных дисков центробежных насосов и турбомашин и т. п Статическая балансировка длинных тел вращения (широких шкивов барабанов центрифуг, роторов электромашин, роторов многоколесные центробежных насосов и турбомашин, валов и т. п.) не дает удовлетворительных результатов, и для таких деталей необходима динамическая балансировка.

Что такое эффективность насосной системы и как ее повысить?

Насос всегда работает в системе, поэтому основным методом повышения энергоэффективности насосов является оптимизация всей системы на основе качественного обследования.

Насосное оборудование — наиболее энергопотребляющее из используемых в экономике.

Финский научно-исследовательский центр провел обследование 1690 насосов на 20 предприятиях Финляндии, результаты которого показали, что средний КПД насосов составил в среднем 40%, при этом 10% насосов работали с КПД ниже 10%!

Основными причинами неэффективного использования насосного оборудования были признаны: переразмеривание (выбор насосов с большей подачей и напором) и регулирование режимов работы насосов при помощи задвижек.

Мировой опыт основной причиной определяет неверный подбор насосов под требования системы. Так, по данным пяти ведущих компаний-производителей насосного оборудования США, более 60% проданных насосов эксплуатируются вне рабочего диапазона, и в 95% случаев в этом виноваты потребители, которые предоставили неверные исходные данные.

Основные причины работы насосного оборудования не в оптимальном режиме:

1. Проектировщики закладывают насосное оборудование с запасом, на случай непредвиденных обстоятельств или перспектив развития, что приводит впоследствии при эксплуатации к снижению напора, дросселированию и потере эффективности.

2. Изменение параметров гидравлической сети со временем (коррозия труб, замена трубопроводов и т. п.).

3. Износ арматуры, износ насосов.

4. Изменение водопотребления в связи с ростом или сокращением численности населения (перестают существовать предприятия, устанавливаются счетчики, и спроектированные в советские времена системы не соответствуют новой реальности).

5. Замена и установка новых элементов в системе с другими гидравлическими характеристиками.

6. Регулирование режимов работы насосов.

Методы снижения энергопотребления в насосных системах:

→ замена насосов на более эффективные — 2%;

→ замена электродвигателей — 1–3%;

→ подрезка рабочего колеса — до 20%, в среднем 10%;

→ каскадное регулирование при параллельной установке насосов — до 10–30%;

→ использование дополнительных резервуаров для работы во время пиковых нагрузок — 10–20%;

→ простое снижение частоты вращения насосов при неизменных параметрах сети — до 40%;

→ замена регулирования подачи задвижкой на регулирование частотным преобразователем позволяет снизить до 60% энергопотребления;

Мы хотим проверить технические характеристики насоса. Как это можно сделать?

Основной характеристикой считается зависимость подачи насоса от его напора, так называемую Q-H характеристику. Расход мощности и КПД являются уже следствием работы насоса по созданию подачи Q и напора H, которые и являются целью приобретения насоса.

Характеристика каждого насоса определяется только путем его испытания. Аналитические способы построения характеристик очень сложны и не дают достаточно надежных результатов.

Технические характеристики насоса получают при проведении испытаний.

При испытании насоса жидкость совершает замкнутый цикл. Забираемая насосом из резервуара, жидкость подается в напорную сеть, состоящую из участка трубопровода с расходомером и дроссельной задвижкой, а потом снова возвращается в резервуар.

При этом вся энергия, получаемая жидкостью в насосе, поглощается преимущественно в дроссельной задвижке. Закрывая и открывая задвижку, можно изменять подачу насоса с нуля от нуля до некоторого максимального значения. Число оборотов насоса в течение одного опыта сохраняется постоянным.

При разных открытиях дроссельной задвижки производят замеры: подачи, напора, давления нагнетания, давления всасывания, температуры жидкости и мощности, потребляемой насосом.

Как обеспечивается износостойкость шламового насоса?

Существует несколько вариантов для выбора защиты шламовых насосов от износа:

• Рабочее колесо и корпус из твердого металла с различными сплавами белого чугуна и стали.

• Рабочее колесо из эластомеров и корпус, защищенный эластомерными футеровками. Эластомерами являются обычно каучуки различного качества или полиуретан.

• Сочетание рабочего колеса из твердого металла и корпусов, футерованных эластомером.

Выбор материала износостойких частей — это баланс между стойкостью к износу и стоимостью изнашиваемых частей.

Существуют две стратегии в отношении защиты от износа:

1. Износостойкий материал должен быть достаточно твердым, чтобы выдерживать режущее действие ударяющих частиц!

2. Износостойкий материал должен быть эластичным и способнымгасить удары и отталкивать частицы!

Выбор износостойких частей обычно основывается на следующих параметрах:

• Размер твердой частицы (удельный вес твердых частиц, форма и твердость)

• Температура пульпы

• pH и химикаты

• Частота вращения рабочего колеса

Основными износостойкими материалами в шламовых насосах являются твердый металл и мягкие эластомеры.

Керамические материалы представлены как вариант для некоторых типов насосов.

Каковы требования к насосам для котлов, которые будут использоваться в котельных?

Питание котлов может быть групповым с общим для подключенных котлов питательным трубопроводом или индивидуальным — только для одного котла.

Включение котлов в одну группу по питанию допускается при условии, что разница рабочих давлений в разных котлах не превышает 15%.

Питательные насосы, присоединяемые к общей магистрали, должны иметь характеристики, допускающие параллельную работу насосов.

Для питания котлов водой допускается применение:

а) центробежных и поршневых насосов с электрическим приводом;

б) центробежных и поршневых насосов с паровым приводом;

в) паровых инжекторов;

г) насосов с ручным приводом;

д) водопроводной сети.

Использование водопровода допускается только в качестве резервного источника питания котлов при условии, что минимальное давление воды в водопроводе перед регулирующим органом питания котла превышает расчетное или разрешенное давление в котле не менее чем на 0,15 МПа (1,5 кгс/см2).

Пароструйный инжектор приравнивается к насосу с паровым приводом.

На корпусе каждого питательного насоса или инжектора должна быть прикреплена табличка, в которой указываются следующие данные:

а) наименование организации-изготовителя или ее товарный знак;

б) заводской номер;

в) номинальная подача при номинальной температуре воды;

г) число оборотов в минуту для центробежных насосов или число ходов в минуту для поршневых насосов;

д) номинальная температура воды перед насосом;

е) максимальный напор при номинальной подаче.

После каждого капитального ремонта насоса должно быть проведено его испытание для определения подачи и напора. Результаты испытаний должны быть оформлены актом.

Напор, создаваемый насосом, должен обеспечивать питание котла водой при рабочем давлении за котлом с учетом гидростатической высоты и потерь давления в тракте котла, регулирующем устройстве и в тракте питательной воды.

Характеристика насоса должна также обеспечивать отсутствие перерывов в питании котла при срабатывании предохранительных клапанов с учетом наибольшего повышения давления при их полном открытии.

При групповом питании котлов напор насоса должен выбираться с учетом указанных выше требований, а также исходя из условия обеспечения питания котла с наибольшим рабочим давлением или с наибольшей потерей напора в питательном трубопроводе.

Подача питательных устройств должна определяться по номинальной паропроизводительности котлов с учетом расхода воды на непрерывную или периодическую продувку, на пароохлаждение, на редукционно-охладительные и охладительные устройства и на возможность потери воды или пара.

Тип, характеристика, количество и схема включения питательных устройств должны выбираться специализированной организацией по проектированию котельных в целях обеспечения надежной и безопасной эксплуатации котла на всех режимах, включая аварийные остановки. Допускается работа котлов паропроизводительностью не более 1 т/ч с одним питательным насосом с электроприводом, если котлы снабжены автоматикой безопасности, исключающей возможность понижения уровня воды и повышения давления сверх допустимого.

На питательном трубопроводе между запорным органом и поршневым насосом, у которого нет предохранительного клапана и создаваемый напор превышает расчетное давление трубопровода, должен быть установлен предохранительный клапан.

Для перекачки суспензии мы заметили, что центробежные насосы, ограничены в своей производительности. Есть ли поршневые насосы, используемые для перекачки суспензии?

Центробежные насосы лучше приспособлены для перекачки суспензий и загрязненных жидкостей. В таких насосах допускаются большие зазоры и отсутствуют клапаны, в результате чего эти насосы менее подвержены износу от действия взвешенных частиц.

Какой самый эффективный способ снизить потребление энергии в существующих установках центробежного насоса?

Применение частотно-регулируемых приводов и ликвидации задвижки для управления потоком, как правило, наиболее эффективные способы уменьшить потребление энергии насосом. Даже тогда, когда задвижки широко открыты, это обычно приводит к значительному перерасходу электроэнергии.

Преобразователи частоты позволяют регулировать скорость вращения насоса, чтобы соответствовать напору, необходимому системе. Это снижение скорости сопровождается снижением мощности, которая способствует сокращению потребления электроэнергии.

Что такое атмосферное давление для насоса?

Это сила, которая оказывает давление на единицу площади весом атмосферного давления. На уровне моря и при температуре 15С стандартное атмосферное давление 14. 7 p.s.i. или 750 мм ртутного столба или 1013 м бар.

Что такое манометрическое давление насоса?

Если брать атмосферное давление за отправную точку, манометрическое давление считается путем деления единицы силы на единицу площади, вызываемую жидкостью (-750 Нg).

Что такое абсолютное давление насоса?

Это общее давление, измеряемое путем деления единицы площади на единицу площади, вызываемой жидкостью. Оно равно сумме атмосферного и манометрического давления.

Что такое вакуумметрическое, или давление всасывания насоса?

Существуют общепринятые условия для определения давления внутри насоса, которое ниже атмосферного давления. Такое давление обычно измеряется путем вычитания из значения атмосферного давления значения измеряемого давления в насосе.

Что такое давление на выходе насоса или давление нагнетания насоса?

Это среднее давление на выходе насоса в ходе работы.

Что такое давление на входе насоса?

Это среднее давление, измеряемое около входного отверстия насоса в ходе его работы.

Что такое перепад давления в насосе?

Это разница в абсолютном давлении на входе и выходе насоса в ходе его работы.

Что такое плотность жидкости?

Плотность жидкости — это ее вес на единицу объема, часто выражается в фунтах на кубический фут или граммах на кубический сантиметр. (Плотность жидкости меняется с изменением температуры).

Что такое давление насыщенного пара?

Давление насыщенного пара жидкости равно абсолютному давлению (при определенной температуре), при котором жидкость превращается в пар. У каждого типа жидкости свое давление насыщенного пара. При этом учитывается температура.

Что такое коэффициент вязкости жидкости для насоса?

Коэффициент вязкости жидкости — это единица связанная с ее способностью выдерживать поперечную силу. Веществам с высоким коэффициентом вязкости требуется большая поперечная сила для сдвигания жидкостей, чем веществам с меньшим коэффициентом вязкости.

САНТИПУАЗ (cPo) наиболее удобная единица измерения коэффициента вязкости. Узнать абсолютную вязкость можно таким прибором, как вискозиметр. Им измеряется сила, необходимая для вращения микрометрического винта/ валика/ оси.

Другие единицы измерения вязкости, такие, как сантистокс (cs) Salbolt Second Universal (SSU) — единицы измерения кинематической вязкости, при которой определенная сила тяжести жидкости влияет на измеряемую вязкость. Кинематические вискозиметры обычно измеряют силу тяжести жидкости, стекающей по калиброванной трубке, учитывается время течения потока.

К сожалению, вязкость не является постоянным, фиксированным свойством жидкости. Эта характеристика, изменяющаяся в зависимости от плотности жидкости и типа насоса.

В работе насоса естественным считается снижение вязкости при увеличении температуры.

Что такое эффективная вязкость для насоса?

Эффективная вязкость — это наблюдение за поведением вязких жидкостей при влиянии поперечных сил. Существует несколько видов поведения вязких жидкостей:

Ньютоновая жидкость: вязкость остается постоянной при изменении скорости течения или атмосферного давления.

Ньютоновые жидкости это вода, минеральные масла, сиропы, углеводород, смолы.

Тиксотропные жидкости: вязкость уменьшается при увеличении скорости течения потока или изменения атмосферного давления.

Тиксотропными жидкостями являются мыло, асфальтовый битум, растительные масла, клей, чернильные пасты, смолы, лаки, и некоторые суспензии.

Что такое NPSH насоса?

Общепринятый термин, используемый для описания необходимого состояния на входе насоса в насос с принудительной подачей жидкости (несамовсасывающем).

Имеем NPSH=(P+ha*d) —tv-J

P: абсолютное давление в жидкости

ha: высота столба жидкости на входе насоса

ha < 0 если площадь, занимаемая жидкостью, ниже входного отверстия насоса

ha > 0 если площадь, занимаемая жидкостью, выше отверстия насоса

d: плотность жидкости

J: потери во входной системе

tv: давление насыщенного пара

Что такое необходимое NPSH для насоса?

Необходимое NPSH — это характеристика насоса, которая показывает, какое давление столба жидкости необходимо на входе, чтобы обеспечить работающий насос. Показатель варьируется в зависимости от изменения скорости работы насоса и вязкости жидкости. Для удовлетворительной работы при ряде условий необходимо чтобы существующее значение NPSH было больше или равно NPSH необходимого.Когда внутри насоса абсолютное давление жидкости становится ниже давления насыщенного пара, жидкость начнет превращаться в пар, так называемое явление кавитации. В насосе объемного действия кавитация происходит, когда скорость жидкости недостаточна для заполнения полости насоса.

Что такое кавитация насоса?

Результат неэффективной работы насоса, который может привести к выходу насоса из строя, сопровождается характерным шумом.

Чтобы избежать кавитации и гарантировать, что NPSH существующее выше NPSH необходимого, нужно принять следующие меры по обеспечению подачи жидкости в насос:

— снизить скорость работы насоса (снизить скорость потока)

— увеличить размер диаметр входного отверстия

— уменьшить длину входного трубопровода. Изменить количество фитингов

— увеличить размер насоса для данного потока, это снижает требуемый N.P.S.H.

Принятые меры, с учетом условий работы насоса, обеспечат подачу жидкости к насосу и его заполнение, предотвращая кавитацию.

Что такое гидростатический напор насоса?

Гидравлическое давление в том месте, где жидкость неподвижна.

Что такое фрикционный напор насоса?

Потери давления или энергии из-за потерь при трении веществ.

Что такое асинхронный электродвигатель насоса?

Обороты ротора зависят от нагрузки и не совпадают с частотой вращения магнитного поля статора. В результате обеспечивается, например, плавный пуск электродвигателя насоса.

Что такое вал насоса?

Вал насоса — деталь, передающая крутящий момент и поддерживающая вращение других деталей. В случае насоса это металлический цилиндр, на котором крепятся рабочие колеса насоса.

Что такое высота всасывания насоса?

Высота всасывания — разность высот между местом установки насоса и точкой водозабора.

Что такое гидроаккумулятор (мембранный или накопительный бак)?

Гидроаккумулятор (мембранный или накопительный бак) — герметичная емкость, перегороженная внутри специальной резиновой или каучуковой мембраной. В одной, отделенной таким способом части этого устройства находится воздух под определенным давлением, а другая в процессе работы насоса заполняется водой.

Что такое крыльчатка насоса?

Крыльчатка насоса — совокупность лопастей, расположенных по окружности рабочего колеса и представляющих собой пластины, изогнутые в противоположном водотоку направлении.

Что такое многоступенчатая система всасывания насоса?

Многоступенчатая система всасывания насоса — последовательное использование нескольких рабочих колес внутри насоса.

Что такое напор насоса?

Напор насоса — высота, на которую насос способен доставить перекачиваемую жидкость.

Для чего нужен обратный клапан в насосе?

Обратный клапан — клапан, предотвращающий отток воды из всасывающей магистрали (шланга, трубы и т. п.).

Что такое патрубок насоса?

Патрубок насоса — короткая труба на корпусе насоса, предназначенная для ввода или вывода перекачиваемой жидкости.

Что такое ротор насоса?

Ротор насоса — вращающаяся деталь, в данном случае электродвигателя насоса, расположенная внутри статора насоса.

Что такое статор насоса?

Статор насоса — часть электродвигателя, выполняющая функции магнитопровода и несущей конструкции. Состоит из сердечника с обмоткой и станины корпуса насоса.

Что такое термореле насоса?

Термореле насоса — устройство для автоматического управления электрической цепью насоса. Состоит из релейного элемента, имеющего два положения устойчивого равновесия, и нескольких электрических контактов. Последние замыкаются или размыкаются при изменении состояния релейного элемента (соответственно «нормальная температура» или «перегрев»).

Что такое объемный насос?

Объемный насос — насос, в котором жидкая среда перемещается путем периодического изменения объема занимаемой ею камеры, попеременно сообщающейся со входом и выходом насоса.

Что такое дозировочный насос?

Дозировочный насос — насос, обеспечивающий подачу с заданной точностью.

Что такое герметичный насос?

Герметичный насос — насос, у которого полностью исключен контакт подаваемой жидкой среды с окружающей атмосферой.

Что такое плунжерный насос?

Плунжерный насос — возвратно-поступательный насос, у которого рабочие органы выполнены в виде плунжеров.

Что такое насос одностороннего действия?

Насос одностороннего действия — возвратно-поступательный насос, у которого жидкая среда вытесняется из замкнутой камеры при движении рабочего органа в одну сторону.

Что такое насос двустороннего действия?

Насос двустороннего действия — возвратно-поступательный насос, у которого жидкая среда вытесняется из замкнутой камеры при движении рабочего органа в обе стороны.

Что такое электронасосный агрегат?

Электронасосный агрегат — насосный агрегат, в котором приводящем двигателем является электродвигатель.

Что такое объемная подача насоса?

Объемная подача насоса — отношение объема подаваемой жидкой среды ко времени

Что такое идеальная подача насоса?

Идеальная подача насоса — сумма подачи и объемных потерь насоса.

Что такое точность дозирования насоса?

Точность дозирования насоса — отношение разности подач фактической и установленной по шкале к подаче, установленной по шкале.

Что такое отклонение подачи насоса?

Отклонение подачи насоса — разность фактической подачи насоса и подачи, заданной для данного давления.

Что такое категория точности дозирования насоса?

Категория точности дозирования — разность между выраженными в процентах значениями коэффициентов подачи насоса, определёнными на номинальном режиме (при максимальной длине хода плунжера) и при заданном изменении номинального режима (при уменьшении длины хода на 10%).

Что такое коэффициент подачи насоса?

Коэффициент подачи насоса — отношение подачи насоса к его идеальной подачи.

Что такое допускаемая вакуумметрическая высота всасывания насоса?

Допускаемая вакуумметрическая высота всасывания — вакуумметрическая высота всасывания, при которой обеспечивается работа насоса без изменения основных технических показателей.

Что такое кавитация?

Кавитация — нарушение сплошности потока жидкости, обусловленное появлением в ней пузырьков или зон, заполненных газом или паром.

Что такое климатическое исполнение насоса?

Климатическое исполнение насоса — исполнение насоса в зависимости от макроклиматического района (одного или нескольких) в котором он эксплуатируется, хранится и транспортируется.

Что такое категория размещения насоса?

Категория размещения насоса — категория насоса в зависимости от места его размещения при эксплуатации в воздушной среде на высотах до 4300 м.

Что представляет из себя взрывозащита насоса?

Взрывозащита — меры, предотвращающие воздействие на людей опасных и вредных факторов взрыва и обеспечивающие сохранение материальных ценностей. Характеристика взрывозащиты насоса определяется степенью взрывозащиты электродвигателя насоса.

В некоторых инструкциях на насос упоминается ньютоновская жидкость. Что значит ньютоновская жидкость?

Ньютоновская жидкость (названная так в честь Исаака Ньютона) — вязкая жидкость, подчиняющаяся в своём течении закону вязкого трения Ньютона, то есть касательное напряжение и градиент скорости линейно зависимы. Коэффициент пропорциональности между этими величинами известен как вязкость.

Из определения, в частности, следует, что ньютоновская жидкость продолжает течь, даже если внешние силы очень малы, лишь бы они не были строго нулевыми. Например, вода является ньютоновской жидкостью, потому что она продолжает демонстрировать свойства жидкости вне зависимости от скорости перемешивания, в противоположность Неньютоновским жидкостям, вязкость которых изменяется в зависимости от скорости тока жидкости — к примеру, перемешивание может оставлять «дыру» позади (которая понемногу заполняется со временем — такое поведение наблюдается в таких веществах, как пудинг, суспензия крахмала в холодной воде и, в менее строгих рамках — песок), а при уменьшении толщины слоя жидкости происходит скачок вязкости из-за изменения скорости течения жидкости (это наблюдается у некоторых неподтекающих красок, которые легко наносятся, но становятся очень вязкими на поверхности сразу после нанесения и не стекают даже если поверхность вертикальная).

Для ньютоновской жидкости вязкость, по определению, зависит только от температуры и давления (а также от химического состава, если жидкость не является беспримесной) и не зависит от сил, действующих на неё.

Насос в скважине бесперебойно работал 3 года, и вдруг стал часто включаться и выключаться. Система работает рывками, и автоматика все время щелкает у гидробака.

Очевидно в гидроаккумуляторе (гидробаке) порвалась мембрана. Срок ее службы 3-5 лет (в зависимости от качества воды). Щелкает — реле давления, постоянно включая и отключая насос, т.к. нет запаса воды. Целостность мембраны легко проверить, надавив острым предметом на ниппель гидроаккумулятора (как в автомобильном колесе). Если из ниппеля идет вода — нужно заменить мембрану. Стоимость услуги по замене мембраны зависит от емкости и марки гидроаккумулятора.

Мне пробурили скважину 23 метра. Воды в ней всего 4 метра от дна. Обращался в разные фирмы с вопросом как подобрать оптимальный насос, предлагают разные варианты насосов: советуют на такую скважину насос малыш, советует водомет, советуют установить немецкий насос Grundfos. Как выбрать насос?

Чтобы выбрать насос необходимо учитывать следующее: если дебет (производительность) скважины очень мал, то воду нужно сначала накопить, а затем уже качать центробежным насосом в систему водоснабжения. Для накапливания воды подойдет насос малыш, накопительная емкость с поплавковым выключателем. А для автоматического водоснабжения — насосная станция с гидроаккумулятором и автоматикой.

Что такое вертикальная осевая нагрузка и как она возникает?

Вертикальная осевая нагрузка — это сила, действующая вертикально вниз на рабочее колесо с валом в сборе при работе насоса, воспринимаемая нижним упорным подшипником электродвигателя.

Большинство насосов и электродвигателей предназначены для эксплуатации в условиях постоянно действующей вертикальной нагрузки, однако тем не менее очень часто она может создавать трудности при работе насоса и электродвигателя. Осевая нагрузка возникает при работе насоса с очень низкой подачей, что обуславливает повышенные значения давления нагнетания. Непрерывная эксплуатация в этом диапазоне может вызвать повреждение упорного подшипника электродвигателя, к тому же могут возникнуть проблемы с перегревом электродвигателя и насоса из-за недостаточного охлаждения потоком жидкости. Чтобы свести к минимуму связанные с осевой нагрузкой трудности, насос должен эксплуатироваться в определенном диапазоне минимального и максимального значений подачи.

Поэтому на графиках рабочих характеристик скважинных насосов фирмы Grundfos допустимый диапазон значений подачи отмечен сплошной, а недопустимый диапазон эксплуатации — пунктирной линией.

Мне необходим насос погружной, глубина скважины 9 метров, насос 1куб/метр за час. Прошу помочь мне с выбором насоса.

Необходимо уточнить:

1. Дебет скважины.

2. Внутренний диаметр обсадной трубы.

3. Уровень зеркала воды.

В чем отличие насосов «Малыш» и «Водолей»?

«Малыш» — насос клапанного типа, а «Водолей» — роторного. «Малыш» рассчитан на производительность скважины до 500 л/час. «Водолей» — до 1000 л/час

В чем отличие насосов «GRUNDFOS» и «PEDROLLO»?

Насосы Grundfos имеют встроенные системы защиты, а Pedrollo — нет. Насосы Pedrollo 4-х дюймовые — подходят не для всех типов скважин. Насосы Grundfos 3-х дюймовые — подходят для всех типов скважин.

Где лучше устанавливать автоматику водоподъёмного оборудования?

Если в доме есть свободная площадь 1 м², то лучше в доме — более удобно для обслуживания.

Можно ли временно установить насос «Малыш» (например, для ремонтных работ), а потом уже более «серьёзное» водоподъёмное оборудование? Для скважин какой глубины это приемлемо?

Насос «Малыш» — до 30 метров

Какая разница между двухпроводным и трехпроводным погружным насосом?

Разница между «двухпроводным» и «трехпроводным» погружным насосом связана с типом применяемого однофазного электродвигателя. Трехпроводный однофазный электродвигатель требует наличия электрошкафа управления с пусковым конденсатором.

Пусковой конденсатор применяется для пуска электродвигателя и отключается после того, как электродвигатель закончит разгон. Из-за этого пускового устройства три подключенных к питанию провода (плюс один провод для подключения на землю), откуда и пошло название «трехпроводный насос». Для двухпроводного электродвигателя не требуется электрошкафа управления.

Вместо использования пускового конденсатора двухпроводный электродвигатель имеет встроенное в него электрическое устройство, которое используется для пуска электродвигателя. Из-за этого пускового устройства требуется только два подключенных к питанию провода (плюс один провод для подключения на землю), откуда и пошло название «двухпроводный насос».

Как правило, трехпроводный электродвигатель будет иметь несколько больший по сравнению с двухпроводным пусковой крутящий момент (несмотря на то, что в большинство областей применения дополнительный пусковой крутящий момент не нужен), однако двухпроводный электродвигатель, как правило, устанавливается и подключается несколько проще и с меньшими затратами.

Может ли насос работать всухую?

Работа насоса всухую может привести к выходу из строя механического уплотнения вала и электродвигателя. Установленные в Вашей гидросистеме поплавковые выключатели (датчики уровня) должны быть настроены таким образом, чтобы поддерживать минимальный уровень воды, необходимый для работы насоса.

Прежде чем приступать к эксплуатации насоса, обязательно проверьте соответствие выбранной области применения Вашего насоса нашим указаниям в проспекте с техническими данными и в «Руководстве по монтажу и эксплуатации» для данного насоса.

Каково максимально допустимое значение температуры перекачиваемой жидкости?

Максимально допустимое значение температуры эксплуатации водоотливного, канализационного или грязевого насоса определяет, может ли насос в полностью погруженном положении эксплуатироваться постоянно или он должен работать с перерывами. Для справки просим Вас обращаться к «Руководству по монтажу и эксплуатации» для Вашего насоса.

Мой напорный трубопровод продолжает забиваться, почему?

Закупорка может быть отнесена к одной из двух причин. Во-первых, правильно ли рассчитана скорость перекачивания через трубопровода? Если для перекачивания шлама с твердыми частицами неправильно выбрана скорость перекачивания, то частицы шлама могут оседать на дне трубопровода и со временем закупорить его. Во-вторых, достаточный ли размер трубопровода выбран для перекачиваемого шлама? В зависимости от количества перекачиваемых твердых частиц, для обеспечения прохождения всего количества шлама через трубу, необходимо выбирать размер трубы с запасом.

Можно ли использовать насос для перекачивания морской воды?

В мире погружные дренажные насосы уже долгое время используются для перекачивания морской воды. Тем не менее, если насосы выполнены из такого легкого материала как алюминий, их срок эксплуатации для перекачивания морской воды сильно ограничен. Продлить срок службы насосам помогут цинковые аноды (цинковые аноды защищают насос от электрохимической коррозии), но они должны быть регулярно проверены и заменены. Как альтернатива, компания Grindex предлагает линейку дренажных и шламовых насосов, выполненных из нержавеющей стали марки 316 SS, которая обладает стойкостью к негативному воздействию морской воды.

Действительно ли работает воздушный клапан?

Все насосы Grindex снабжены воздушным клапаном. Воздушный клапан необходим для того, чтобы в случае работы насоса «всухую», он не перегревался, охлаждаясь при помощи потока воздуха. Воздушный клапан это простое механическое устройство, которое остается закрытым посредством давления перекачиваемой жидкости. К примеру, когда опустошается отстойник, в котором находится насос, давление воды падает и пружина освобождается, открывая тем самым клапан. Это позволяет крыльчатке насоса работать так же, как вентилятор стандарта IP55 двигатель насоса обдувает воздух вокруг и выдувает через клапан наружу. Насосы могут работать в таком режиме несколько часов без вреда. Затем, когда вода начинает поступать в отстойник снова, давление воды, которое создается вокруг корпуса насоса, закрывает воздушный клапан и насос начинает работать в нормальном режиме. На одной из выставок была проведена демонстрация воздушного клапана. Насос Minex 220В включили работать на целый день под светом огней и насос не вышел из строя. Продолжая работать как демонстрационный экземпляр и по сей день.

Как часто следует проводить плановое сервисное обслуживание погружного насоса?

Производители всегда указывают рекомендованный интервал сервисного обслуживания. В случае с насосами Grindex, данный интервал составляет порядка 2000 часов работы, в то время как насосам японской марки Toyo производитель рекомендует не более 500 часов между предыдущим и следующим сервисным обслуживанием. Почему такая разница?

Ответ в том, что сервисный интервал должен быть связан с временем проведенным насосом в своем рабочем состоянии. Поэтому насос Grindex, например Major N, работающий в среде, где вода чистая и не вызывает коррозии, должен проработать не менее 2000 часов, не создавая никаких проблем для владельца. А насос Toya, работающий в своей обычной среде, например, в окалине, которая весьма абразивная и коррозийная, требует гораздо более частого сервисного обслуживания.

Сервисные интервалы для насосов сравнимы с с сервисными интервалами для автомобилей, если относится к ним пренебрежительно, то повышается риск серьезной поломки насоса.

Можно ли использовать погружные насосы Grindex тандемно?

Да, насосы Grindex можно использовать для последовательной работы. Нет никаких особых линеек насосов. Несколько обычных дренажных насосов могут быть подключены в так называемое «тандемное соединение». На дно насоса устанавливается специальный фланец для подключения напорного шланга предыдущего насоса. Это очень эффективно в ситуациях, когда необходимо значительно увеличить поток перекачиваемой жидкости при сохранении стандарта IP68 для используемого электрооборудования. Это особенно полезно в многих подземных работах, например на шахтах или строительстве тоннелей, где требуется перекачивание воды на большие расстояния и вероятность затопления очень высока. Переоборудование тандемного соединения в стандартную конфигурацию не представляет особых затруднений, так что, впоследствии, эти насосы можно будет использовать для их стандартной задачи.

Что подразумевается под шламом?

Шлам (от нем. Schlamm — грязь) — отходы при инженерной разработке горного продукта, составляющие пылевые и мельчайшие его части, получаемые в виде осадка при промывке какого-либо рудного материала.

Шламом также может быть:

• Порошкообразная субстанция, обычно содержащая благородные металлы, выпадающие в осадок при электролизе меди, цинка и других металлов.

• Нерастворимые отложения в паровых котлах в виде ила и твёрдого осадка. Для удаления шлама котёл продувают или проводят термосифонное удаление шлама.

• Илистый осадок каменного угля или руды при мокром обогащении.

• Осадок в виде мелких частиц, образующийся при отстаивании или фильтрации жидкости.

• Продукт мокрого помола кварцевого песка — песчаный шлам.

• Разбуренная порода, выносимая буровым раствором с забоя скважины на дневную поверхность.

• Отходы при шлифовании на металлообрабатывающих шлифовальных станках, состоящие из мелкой (до 1 мкм) стружки металла, абразивного материала шлифовального инструмента и эмульсии, если таковая используется в качестве СОЖ (смазывающе-охлаждающая жидкость). Обычно попадает в дренажную систему СОЖ станка и требует периодического удаления.

Перекачиваемый шлам в своей простейшей форме можно разделить на три типа; легкий, средний, и тяжелый. Ниже приведены грубые признаки этих типов.

Легкий:

Наличие твердых частиц в основном случайное

Размер твердых частиц обычно < 200 микронов

Тип шлама — неоседающий

Удельный вес взвеси < 1.05

Менее 5% твердых веществ в общей массе

Средний:

Размер твердых частиц от 200 микронов до 5 мм

Тип шлама — неоседающий и оседающий

Удельный вес взвеси < 1.15

От 5% до 20% твердых веществ в общей массе

Тяжелый:

Основной состав перекачиваемого шлама — это песок или гравий

Частицы > 5 мм

Тип шлама — неоседающий и оседающий

Удельный вес взвеси > 1.15

Более 20% твердых веществ в общей массе

Карта сайта

Главная Обучение Библиотека Карта сайта Главная Официальный сайт ДГАУ Cведения об образовательной организации Инклюзивное образование Дополнительное профессиональное образование Новости и объявления Вакансии Федеральные и региональные целевые программы, государственная поддержка села Информация работодателей История университета в лицах Перевод студентов на бюджетную форму обучения Об университете Официальный сайт ДГАУ Сведения об образовательной организации История университета Университет сегодня Ректорат Ученый совет Административно-управленческий аппарат Доска Почета Партнеры университета Информация Управления кадров Противодействие коррупции Защита персональных данных Международное сотрудничество Центр развития профессиональной карьеры СМИ об университете Полезные ссылки Абитуриентам Общая информация Приемная кампания 2022 Бакалавриат Специалитет Магистратура Аспирантура Среднее профессиональное образование Вступительные испытания для инвалидов и лиц с ограниченными возможностями здоровья Информация для иностранных абитуриентов/ Information for foreign applicants Стоимость обучения Целевое обучение Образцы заявлений Дни открытых дверей Часто задаваемые вопросы Информация о приеме 2021 Бакалавриат Специалитет Магистратура Аспирантура Средее профессиональное образование Ответы на обращения абитуриентов Обучение Факультеты Кафедры Среднее профессиональное образование Библиотека История библиотеки Правила пользования библиотекой Методические разработки, учебные пособия, монографии Доступ к электронным образовательным ресурсам и базам данных Электронная библиотека университета Периодические издания Вестник Донского ГАУ Порядок проверки ВКР на объем заимствования и их размещения в ЭБС Информация для пользователей Электронная информационно-образовательная среда Образовательные программы Электронные образовательные ресурсы, базы данных Методические разработки университета, учебные и справочные пособия Портфолио студентов Портфолио аспирантов Расписание занятий Аспирантура Документы, регламентирующие образовательный процесс Научное руководство аспирантами и соискателями Образовательные программы Федеральные государственные образовательные стандарты и требования Портфолио аспирантов Контактная информация Практическая подготовка Платформа дистанционного обучения Обучение иностранных студентов/for foreign students Дополнительное профессиональное образование Институт непрерывного образования (п. Персиановский) Институт непрерывного образования (г.Новочеркасск) Азово-Черноморский инженерный институт (г.Зерноград) Заочное обучение Музеи Ответы на вопросы участников образовательного процесса Наука и инновации Инновационные разработки университета Научно-исследовательская база Докторантура Защита диссертаций Диссертационный совет 35. 2.014.01 Диссертационный совет Д 999.021.02 Диссертационный совет Д 999.214.02 Диссертационный совет Д 220.028.01 Конференции, выставки, семинары, публикации Научные конференции Донского ГАУ Агропромышленный инновационно-консультационный комплекс Вестник университета Гуманитарный Вестник НИРС Студенческая жизнь Патриотическое воспитание, противодействие экстремизму и идеологии терроризма Молодежные объединения университета Студенческое самоуправление Студенческий медиа-центр Физкультура и спорт Отдых и творчество Общежития Стипендиальное обеспечение и другие формы материальной поддержки Плата за обучение Социально-психологическая служба Творческое объединение “Донской Пегас” Контакты Электронная информационно-образовательная среда

3.

6: Моделирование температуры и населения

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Идентификатор страницы

89297

• Мэтью Болкинс, Дэвид Остин и Стивен Шликер 9{-kt}\) моделирует температуру объекта, который охлаждается или нагревается в окружающей среде?
• Как мы можем использовать экспоненциальную функцию для более реалистичного моделирования населения, рост которого стабилизируется?

Мы видели, что экспоненциальные функции можно использовать для моделирования нескольких различных важных явлений, таких как рост денег из-за непрерывного начисления процентов, распад радиоактивных величин и температура объекта, который охлаждается или нагревается из-за его окрестности. t + c\) также важны. Более того, специальная база \(e\) позволяет нам представить все эти функции через горизонтальное масштабирование, записав 9k = b\text{.}\) Функции в форме уравнения (3.6.1) либо всегда возрастают, либо всегда убывают, всегда имеют одинаковую вогнутость, определены на множестве всех действительных чисел и имеют свой диапазон как множество всех действительных чисел больше \(c\) или всех действительных чисел меньше \(c\text{.}\). \(a\text{,}\) \(k\text{,}\) и \(c\text{;}\) это стремление находится в центре внимания этого раздела.

k) = \ln(b)\text{,} \nonumber \]

, откуда следует, что \(k \ln(a) = \ln(b)\text{,}\) и, следовательно,

\[ k = \frac{\ln(b)}{\ln(a)}\text{.} \nonumber \]

Нахождение \(k\) часто занимает центральное место в построении экспоненциальной модели, а логарифмы позволяют найти точное значение \(k\).

В Предварительном задании \(\PageIndex{1}\) , мы пересматриваем некоторые ключевые алгебраические идеи с экспоненциальными и логарифмическими уравнениями в рамках подготовки к использованию этих концепций в моделях температуры и населения. \circ\text{.}\) Кроме того, мы знаем, что через \(30\) минут температура газировки упала до \(59\circ\text{.}\) Наглядно покажите свою алгебраическую работу и мышление.

Найдите среднюю скорость изменения \(F\) на интервале \([25,30]\text{.}\) Что означает (в единицах измерения) это значение?

Если бы все оставалось по-прежнему, кроме значения \(F(0)\text{,}\) и вместо этого \(F(0) = 65\text{,}\), значение \(k\) было бы больше или меньше? Почему?

Более реалистичная модель роста населения

Если предположить, что население растет со скоростью, пропорциональной размеру населения, из этого следует, что население растет экспоненциально в соответствии с моделью 9{kt}\) может быть разумной моделью того, как растет популяция, когда она относительно мала, поскольку функция неограниченно растет с увеличением времени, она не может быть реалистичным долгосрочным представлением того, что происходит в реальности. В самом деле, будь то количество рыб, которые могут выжить в озере, количество клеток в чашке Петри или количество людей на Земле, размер окружающей среды и ограниченность ресурсов будут препятствовать выживанию популяции. способны расти без ограничений.

9{-kt}}\) и принять ползунки для \(A\text{,}\) \(M\text{,}\) и \(k\text{.}\) Установите диапазоны ползунка для этих параметров как следующим образом: \(0,01 \le A \le 10\text{;}\) \(0,01 \le M \le 10\text{;}\) \(0,01 \le k \le 5\text{.}\)

1. Нарисуйте типичный график \(P(t)\) на предоставленных осях и напишите несколько предложений, объясняющих влияние \(A\text{,}\) \(M\text{,}\) и \(k\) на графике \(P\text{.}\)

   Рисунок \(\PageIndex{1}\) Оси для построения типичной логистической функции \(P\text{.}\) 9{-kt}\) ведут себя при неограниченном уменьшении \(t\)? По какой алгебраической причине это происходит?

2. Используйте рабочий лист Desmos , чтобы найти логистическую функцию \(P\), которая имеет следующие свойства: \(P(0) = 2\text{,}\) \(P(2) = 4\text{, }\) и \(P(t)\) приближается к \(9\) при неограниченном возрастании \(t\). Каковы приблизительные значения \(A\text{,}\) \(M\text{,}\) и \(k\), которые делают функцию \(P\) удовлетворяющей этим критериям?

Активность \(\PageIndex{4}\) 9{-кт}}\текст{.

} \номер\]

Наглядно покажите свою алгебраическую работу и мышление.

Постройте свою модель из (а) и убедитесь, что ее значения соответствуют желаемым характеристикам. Затем вычислить среднюю скорость изменения \(P\) на интервалах \([0,2]\text{,}\) \([2,4]\text{,}\) \([4, 6]\text{,}\) и \([6,8]\text{.}\) В чем смысл (в единицах измерения) найденных вами значений? Как растет население на этих интервалах?

Найдите точное значение времени, когда население будет \(10\) (тысяч). Покажите свою алгебраическую работу и мышление. 9\circ\) по Фаренгейту. В стакан помещается датчик температуры, и мы обнаруживаем, что регистрируются следующие температуры (в момент времени \(t\) в минутах).

\(т\)	\(0\)	\(20\)
\(Ф(т)\)	\(34.2\)	\(41. 7\)

1. Сделайте грубый набросок того, как, по вашему мнению, должен выглядеть график температуры. Всегда ли функция температуры возрастает? всегда уменьшается? всегда вогнутый вверх? всегда вогнутой вниз? каково его поведение на дальних дистанциях? 9\цирк\текст{.}\)

5.

Популярный круизный лайнер отправляется в плавание по Мексиканскому заливу с \(5000\) пассажирами и командой на борту. К сожалению, пять членов семьи, которые находятся на борту корабля, являются переносчиками очень заразного вируса. После общения со многими другими пассажирами в первые несколько часов круиза все пятеро сильно заболели.

Пусть \(S(t)\) будет числом людей, заразившихся вирусом через \(t\) дней после выхода корабля из порта. Оказывается, логистическая функция является хорошей моделью для \(S\text{,}\), поэтому мы предполагаем, что 9{-kt}} \nonumber \]

для некоторых положительных констант \(A\text{,}\) \(M\text{,}\) и \(k\text{. }\) Предположим, что после \ (1\) день, \(20\) человек заразились вирусом.

1. Вспомним, что мы знаем, что \(S(0) = 5\) и \(S(1) = 20\text{.}\). Кроме того, предположим, что \(5000\) – это число людей, которые в итоге заболеть. Используйте эту информацию для определения точных значений \(A\text{,}\) \(M\text{,}\) и \(k\) в логистической модели.
2. Через сколько дней \(4000\) человек на круизном лайнере заразятся вирусом?
3. Вычислить среднюю скорость изменения \(S\) на интервалах \([1,2]\text{,}\) \([3,4]\text{,}\) и \([5, 7]\text{.}\) Каково значение каждого из этих значений (с единицами измерения) в контексте вопроса и какие тенденции вы наблюдаете в этих средних темпах изменений?

6.

Закрытый резервуар с притоком и оттоком содержит \(100\) литров раствора морской воды. Пусть количество соли в баке в момент времени \(t\) (в минутах) задано функцией \(A(t)\text{,}\), выход которой измеряется в граммах. В момент времени \(t = 0\) в баке присутствует начальное количество соли, и впускной трубопровод также подает в бак смесь соленой воды с фиксированной скоростью; истечение происходит с той же скоростью и выносит полностью перемешанный раствор из резервуара. Из-за этих условий объем раствора в резервуаре остается постоянным с течением времени, но количество соли может меняться. 9{-0.25t} + 750\text{.} \nonumber \]

Опять же, \(A(t)\) измеряет количество соли в баке через \(t\) минут.

1. Сколько соли изначально в баке?
2. В долгосрочной перспективе, сколько соли мы ожидаем в конце концов в баке?
3. В какое конкретно время в баке находится ровно \(500\) граммов соли?
4. Можете ли вы определить концентрацию раствора, подаваемого притоком в бак? Если да, объясните почему и определите это значение. Если нет, объясните, почему эту информацию невозможно найти без дополнительных данных.

---

Эта страница под названием 3.6: Моделирование температуры и населения распространяется под лицензией CC BY-SA 4.0 и была создана, изменена и/или курирована Мэтью Болкинсом, Дэвидом Остином и Стивеном Шликером (ScholarWorks @Grand Valley State University) через источник контент, отредактированный в соответствии со стилем и стандартами платформы LibreTexts; подробная история редактирования доступна по запросу.

1. Наверх

• Была ли эта статья полезной?

1. Тип изделия

   Раздел или Страница

   Автор

   Активное исчисление

   Лицензия

   CC BY-SA

   Версия лицензии

   4,0

   Показать страницу TOC

   нет

2. Теги

   1. источник@https://activecalculus.org/prelude

Учебное пособие по физике

На предыдущей странице мы узнали, что тепло делает с объектом, когда оно передается или выделяется. Притоки или потери тепла приводят к изменениям температуры, изменениям состояния или производительности труда. Тепло – это передача энергии. Когда объект получает или теряет, в этом объекте будут происходить соответствующие энергетические изменения. Изменение температуры связано с изменением средней кинетической энергии частиц внутри объекта. Изменение состояния связано с изменением внутренней потенциальной энергии, которой обладает объект. И когда работа выполнена, происходит общая передача энергии объекту, над которым выполняется работа. В этой части Урока 2 мы исследуем вопрос Как можно измерить количество теплоты, полученное или выделенное объектом?

Удельная теплоемкость

Предположим, что несколько объектов, состоящих из разных материалов, нагреваются одинаковым образом. Будут ли объекты нагреваться с одинаковой скоростью? Ответ: скорее всего нет. Различные материалы будут нагреваться с разной скоростью, потому что каждый материал имеет свою удельную теплоемкость. Под удельной теплоемкостью понимается количество теплоты, необходимое для того, чтобы заставить единицу массы (скажем, грамм или килограмм) изменить свою температуру на 1°C. Удельная теплоемкость различных материалов часто приводится в учебниках. Стандартными метрическими единицами являются Джоули/килограмм/Кельвин (Дж/кг/К). Чаще используются единицы измерения Дж/г/°C. Используйте виджет ниже для просмотра удельной теплоемкости различных материалов. Просто введите название вещества (алюминий, железо, медь, вода, метанол, дерево и т. д.) и нажмите кнопку «Отправить»; результаты будут отображаться в отдельном окне.

 

Удельная теплоемкость твердого алюминия (0,904 Дж/г/°C) отличается от удельной теплоемкости твердого железа (0,449 Дж/г/°C). Это означает, что для повышения температуры данной массы алюминия на 1°С потребуется больше тепла, чем для повышения температуры той же массы железа на 1°С. Фактически, для повышения температуры образца алюминия на заданное количество потребовалось бы примерно в два раза больше тепла, чем для того же изменения температуры того же количества железа. Это связано с тем, что удельная теплоемкость алюминия почти в два раза выше, чем у железа.

Теплоемкость указана на основе на грамм или на килограмм . Иногда значение указывается в пересчете на на моль , и в этом случае оно называется молярной теплоемкостью. Тот факт, что они перечислены на основе 90 134 на количество 90 135, указывает на то, что количество тепла, необходимое для повышения температуры вещества, зависит от количества вещества. Всякий человек, который кипятил на плите кастрюлю с водой, несомненно, знает эту истину. Вода кипит при 100°С на уровне моря и при несколько более низких температурах на возвышенностях. Чтобы довести кастрюлю с водой до кипения, ее температуру нужно сначала поднять до 100°C. Это изменение температуры достигается за счет поглощения тепла от горелки печи. Нетрудно заметить, что для доведения до кипения полной кастрюли воды требуется значительно больше времени, чем для доведения до кипения половины воды. Это связано с тем, что полная кастрюля с водой должна поглощать больше тепла, чтобы привести к такому же изменению температуры. На самом деле, требуется вдвое больше тепла, чтобы вызвать такое же изменение температуры в удвоенной массе воды.

Удельная теплоемкость также указана на основе на K или на °C . Тот факт, что удельная теплоемкость указана в пересчете на 90 134 на градус 90 135, указывает на то, что количество теплоты, необходимое для нагревания данной массы вещества до определенной температуры, зависит от изменения температуры, необходимого для достижения этой конечной температуры. Другими словами, важна не конечная температура, а общее изменение температуры. Для изменения температуры воды с 20°С до 100°С (изменение на 80°С) требуется больше тепла, чем для повышения температуры того же количества воды с 60°С до 100°С (изменение на 40°С). °С). Фактически, для изменения температуры данной массы воды на 80°С требуется в два раза больше тепла, чем для изменения на 40°С. Человек, который хочет быстрее довести воду до кипения на плите, должен начать с теплой водопроводной воды, а не с холодной.

Это обсуждение удельной теплоемкости заслуживает одного последнего комментария. Термин «удельная теплоемкость» является чем-то вроде неправильного употребления . Этот термин подразумевает, что вещества могут иметь способность содержать вещь, называемую теплом. Как обсуждалось ранее, тепло не является чем-то, что содержится в объекте. Тепло — это то, что передается объекту или от него. Объекты содержат энергию в различных формах. Когда эта энергия передается другим объектам с другой температурой, мы называем переданную энергию как тепло или тепловая энергия . Хотя это вряд ли приживется, более подходящим термином будет удельная энергетическая емкость.

Связь количества тепла с изменением температуры

Удельная теплоемкость позволяет математически связать количество тепловой энергии, полученной (или потерянной) образцом любого вещества, с массой образца и результирующим изменением температуры. Связь между этими четырьмя величинами часто выражается следующим уравнением.

Q = m•C•ΔT

где Q — количество тепла, переданного объекту или от него, m — масса объекта, C — удельная теплоемкость материала, из которого состоит объект, ΔT – результирующее изменение температуры объекта. Как и во всех ситуациях в науке, значение 90 134 дельта 90 135 (∆) для любой величины рассчитывается путем вычитания начального значения величины из конечного значения величины. В этом случае ΔT равно T _final – Т _{начальный} . При использовании приведенного выше уравнения значение Q может оказаться как положительным, так и отрицательным. Как всегда, положительный и отрицательный результат расчета имеет физическое значение. Положительное значение Q указывает на то, что объект получил тепловую энергию из своего окружения; это будет соответствовать повышению температуры и положительному значению ΔT. Отрицательное значение Q указывает на то, что объект выделяет тепловую энергию в окружающую среду; это будет соответствовать снижению температуры и отрицательному значению ΔT.

Знание любых трех из этих четырех величин позволяет вычислить четвертую величину. Распространенной задачей на многих уроках физики является решение задач, связанных с соотношениями между этими четырьмя величинами. В качестве примеров рассмотрим две задачи ниже. Решение каждой проблемы разработано для вас. Дополнительную практику можно найти в разделе «Проверьте свое понимание» внизу страницы.

Пример проблемы 1 Какое количество теплоты потребуется, чтобы нагреть 450 г воды с 15°С до 85°С? Удельная теплоемкость воды составляет 4,18 Дж/г/°С.

Как и любая задача в физике, решение начинается с определения известных величин и соотнесения их с символами, используемыми в соответствующем уравнении. В этой задаче мы знаем следующее:

м = 450 г
С = 4,18 Дж/г/°С
T _{исходная} = 15°C
Т _{окончательная} = 85°С

Мы хотим определить значение Q – количество теплоты. Для этого воспользуемся уравнением Q = m•C•ΔT. m и C известны; ΔT можно определить по начальной и конечной температурам.

T = T _{окончательная} – T _{начальная} = 85°C – 15°C = 70°C

Зная три из четырех величин соответствующего уравнения, мы можем подставить и решить Q.

Q = м•C•ΔT = (450 г)•(4,18 Дж/г/°C)•(70°C)
Q = 131670 Дж
Q = 1,3×10 ⁵ Дж = 130 кДж (округлено до двух значащих цифр)

 

Пример задачи 2 Образец неизвестного металла весом 12,9 г при температуре 26,5°C помещают в чашку из пенопласта, содержащую 50,0 г воды при температуре 88,6°C. Вода охлаждается, а металл нагревается до достижения теплового равновесия при 87,1°С. Предполагая, что все тепло, отдаваемое водой, передается металлу и что чаша идеально изолирована, определите удельную теплоемкость неизвестного металла. Удельная теплоемкость воды составляет 4,18 Дж/г/°С.

По сравнению с предыдущей задачей, это гораздо более сложная задача. На самом деле эта проблема как две проблемы в одной. В основе стратегии решения проблем лежит признание того, что количество тепла, потерянного водой (Q _вода ), равно количеству тепла, полученному металлом (Q _металл ). Поскольку значения m, C и ΔT воды известны, можно рассчитать Q _воды . Этот вопрос 9Значение 0397 для воды равно значению Q _{для металла} . Как только значение Q _{металла} станет известно, его можно использовать вместе со значением m и ΔT металла для расчета Q _{металла} . Использование этой стратегии приводит к следующему решению:

Часть 1: Определение потерь тепла с водой

Дано:

м = 50,0 г
С = 4,18 Дж/г/°С
Т _{исходная} = 88,6°С
Т _{окончательная} = 87,1°С
ΔT = -1,5°C (T _{окончательный} – T _{начальный} )

Решить для воды Q :

Q _вода = m•C•ΔT = (50,0 г)•(4,18 Дж/г/°C)•(-1,5°C)
Q _вода = -313,5 Дж (не округлено)
(Знак – означает, что вода теряет тепло)

Часть 2: Определение стоимости C _металл

Дано:

Q _металл = 313,5 Дж (используйте знак +, так как металл нагревается)
м = 12,9 г
T _{исходная} = 26,5°C
Т _{окончательная} = 87,1°С
ΔT = (T _{окончательный} – T _{начальный} )

Решение для C _Металл :

Пересталка Q _Металл = M _Металл • C _{Металлический} • ΔT _Металл для получения C _METLE = Q _METAL для получения C _METLE = Q _METAL . _металл )

C _металл = Q _металл / (m _металл • ΔT _металл ) = (313,5 Дж)/[(12,9 г)•(60,6°C)]
C _металл = 0,40103 Дж/г/°C
C _металл = 0,40 Дж/г/°C (округлено до двух значащих цифр)

 

Теплота и изменения состояния

Приведенное выше обсуждение и соответствующее уравнение (Q = m•C•∆T) связывают тепло, полученное или потерянное объектом, с результирующими изменениями температуры этого объекта. Как мы узнали, иногда тепло приобретается или теряется, но температура не меняется. Это тот случай, когда вещество претерпевает изменение состояния. Итак, теперь мы должны исследовать математику, связанную с изменениями состояния и количеством теплоты.

Чтобы начать обсуждение, давайте рассмотрим различные изменения состояния, которые можно наблюдать для образца материи. В приведенной ниже таблице перечислены несколько изменений состояния и указаны имена, обычно связанные с каждым процессом.

Процесс	Изменение состояния
Плавление	Из твердого в жидкое
Замораживание	Из жидкого в твердое
Испарение	Жидкость в газ
Конденсат	Газ в жидкость
Сублимация	Твердое тело в газ
Депонирование	Из газа в твердое тело

В случае плавления, кипения и сублимации к образцу вещества необходимо добавить энергию, чтобы вызвать изменение состояния. Такие изменения состояния называются эндотермическими. Замерзание, конденсация и осаждение экзотермичны; энергия высвобождается образцом материи, когда происходят эти изменения состояния. Таким образом, можно заметить, что образец льда (твердая вода) тает, когда его помещают на горелку или рядом с ней. Тепло передается от горелки к образцу льда; лед получает энергию, вызывая изменение состояния. Но сколько энергии потребуется, чтобы вызвать такое изменение состояния? Существует ли математическая формула, которая могла бы помочь в определении ответа на этот вопрос? Наверняка есть.

Количество энергии, необходимое для изменения состояния образца материи, зависит от трех факторов. Это зависит от того, что представляет собой вещество, от того, насколько вещество претерпевает изменение состояния и от того, какое изменение состояния происходит. Например, для плавления льда (твердой воды) требуется разное количество энергии по сравнению с плавлением железа. И для таяния льда (твердой воды) требуется разное количество энергии, чем для испарения того же количества жидкой воды. И, наконец, для плавления 10,0 граммов льда требуется разное количество энергии, чем для плавления 100,0 граммов льда. Вещество, процесс и количество вещества — это три переменные, влияющие на количество энергии, необходимое для того, чтобы вызвать конкретное изменение состояния. Используйте виджет ниже, чтобы исследовать влияние вещества и процесса на изменение энергии. (Обратите внимание, что теплота плавления — это изменение энергии, связанное с переходом из твердого состояния в жидкое.)

Значения удельной теплоты плавления и удельной теплоты парообразования приводятся на основе на количество . Например, удельная теплота плавления воды равна 333 Дж/г. Чтобы растопить 1 г льда, требуется 333 Дж энергии. Чтобы растопить 10,0 г льда, требуется в 10 раз больше энергии — 3330 Дж. Рассуждения таким образом приводят к следующим формулам, связывающим количество теплоты с массой вещества и теплотой плавления и парообразования.

Для плавления и замораживания: Q = m•ΔH _{плавление}
Для испарения и конденсации: Q = m•ΔH _{испарение}

где Q представляет собой количество энергии, полученной или высвобожденной в процессе, m представляет собой массу образца, ΔH _{плавления} представляет собой удельную теплоту плавления (в расчете на грамм), а ΔH _{испарения} представляет удельную теплоту плавления испарения (в пересчете на грамм). Подобно обсуждению Q = m•C•ΔT, значения Q могут быть как положительными, так и отрицательными. Значения Q положительны для процесса плавления и парообразования; это согласуется с тем фактом, что образец вещества должен получить энергию, чтобы расплавиться или испариться. Значения Q отрицательны для процессов замерзания и конденсации; это согласуется с тем фактом, что образец вещества должен терять энергию, чтобы замерзнуть или сконденсироваться.

В качестве иллюстрации того, как можно использовать эти уравнения, рассмотрим следующие два примера задач.

Пример задачи 3 Элиза кладет в свой напиток 48,2 грамма льда. Какое количество энергии будет поглощено льдом (и выделено напитком) в процессе таяния? Теплота плавления воды 333 Дж/г.

Уравнение, связывающее массу (48,2 г), теплоту плавления (333 Дж/г) и количество энергии (Q), имеет вид Q = m•ΔH _{слияние} . Подстановка известных значений в уравнение приводит к ответу.

Q = м•ΔH _{плавление} = (48,2 г)•(333 Дж/г)
Q = 16050,6 Дж
Q = 1,61 x 10 ⁴ Дж = 16,1 кДж (округлено до трех значащих цифр)

Пример Задача 3 включает в себя довольно простой расчет типа «подключи и пыхни». Теперь мы попробуем решить примерную проблему 4, которая потребует значительно более глубокого анализа.

Пример задачи 4 Какое минимальное количество жидкой воды при температуре 26,5 градусов потребуется, чтобы полностью растопить 50,0 граммов льда? Удельная теплоемкость жидкой воды 4,18 Дж/г/°С, удельная теплота плавления льда 333 Дж/г.

В этой задаче лед тает, а жидкая вода остывает. Энергия передается от жидкости к твердому телу. Чтобы растопить твердый лед, необходимо передать 333 Дж энергии на каждый грамм льда. Эта передача энергии от жидкой воды льду охлаждает жидкость. Но жидкость может охлаждаться только до 0°C — точки замерзания воды. При этой температуре жидкость начнет застывать (замерзать) и лед полностью не растает.

О льде и жидкой воде известно следующее:

Информация о льде:

м = 50,0 г
ΔH _сплав = 333 Дж/г

Информация о жидкой воде:

С = 4,18 Дж/г/°С
T _{исходная} = 26,5°C
Т _{окончательная} = 0,0°С
ΔT = -26,5°C (T _{окончательная} – T _{исходная} )

Энергия, полученная льдом, равна энергии, потерянной водой.

Q _лед = -Q _{жидкая вода}

Знак – указывает на то, что один объект получает энергию, а другой объект теряет энергию. Мы можем вычислить левую часть приведенного выше уравнения следующим образом:

Q _лед = m•ΔH _сплав = (50,0 г)•(333 Дж/г)
Q _лед = 16650 Дж

Теперь мы можем установить правую часть уравнения равной m•C•ΔT и начать подставлять известные значения C и ΔT, чтобы найти массу жидкой воды. Решение:

16650 J = -Q _{жидкая вода}
16650 Дж = -m _{жидкая вода} •C _{жидкая вода} •ΔT _{жидкая вода}
16650 Дж = -м _{жидкая вода} •(4,18 Дж/г/°C)•(-26,5°C)
16650 Дж = -м _{жидкая вода} •(-110,77 Дж/°C)
m _{жидкая вода} = -(16650 Дж)/(-110,77 Дж/°C)
м _{жидкая вода} = 150,311 г
м _{жидкая вода} = 1,50×10 ² г (округлить до трех значащих цифр)

Новый взгляд на кривые нагрева и охлаждения

На предыдущей странице урока 2 обсуждалась кривая нагрева воды. Кривая нагревания показывала, как температура воды повышалась с течением времени при нагревании образца воды в твердом состоянии (т. е. льда). Мы узнали, что добавление тепла к образцу воды может вызвать либо изменение температуры, либо изменение состояния. При температуре плавления воды добавление тепла вызывает переход воды из твердого состояния в жидкое состояние. А при температуре кипения воды добавление тепла вызывает переход воды из жидкого состояния в газообразное. Эти изменения состояния происходили без каких-либо изменений температуры. Однако добавление тепла к образцу воды, которая не находится при температуре фазового перехода, приведет к изменению температуры.

Теперь мы можем подойти к теме кривых отопления на более количественной основе. На приведенной ниже диаграмме представлена ​​кривая нагрева воды. На линиях графика имеется пять помеченных участков.

Три диагональных участка представляют изменения температуры образца воды в твердом состоянии (участок 1), жидком состоянии (участок 3) и газообразном состоянии (участок 5). Два горизонтальных участка отображают изменения состояния воды. В секции 2 происходит таяние пробы воды; твердое тело переходит в жидкое. В секции 4 образец воды подвергается кипячению; жидкость переходит в газ. Количество теплоты, переданной воде в секциях 1, 3 и 5, связано с массой образца и изменением температуры по формуле Q = m•C•ΔT. А количество теплоты, переданной воде в секциях 2 и 4, связано с массой образца и теплотой плавления и парообразования формулами Q = m•ΔH _{слияние} (участок 2) и Q = m•ΔH _{испарение} (участок 4). Итак, теперь мы попытаемся рассчитать количество теплоты, необходимое для перевода 50,0 граммов воды из твердого состояния при -20,0°С в газообразное состояние при 120,0°С. Для расчета потребуется пять шагов — по одному шагу на каждый участок приведенного выше графика. Поскольку удельная теплоемкость вещества зависит от температуры, в наших расчетах мы будем использовать следующие значения удельной теплоемкости:

Твердая вода: C=2,00 Дж/г/°C
Жидкая вода: C = 4,18 Дж/г/°C
Газообразная вода: C = 2,01 Дж/г/°C

Наконец, мы будем использовать ранее опубликованные значения ΔH _{плавления} (333 Дж/г) и ΔH _{испарения} (2,23 кДж/г).

Секция 1 : Изменение температуры твердой воды (льда) с -20,0°C до 0,0°C.

Использование Q ₁ = m•C•ΔT

, где m = 50,0 г, C = 2,00 Дж/г/°C, T _{исходный} = -200°C, и T _{окончательная} = 0,0°C

Q ₁ = m•C•ΔT = (50,0 г)•(2,00 Дж/г/°C)•(0,0°C – -20,0°C)
Q ₁ = 2,00 x 10 ³ Дж = 2,00 кДж

 

Раздел 2 : Таяние льда при 0,0°C.

Использование Q ₂ = m•ΔH _{сплавление}

, где m = 50,0 г и ΔH _сплава = 333 Дж/г

Q ₂ = m•ΔH _сплав = (50,0 г)•(333 Дж/г)
Q ₂ = 1,665 x 10 ⁴ Дж = 16,65 кДж
Q ₂ = 16,7 кДж (округлено до 3 значащих цифр)

Секция 3 : Изменение температуры жидкой воды с 0,0°C до 100,0°C.

Использование Q ₃ = m•C•ΔT

, где m = 50,0 г, C = 4,18 Дж/г/°C, T _{начальная} = 0,0°C и T _{конечная} = 100,0°C

Q ₃ = m•C•ΔT = (50,0 г)•(4,18 Дж/г/°C)•(100,0°C – 0,0°C)
Q ₃ = 2,09 x 10 ⁴ Дж = 20,9 кДж

Раздел 4 : Кипячение воды при 100,0°C.

Использование Q ₄ = m•ΔH _{испарение}

, где m = 50,0 г и ΔH _{испарения} = 2,23 кДж/г

Q ₄ = м•ΔH _{испарение} = (50,0 г)•(2,23 кДж/г)
Q ₄ = 111,5 кДж
Q ₄ = 112 кДж (округлено до 3 значащих цифр)

Секция 5 : Изменение температуры жидкой воды со 100,0°C до 120,0°C.

Использование Q ₅ = m•C•ΔT

, где m = 50,0 г, C = 2,01 Дж/г/°C, T _{начальная} = 100,0°C и T _{конечная} = 120,0°C

Q ₅ = m•C•ΔT = (50,0 г)•(2,01 Дж/г/°C)•(120,0°C – 100,0°C)
Q ₅ = 2,01 x 10 ³ Дж = 2,01 кДж

 

Общее количество тепла, необходимое для превращения твердой воды (льда) при -20°C в газообразную воду при 120°C, представляет собой сумму значений Q для каждого участка графика. то есть

Q _всего = Q ₁ + Q ₂ + Q ₃ + Q ₄ + Q ₅

Суммирование этих пяти цифр числа Q приводит к правильному значащему числу Q и округление значение 154 кДж как ответ на исходный вопрос.

В приведенном выше примере есть несколько особенностей решения, над которыми стоит задуматься:

• Во-первых: длинная задача была разделена на части, каждая из которых представляет одну из пяти секций графа. Поскольку вычислялось пять значений Q, они были помечены как Q ₁ , Q ₂ и т. д. Этот уровень организации требуется в такой многошаговой задаче, как эта.
• Секунда: внимание было уделено знаку +/- на ΔT. Изменение температуры (или любой величины) всегда рассчитывается как конечное значение величины минус начальное значение этой величины.
• Третье: Внимание уделялось юнитам на протяжении всей проблемы. Единицы Q будут либо в джоулях, либо в килоджоулях, в зависимости от того, какие величины умножаются. Пренебрежение вниманием к единицам измерения является распространенной причиной сбоев в подобных задачах.
• Четвертое: внимание уделялось значащим цифрам на протяжении всей задачи. Хотя это никогда не должно становиться основным акцентом любой проблемы в физике, это, безусловно, деталь, на которую стоит обратить внимание.

 

На этой странице мы узнали, как рассчитать количество тепла, задействованного в любом процессе нагрева/охлаждения и в любом процессе изменения состояния. Это понимание будет иметь решающее значение, когда мы перейдем к следующей странице урока 2 по теме калориметрии. Калориметрия — это наука, связанная с определением изменений энергии системы путем измерения теплообмена с окружающей средой.

 

 

 

Проверьте свое понимание

1. Вода обладает необычно высокой удельной теплоемкостью. Какое из следующих утверждений логически следует из этого факта?

а. По сравнению с другими веществами горячая вода вызывает сильные ожоги, потому что она хорошо проводит тепло.
б. По сравнению с другими веществами вода при нагревании быстро нагревается до высоких температур.
в. По сравнению с другими веществами, пробе воды требуется значительное количество тепла, чтобы изменить ее температуру на небольшое количество.

2. Объясните, почему большие водоемы, такие как озеро Мичиган, могут быть довольно холодными в начале июля, несмотря на то, что температура наружного воздуха около или выше 90°F (32°C).

3. В таблице ниже описывается термический процесс для различных объектов (обозначены красным жирным шрифтом). Для каждого описания укажите, получает или теряет тепло объект, является ли процесс эндотермическим или экзотермическим, и является ли Q для указанного объекта положительным или отрицательным значением.

	Процесс	Получение или потеря тепла?	Эндо- или экзотермический?	В: + или -?
а.	Кубик льда помещают в стакан с лимонадом комнатной температуры, чтобы охладить напиток.
б.	Стакан холодного лимонада стоит на столе для пикника под жарким полуденным солнцем и нагревается до 32°F.
с.	Горелки на электроплите выключаются и постепенно остывают до комнатной температуры.
д.	Учитель достает из термоса большой кусок сухого льда и кладет его в воду. Сухой лед возгоняется, образуя газообразный углекислый газ.
эл.	Водяной пар в увлажненном воздухе попадает на окно и превращается в каплю росы (капли жидкой воды).

4. Образец металлического цинка весом 11,98 г помещают в баню с горячей водой и нагревают до 78,4°C. Затем его удаляют и помещают в чашку из пенопласта, содержащую 50,0 мл воды комнатной температуры (T=27,0°C, плотность = 1,00 г/мл). Вода прогревается до температуры 28,1°C. Определить удельную теплоемкость цинка.

5. Джейк берет из шкафа банку газировки и наливает ее в чашку со льдом. Определить количество теплоты, отдаваемое газировкой комнатной температуры при ее плавлении 61,9.г льда (ΔH _сплав = 333 Дж/г).

6. Теплота возгонки (ΔH _{сублимация} ) сухого льда (твердая двуокись углерода) 570 Дж/г. Определите количество теплоты, необходимое для превращения 5,0-фунтового мешка сухого льда в газообразный диоксид углерода. (Дано: 1,00 кг = 2,20 фунта)

7. Определите количество тепла, необходимое для повышения температуры образца твердого пара-дихлорбензола массой 3,82 грамма с 24°C до его жидкого состояния при 75°C. Пара-дихлорбензол имеет температуру плавления 54°С, теплоту плавления 124 Дж/г и удельную теплоемкость 1,01 Дж/г/°С (твердое состояние) и 1,19Дж/г/°C (жидкое состояние).

Следующий раздел:

Плотность, температура и соленость | manoa.

hawaii.edu/ExploringOurFluidEarth

Плотность

Плотность — это мера массы заданного объема  или пространства. Плотность любого вещества рассчитывается путем деления массы вещества на его объем.

---

На рис. 2.2 объем представлен прямоугольниками, а отдельные частицы материи представлены цветными фигурами.

• Коробка А состоит из пяти сфер.
• Коробка B того же размера и того же объема, что и коробка A, но в коробке B 10 сфер.
• Коробка C имеет ту же массу, что и коробка A, с пятью сферами, но коробка C имеет больший объем, чем коробки A и B.
• Коробка D имеет тот же объем и количество зеленых сфер, что и часть A, но также включает в себя другие типы материи, чем остальные коробки — красные круги и синие кубы.

Если количество вещества увеличивается без изменения объема, то плотность увеличивается (рис. 2.2 A до 2.2 B). Если объем увеличивается без увеличения массы, то плотность уменьшается (рис. 2.2 А до 2.2 С). Добавление дополнительного вещества к тому же объему также увеличивает плотность, даже если добавленное вещество относится к другому типу вещества (рис. 2.2 A–2.2 D).

 

Соленость влияет на плотность

Когда соль растворяется в пресной воде, плотность воды увеличивается из-за увеличения массы воды. Это представлено добавлением красных сфер и синих кубов в коробку с рис. 2.2 A до рис. 2.2 D. Соленость описывает, сколько соли растворено в образце воды. Чем больше соли растворено в воде, тем больше ее соленость. При сравнении двух проб воды одинакового объема проба воды с большей соленостью будет иметь большую массу и, следовательно, будет более плотной.

 

Температура влияет на плотность

Температура также может влиять на плотность воды. Когда одно и то же количество воды нагревается или охлаждается, ее плотность меняется. При нагревании вода расширяется, увеличиваясь в объеме. Это представлено увеличением размера ящика с рис. 2.2 А до 2.2 С. Чем теплее вода, тем больше места она занимает и тем ниже ее плотность. При сравнении двух образцов воды с одинаковой соленостью или массой образец воды с более высокой температурой будет иметь больший объем и, следовательно, будет менее плотным.

 

Относительная плотность

На рис. 2.3 стакан с жидкостью моделирует водоем, такой как океан или озеро. Пакет с жидкостью имитирует слой воды. Относительную плотность жидкости в пакете по сравнению с жидкостью в стакане можно определить, наблюдая, тонет пакет или всплывает.

• На рис. 2.3 А пакет поднялся до верха стакана и теперь плавает на поверхности. Желтая жидкость и мешок менее плотны, чем жидкость в стакане.
• На рис. 2.3 B сумка плавает в толще воды (подповерхностное плавание). Оранжевая жидкость и пакетик по плотности равны жидкости в стакане.
• На рис. 2.3 C мешок опустился на дно стакана. Зеленая жидкость и мешок более плотные, чем жидкость в стакане.

Деятельность

Проверка влияния солености и температуры на всплывание и погружение жидких проб в мешках.

Слои воды

Если водные массы имеют разную соленость или температуру, они образуют слои воды, поскольку имеют разную плотность. Слои воды иногда можно почувствовать при плавании. Например, в жаркие дни солнечное тепло может сделать воду на поверхности заметно теплее, чем более глубокая и более холодная вода. Относительная плотность одной массы воды по отношению к другой определяет, всплывает ли слой воды или тонет.

 

Плотность и плавучесть

Плотность можно определить путем измерения массы и объема объекта. В упражнении «Плотные мешки» плотность не рассчитывалась. Вместо этого относительная плотность определялась путем наблюдения за тем, плавает ли мешок с одной жидкостью или тонет в другой жидкости. Утонувший мешок с жидкостью оказался более плотным, чем жидкость в стакане. Было определено, что пакет с жидкостью, которая плавала, был менее плотным, чем жидкость в стакане.

Движение любого объекта происходит из-за сил , которые являются толкающими или притягивающими. Вертикальное — вверх-вниз — движение водных масс в океане можно объяснить двумя силами. гравитационная сила (G) земли притягивает вниз и пропорциональна массе объекта. На рис. 2.5 сила тяжести (G) пропорциональна массе красного блока. Силу гравитации на объект также называют массой . Сила гравитации больше на объектах, которые более массивны или весят больше. выталкивающая сила (B) воды толкает вверх. В третьем веке до нашей эры греческий философ Архимед первым описал плавучесть. Он заметил, что объем воды, выталкиваемой из ванны или вытесняемой объектом, равен объему объекта. Выталкивающая сила воды равна весу вытесненной воды. Эта концепция известна как Принцип Архимеда и объясняет, почему объекты тонут или плавают. На рис. 2.5 выталкивающая сила (В) равна весу воды, вытесненной красным блоком.

 

Объект ускоряется , когда силы, действующие на этот объект, неравны. Хотя ускорение обычно используется для описания ускоряющегося объекта, научное определение ускорения означает изменение скорости. Ускоряющийся объект может ускоряться или замедляться. Объект всегда будет двигаться в направлении большей силы. Объект может двигаться с ускорением вниз (тонуть) или вверх (подниматься) в водоеме.

• Погружение — вертикальное движение вниз, которое происходит, когда сила тяжести (G), действующая на объект, превышает выталкивающую силу (B), поддерживающую его (G > B).
• Подъем — вертикальное движение вверх, которое происходит, когда сила гравитации меньше выталкивающей силы (G < B).

 

Если все силы, действующие на объект, уравновешены, ускорение отсутствует. В этом случае объект может не двигаться, как книга, лежащая на плоском столе, или объект может двигаться с постоянной скоростью, как автомобиль, движущийся со скоростью 80 километров в час. В воде объект может оставаться неподвижным либо на поверхности, либо в толще воды.

• Поверхность плавание возникает, когда объект остается на поверхности, потому что силы уравновешены на поверхности (G = B).
• Подповерхностный Плавающий , или нейтральная плавучесть, возникает, когда объект сохраняет свое положение в толще воды, не тонет и не поднимается (G = B).

 

Три кубика одного размера, но разной массы и, следовательно, разной плотности, помещены в три стакана с водой (рис. 2.6). Поскольку кубики одинаковы по объему, они вытесняют одинаковое количество воды. По закону Архимеда выталкивающая сила (В), действующая на каждый куб, одинакова. Выталкивающая сила представлена ​​на рис. 2.6 в виде направленных вверх стрелок, указывающих на то, что вода давит на кубики. Эти стрелки имеют одинаковую длину для каждого из кубов, что указывает на то, что сила выталкивающей силы, действующей на каждый куб, одинакова.

 

Поскольку массы кубов не равны, гравитационная сила (G), действующая на каждый куб, различна. Сила гравитации представлена ​​на рис. 2.6 в виде направленных вниз стрелок, указывающих на то, что сила гравитации притягивает кубики вниз. Эти стрелки имеют разную длину для каждого куба, что указывает на то, что величина гравитационной силы различна для каждого куба. Стрелка, указывающая вниз на рис. 2.6А, является самой короткой, указывая на то, что желтый куб имеет наименьшую массу и наименьшую плотность. Стрелка, указывающая вниз, является самой длинной на рис. 2.6 C, указывая на то, что зеленый куб имеет наибольшую массу и является наиболее плотным.

 

Плотность куба по отношению к плотности воды определяет, будет ли куб плавать, тонет или будет иметь нейтральную плавучесть:

• Если плотность куба меньше плотности воды, гравитационная сила будет будет меньше выталкивающей силы (G < B), и объект поднимется на поверхность (рис. 2.6 А).
• Если плотность куба равна плотности воды, куб будет плавать в середине столба воды, потому что гравитационная сила и выталкивающая сила уравновешены (G = B). Этот куб обладает нейтральной плавучестью (рис. 2.6 Б).
• Если плотность куба больше плотности воды, куб утонет, потому что сила гравитации больше выталкивающей силы воды (G > B) (рис. 2.6 C).

Как рассчитать время нагрева объекта

••• Sinhyu/iStock/GettyImages

Обновлено 04 июня 2018 г. повысить температуру объекта на определенную величину – обычная проблема для студентов-физиков. Для его расчета необходимо знать удельную теплоемкость объекта, массу объекта, искомое изменение температуры и скорость, с которой к нему подводится тепловая энергия. Посмотрите этот расчет, выполненный для воды, чтобы понять процесс и то, как он рассчитывается в целом.

TL; DR (Too Long; не прочитал)

Рассчитайте тепло ( Q ). Требуется с использованием формулы:

Q = MC ∆ T

999999999.

, где , 9004

59

. означает массу объекта, c означает удельную теплоемкость, а ∆ T означает изменение температуры. Время, необходимое ( t ) для нагрева объекта при подаче энергии мощностью P , определяется как:

T = Q ÷ P

Формула для количества тепловой энергии, необходимой для получения определенного изменения температуры:

Q =

1. Q = 9. 4. . Где m означает массу объекта, c — удельную теплоемкость материала, из которого он сделан, а ∆ T — изменение температуры. Сначала рассчитайте изменение температуры по формуле:

   ∆ T = конечная температура – начальная температура

   Если вы нагреваете что-то от 10° до 50°, то это дает: °

   Обратите внимание, что хотя градусы Цельсия и Кельвина являются разными единицами измерения (и 0 °C = 273 K), изменение на 1 °C равно изменению на 1 K, поэтому в этой формуле они могут использоваться взаимозаменяемо.

   Каждый материал имеет уникальную удельную теплоемкость, которая говорит вам, сколько энергии требуется, чтобы нагреть его на 1 градус Кельвина (или 1 градус Цельсия) для определенного количества вещества или материала. Для определения теплоемкости вашего конкретного материала часто требуется обращаться к онлайн-таблицам (см. Ресурсы), но вот некоторые значения для c для обычных материалов, в джоулях на килограмм и на кельвин (Дж/кг·К):

   Спирт (питьевой) = 2400

   Алюминий = 900

   Висмут = 123

   Латунь = 0 380 384

2. 0

   0

   0 Медь

   Ice (at −10° C) = 2,050

   Glass = 840

   Gold = 126

   Granite = 790

   Lead = 128

   Mercury = 140

   Silver = 233

   Tungsten = 134

   Water = 4 186

   Цинк = 387

   Выберите подходящее значение для вашего вещества. В этих примерах основное внимание будет уделено воде ( c = 4186 Дж/кг K) и свинцу ( c = 128 Дж/кг K).

   Окончательная величина в уравнении равна м для массы объекта. Короче говоря, для нагрева большего количества материала требуется больше энергии. Например, представьте, что вы рассчитываете количество тепла, необходимое для нагрева 1 килограмма (кг) воды и 10 кг свинца на 40 К. Формула гласит:

   Q = MC ∆ T

   Итак для воды Пример:

   Q = 1 KG × 4184 Q = 1 KG × 4186 . 167,44 кДж

   Таким образом, чтобы нагреть 1 кг воды на 40 К или 40 °С, требуется 167,44 кДж энергии (т. е. более 167 000 Дж).

   Для свинца:

   Q = 10 кг × 128 Дж/кг K × 40 K

   = 51 200 Дж

   = 51,2 кДж

   Итак, чтобы нагреть 10 кг свинца на 40 К или 40 °С, требуется 51,2 кДж (51 200 Дж) энергии. Обратите внимание, что для нагревания в десять раз большего количества свинца на то же количество требуется меньше энергии, потому что свинец легче нагревается, чем вода.

   Мощность измеряет количество энергии, отдаваемой в секунду, что позволяет рассчитать время, необходимое для нагревания рассматриваемого объекта. Затраченное время ( t ) определяется как:

   t = Q ÷ P

   Где Q — тепловая энергия, рассчитанная на предыдущем шаге, а P — мощность в ваттах (Вт, т. е. джоулей в секунду). Представьте, что вода из примера нагревается чайником мощностью 2 кВт (2000 Вт). Результат из предыдущего раздела дает:

   t = 167440 Дж ÷ 2000 Дж/с

   = 83,72 с

   Таким образом, требуется менее 84 секунд, чтобы нагреть 1 кг воды на 40 К с помощью 2 -кВт чайник. Если бы к блоку свинца массой 10 кг подавалась мощность с той же скоростью, то нагрев занял бы:

   t = 51200 Дж ÷ 2000 Дж/с

   = 25,6 с

   Таким образом, нагрев провода занимает 25,6 секунд, если тепло подается с той же скоростью. Опять же, это отражает тот факт, что свинец нагревается легче, чем вода.

Статьи по теме

Ссылки

• Университет штата Джорджия Гиперфизика: удельная теплоемкость
• BBC GCSE Bitesize: удельная теплоемкость
• Академия Хана: тепло и температура

Об авторе

Ли Джонсон — писатель-фрилансер и энтузиаст науки, страстно любящий излагать сложные понятия простым, понятным языком. Он писал о науке для нескольких веб-сайтов, включая eHow UK и WiseGeek, в основном посвященных физике и астрономии. Он также был научным блоггером в сети блогов Elements Behavioral Health в течение пяти лет. Он изучал физику в Открытом университете и окончил его в 2018 году.

Давление паров воды. Калькулятор | Определение 9[(18,678 – (температура / 234,5)) * (температура / (257,14 + температура))]

где T выражается в °C, а P в кПа.

Вы также можете использовать другое уравнение, называемое формулой Гоффа-Гратча, но поскольку оно более сложное (и примерно такое же точное, как формула Бака), мы не использовали его в нашем калькуляторе давления паров воды. В таблице ниже показано сравнение точности различных формул для нескольких температур в диапазоне 0–100 °C (32–212 °F). Эталонные значения взяты из таблицы Лиде с давлением паров воды (все значения давления указаны в кПа).

Т (°С)	Т (°F)	P (подвижный стол)	P (простой)	П (Антуан)	П (Магнус)	P (Тетенс)	P (Бак)
0	32	0,6113	0,6593 (+7,85%)	0,6056 (-0,93%)	0,6109 (-0,06%)	0,6108 (-0,09%)	0,6112 (-0,01%)
20	68	2,3388	2,3755 (+1,57%)	2,3296 (-0,39%)	2,3334 (-0,23%)	2,3382 (+0,05%)	2,3383 (-0,02%)
35	95	5. 6267	5,5696 (-1,01%)	5,6090 (-0,31%)	5,6176 (-0,16%)	5,6225 (+0,04%)	5,6268 (+0,00%)
50	122	12.344	12,065 (-2,26%)	12,306 (-0,31%)	12,361 (+0,13%)	12,336 (+0,08%)	12,349 (+0,04%)
75	167	38.563	37,738 (-2,14%)	38,463 (-0,26%)	39 000 (+1,13%)	38,646 (+0,40%)	38,595 (+0,08%)
100	212	101. 32	101,31 (-0,01%)	101,34 (+0,02%)	104,077 (+2,72%)	102,21 (+1,10%)	101,31 (-0,01%)

Как вы можете заметить, уравнение Антуана достаточно точно для более высоких температур, а вот низкие вычисляются с довольно большой погрешностью. Уравнение Тетенса хорошо работает для диапазона 0–50 °C, но Buck превосходит их все для каждого проверенного значения. При температурах выше 100 °C значения начинают значительно различаться, и уравнение Антуана обычно является наиболее точным. 9(8,07131 – (1730,63/(233,426 + температура))

Уравнение Антуана иногда упрощают (без коэффициента С) или расширяют тремя дополнительными членами, что может повысить гибкость уравнения.

Помощь викторины: Fluid Flow | EZ-pdh.com

Используйте поиск, чтобы быстро найти ответы на вопросы — откройте окно поиска (ctrl+f), затем введите ключевое слово из вопроса, чтобы перейти к этим терминам в материалах курса

Введение

Поток жидкости является важной частью большинства промышленных процессов; особенно те, которые связаны с передачей тепла. Часто, когда требуется отвести тепло от точки, в которой оно генерируется, в процессе теплопередачи участвует какой-либо тип жидкости. Примерами этого являются охлаждающая вода, циркулирующая через бензиновый или дизельный двигатель, поток воздуха, проходящий через обмотки двигателя, и поток воды через активную зону ядерного реактора. Системы потока жидкости также обычно используются для обеспечения смазки.

Течение жидкости в ядерной области может быть сложным и не всегда подлежит строгому математическому анализу. В отличие от твердых тел, частицы жидкости движутся по трубопроводам и компонентам с разной скоростью и часто подвергаются разным ускорениям.

Несмотря на то, что детальный анализ течения жидкости может быть чрезвычайно трудным, основные понятия, связанные с проблемами течения жидкости, довольно просты. Эти основные концепции могут применяться при решении задач о течении жидкости за счет использования упрощающих допущений и средних значений, где это уместно. Несмотря на то, что этого типа анализа недостаточно для инженерного проектирования систем, он очень полезен для понимания работы систем и прогнозирования приблизительной реакции жидкостных систем на изменения рабочих параметров.

Основные принципы течения жидкости включают три концепции или принципа; с первыми двумя из них учащийся познакомился в предыдущих руководствах. Первый — это принцип импульса (приводящий к уравнениям гидродинамических сил), который был описан в руководстве по классической физике. Второе — это сохранение энергии (приводящее к Первому закону термодинамики), которое изучалось в термодинамике. Третье — это сохранение массы (ведущее к уравнению неразрывности), которое будет объяснено в этом модуле.

Свойства жидкостей

Жидкость — это любое вещество, которое течет, потому что его частицы не связаны жестко друг с другом. Сюда входят жидкости, газы и даже некоторые материалы, обычно считающиеся твердыми, например стекло. По сути, жидкости — это материалы, не имеющие повторяющейся кристаллической структуры.

Некоторые свойства жидкостей обсуждались в разделе «Термодинамика» этого текста. К ним относятся температура, давление, масса, удельный объем и плотность. Температура была определена как относительная мера того, насколько горячим или холодным является материал. Его можно использовать для прогнозирования направления, в котором будет передаваться тепло. Давление определялось как сила на единицу площади. Общепринятыми единицами измерения давления являются фунты силы на квадратный дюйм (psi). Масса была определена как количество материи, содержащейся в теле, и ее следует отличать от веса, который измеряется силой тяжести, действующей на тело. Удельный объем вещества – это объем на единицу массы вещества. Типичные единицы измерения: 9 футов.0449 3 /фунт. Плотность , с другой стороны, является массой вещества на единицу объема. Типичные единицы измерения: фунт/фут ³ . Плотность и удельный объем обратны друг другу. И плотность, и удельный объем зависят от температуры и отчасти от давления жидкости. При повышении температуры жидкости плотность уменьшается, а удельный объем увеличивается. Поскольку жидкости считаются несжимаемыми, увеличение давления не приведет к изменению плотности или удельного объема жидкости. В действительности жидкости могут быть слегка сжаты при высоких давлениях, что приводит к небольшому увеличению плотности и небольшому уменьшению удельного объема жидкости.

Плавучесть

Плавучесть определяется как тенденция тела плавать или всплывать при погружении в жидкость. У всех нас были многочисленные возможности наблюдать плавучие эффекты жидкости. Когда мы плаваем, наше тело почти полностью удерживается водой. Дерево, лед и пробка плавают на воде. Когда мы поднимаем камень со русла ручья, он вдруг кажется тяжелее при выходе из воды. Лодки полагаются на эту выталкивающую силу, чтобы оставаться на плаву. Величина этого плавучего эффекта была впервые рассчитана и сформулирована греческим философом Архимедом. Когда тело помещают в жидкость, оно поднимается вверх под действием силы, равной весу воды, которую оно вытесняет.

Если тело весит больше, чем вытесняемая им жидкость, оно тонет, но теряет вес, равный весу вытесненной жидкости, как наш камень. Если тело весит меньше, чем вес вытесненной жидкости, то тело поднимется на поверхность, в конце концов всплыв на такую ​​глубину, что вытеснит объем жидкости, вес которого как раз будет равен его собственному весу. Плавающее тело вытесняет под своим весом жидкость, в которой оно плавает.

Сжимаемость

Сжимаемость — это мера изменения объема вещества, которое претерпевает вещество при воздействии на него давления. Обычно жидкости считаются несжимаемыми. Например, давление 16 400 фунтов на квадратный дюйм приведет к тому, что заданный объем воды уменьшится только на 5% по сравнению с его объемом при атмосферном давлении. С другой стороны, газы очень сжимаемы. Объем газа можно легко изменить, воздействуя на него внешним давлением

Связь между глубиной и давлением

Любой, кто погружается под воду, замечает, что давление на его барабанные перепонки на глубине даже в несколько футов заметно превышает атмосферное давление. Тщательные измерения показывают, что давление жидкости прямо пропорционально глубине, и для данной глубины жидкость оказывает одинаковое давление во всех направлениях.

Рисунок 1: Давление в зависимости от глубины

Как показано на рисунке 1, давление на разных уровнях в резервуаре различается, что приводит к тому, что жидкость покидает резервуар с различной скоростью. Давление определялось как сила, приходящаяся на единицу площади. В случае этого резервуара сила обусловлена ​​весом воды над точкой, где определяется давление. 9где m = масса в фунтах

г = ускорение силы тяжести Земли 32,17 фут/сек ²

г _c = 32 фунт-фут/фунт-сила-сек ²

9 A = площадь в 4 фута 2 90 90

V = объем в футах ³ 

ρ = плотность жидкости в фунтах/футах ³

Объем равен произведению площади поперечного сечения на высоту (h) жидкости. Подставляя это в приведенное выше уравнение, получаем:

P = (ρ A h g)/(A g _c )

P = (ρ h g)/(g _c )

Это уравнение говорит нам, что давление сила столба воды прямо пропорциональна высоте столба и плотности воды и не зависит от площади поперечного сечения столба. Давление в тридцати футах ниже поверхности напорной трубы диаметром один дюйм такое же, как давление в тридцати футах ниже поверхности большого озера.

Пример 1:

Если резервуар на рис. 1 заполнен водой плотностью 62,4 фунта/фут3, рассчитайте давление на глубине 10, 20 и 30 футов.

Решение:

P = (ρhg)/G _C

P _{10 футов} = (62,4 фунта/фут ³ ) (1O FT) (32,17 FT/SEC

0550550) (1O FT) (32,17 FT/SEC 505050550) (1O FT) (32,17 FT/SEC 505050550) (1O FT) (32,17 FT/SEC 50550) (1O FT) (32,17 FT/SEC 50550) (1O FT) (32,17 FT/SEC 50) (1O FT) (32,17 FT/SEC

фут/фунт-сила-сек ² )

= 624 фунт-сила/фут ² (1 фут ²  / 144 дюйма ² )

= 4,33 фунт-сила/дюйм ²

P ₂₀ = (624 lbm/ft ³ )(20ft)(32.17 ft/sec ² /(32.17 lbm-ft/Ibf-sec ² )

= 1248 lbf/ ft ²  ( 1ft ²  / 144in ² )

= 8. 67 Ibf/in

P _{30 feet}  = (62.4 lbm/ft3) (30 ft) (32.17 ft/sec ² /32.17 фунт-фут/фунт-сила-сек ² )

= 1872 фунт-сила/фут ²  (1 фут ^{2 /144}  дюймов ² ) = 9 дюймов

9,033 ²

Пример 2:

Цилиндрический резервуар для воды высотой 40 футов и диаметром 20 футов наполнен водой плотностью 61,9 фунт/фут ³ .

(а) Каково давление воды на дно бака?

(b) Какова средняя сила, действующая на дно?

Решение:

(a)   P = (p·hg)/г _c

P = (61,9 фунт/фут ³ ) (40 футов) (32,17 фут/сек ^{2 9017Ib/32,17 фут/сек фунт-сила-сек 2 )}

= 2476 фунтов/футов ² (1 фут ² /144 в ² )

= 17,2 фунта/в области ²

(b) давление/область/область/область/зона

9 2

(b). (Давление) (площадь)

Область = πr ²

F = (17,2 фунта /в ² ) π (10 футов) ² (144 в ² /1 FT 2 ) ² /1 FT 2 ) 3

3

3

3

3

3

. = 7,78 x 10 ⁵  lbf

Закон Паскаля

Давление жидкости в каждом из ранее упомянутых случаев было обусловлено весом жидкости. Давление жидкости также может быть результатом приложения внешних сил к жидкости. Рассмотрим следующие примеры. На рис. 2 представлена ​​емкость, полностью заполненная жидкостью. A, B, C, D и E представляют собой поршни одинаковой площади поперечного сечения, вставленные в стенки сосуда. На поршни C, D и E будут действовать силы из-за давлений, вызванных различной глубиной жидкости. Предположим, что силы, действующие на поршни из-за давления, вызванного весом жидкости, следующие: A = 0 фунтов силы, B = 0 фунтов силы, C = 10 фунтов силы, D = 30 фунтов силы и E = 25 фунтов силы. Теперь пусть к поршню А приложена внешняя сила в 50 фунтов силы. Эта внешняя сила заставит давление во всех точках сосуда увеличиться на одинаковую величину. Поскольку все поршни имеют одинаковую площадь поперечного сечения, увеличение давления приведет к увеличению сил на всех поршнях на 50 фунтов силы. Таким образом, если к поршню А приложена внешняя сила в 50 фунтов силы, сила, действующая со стороны жидкости на другие поршни, теперь будет следующей: B = 50 фунтов силы, C = 60 фунтов силы, D = 80 фунтов силы и E = 75 фунтов силы. ».

Это воздействие внешней силы на замкнутую жидкость было впервые сформулировано Паскалем в 1653 году.

Давление, прикладываемое к замкнутой жидкости, передается без уменьшения по всему
ограничивающему сосуду системы.

Рисунок 2: Закон Паскаля

Контрольный объем

В термодинамике контрольный объем определяется как фиксированная область в пространстве, где изучаются массы и энергии, пересекающие границы области. Эта концепция контрольного объема также очень полезна при анализе проблем с потоком жидкости. Граница контрольного объема для течения жидкости обычно принимается за физическую границу части, через которую протекает течение. Концепция контрольного объема используется в приложениях гидродинамики с использованием принципов непрерывности, импульса и энергии, упомянутых в начале этой главы. Как только контрольный объем и его граница установлены, различные формы энергии, пересекающие границу с жидкостью, могут быть рассмотрены в форме уравнения для решения проблемы жидкости. Поскольку в задачах о потоке жидкости обычно рассматривают жидкость, пересекающую границы контрольного объема, подход с контрольным объемом называется анализом «открытой» системы, что аналогично концепциям, изучаемым в термодинамике. В ядерной области есть особые случаи, когда жидкость не пересекает контрольную границу. Такие случаи изучаются с использованием «закрытого» системного подхода.

Независимо от характера потока, все потоковые ситуации подчиняются установленным основным законам природы, которые инженеры выразили в форме уравнений. В задачах о жидкости всегда выполняются законы сохранения массы и энергии, а также законы движения Ньютона. Кроме того, каждая проблема будет иметь физические ограничения, называемые математически граничными условиями, которые должны быть удовлетворены, прежде чем решение проблемы будет согласовываться с физическими результатами.

Объемный расход

Объемный расход расход расход ( V˙ ) единица времени прохождения жидкости через точку системы. Объемный расход можно рассчитать как произведение площади поперечного сечения (A) для потока и средней скорости потока (v).

V˙   =    A  v             (3-1)

Если площадь измеряется в квадратных футах, а скорость – в футах в секунду, уравнение 3-1 дает объемный расход, измеренный в кубических футах в секунду. Другие распространенные единицы объемного расхода включают галлоны в минуту, кубические сантиметры в секунду, литры в минуту и ​​галлоны в час.

Пример:

Труба с внутренним диаметром 4 дюйма содержит воду, которая течет со средней скоростью 14 футов в секунду. Рассчитайте объемный расход воды в трубе.

Решение:

Используйте уравнение 3-1 и подставьте площадь.

V˙ = (π r 2) V

V˙ = (3,14) (2/12 футов) ² (14 футов/сек)

V˙ = 1,22 FT ³ /с

масса. Расход

массовый расход (м˙) системы – это мера массы жидкости, проходящей через точку системы в единицу времени. Массовый расход связан с объемным расходом, как показано в уравнении 3-2, где ρ — плотность жидкости.

м˙   =   ρV˙                 (3-2)

Если объемный расход измеряется в кубических футах в секунду, а плотность измеряется в фунтах массы на кубический фут, уравнение 3-2 дает массовый расход, измеренный в фунтах- масса в секунду. Другие распространенные единицы измерения массового расхода включают килограммы в секунду и фунты массы в час.

Замена V˙ в уравнении 3-2 соответствующими членами уравнения 3-1 позволяет напрямую вычислить массовый расход.

m˙   =    ρ  A  v            (3-3)

Пример:

Вода в трубе из предыдущего примера имела плотность 62,44 фунта/фут3. Рассчитайте массовый расход.

Решение:

м˙ = ρ V˙

м˙ = (62,44 фунта/фут ³ )  (1,22 фута ³ /сек =

фунт/сек2) 6 м·сек20040

Сохранение массы

Из термодинамики вы узнали, что энергию нельзя ни создать, ни уничтожить, а только изменить форму. То же верно и для массы. Сохранение массы – это инженерный принцип, который гласит, что все массовые расходы в контрольном объеме равны всем массовым расходам из контрольного объема плюс скорость изменения массы в контрольном объеме. Этот принцип математически выражен уравнением 3–4.

м²

_дюймов = m˙ _из + ∆m/∆t         (3-4)

где:

∆m/ ∆t = увеличение или уменьшение массы в пределах контрольного объема за (указанный период времени)

Установившийся поток

Установившийся поток относится к состоянию, при котором свойства жидкости в любой точке системы не меняются с течением времени. Эти свойства жидкости включают температуру, давление и скорость. Одним из наиболее важных свойств, которое является постоянным в системе с установившимся потоком, является массовый расход системы. Это означает, что ни в одном из компонентов системы не происходит накопления массы.

Уравнение неразрывности

Уравнение неразрывности — это просто математическое выражение принципа сохранения массы. Для контрольного объема с одним входом и одним выходом принцип сохранения массы гласит, что для стационарного потока массовый расход в объеме должен равняться массовому расходу на выходе. Уравнение непрерывности для этой ситуации выражается уравнением 3-5.

м˙

_вход  =   м˙ _выход          (3-5)

(ρAv) _{на входе} = (ρAv) _{на выходе}

Для контрольного объема с несколькими входами и выходами принцип сохранения массы требует, чтобы сумма массовых расходов в контрольный объем равен сумме массовых расходов из контрольного объема. Уравнение непрерывности для этой более общей ситуации выражается уравнением 3-6.

∑ м˙

_вход = ∑ м˙ _выход                   (3-6)

Одним из простейших приложений уравнения неразрывности является определение изменения жидкости
скорость из-за расширения или сжатия диаметра трубы.

Пример: уравнение неразрывности – расширение трубопровода

В трубе, диаметр которой постепенно расширяется от 6 дюймов до 8 дюймов, существует стационарный поток. Плотность жидкости в трубе постоянна. при 60,8 фунта/фут3. Если скорость потока составляет 22,4 фута/сек в 6-дюймовом сечении, какова скорость потока в 8-дюймовом сечении?

Решение:

Из уравнения неразрывности мы знаем, что массовый расход в секции 6 дюймов должен быть равен массовому расходу в секции 8 дюймов. Если нижний индекс 1 представляет 6-дюймовую секцию, а 2 представляет 8-дюймовую секцию, мы получаем следующее.

m˙ ₁ = m˙ ₂

ρ ₁ A ₁ v _{1 =}  ρ ₂  A ₂  v ₂

v _{2 =}  v ₁ (ρ _{1 /} ρ ₂ ) (A ₁ /A ₂ )

V _{2 =} V ₁ (π _/ V ₁ (π _/ V ₁ (π _/ V ₁ (π _/ V ₁ (π _/ V 1 (π _/. r ₂ ² )

v _{2 =} (22,4 фута/сек) [(3 дюйма) ² / (4 дюйма) ² ]

v _{2 =}  12,6 фут/сек

Таким образом, используя уравнение неразрывности, мы увеличили диаметр трубы с 6 до 8 дюймов , что привело к снижению скорости потока с 22,4 до 12,6 фута/сек.

Уравнение неразрывности также можно использовать, чтобы показать, что уменьшение диаметра трубы вызовет увеличение скорости потока.

Пример: Уравнение неразрывности – центробежный насос

Рис. 3: Уравнение неразрывности

Диаметр на входе ГЦН реактора, показанный на Рис. 3, составляет 28 дюймов, а выходной поток через насос – 9 дюймов.200 фунтов/сек. Плотность воды составляет 49 фунтов/фут3. Какая скорость на входе в насос?

Solution:

A _inlet = πr ² = (3.13)(14 in ((1 ft/12in)) ²

   = 4.28 ft ²

m˙ _inlet = m ˙ _Выход = 9200 фунтов/с

(ρav) _Вход = 9200 фунтов/сек

V _Вход = 9200 фунтов/сек/с

= (9200 л. с./сек). ) (49 фунтов/фут ³ )]

v _вход = 43,9 фут/сек

Приведенный выше пример показывает, что скорость потока в систему такая же, как и на выходе из системы. Та же самая концепция верна, даже несмотря на то, что более одного пути потока могут входить или выходить из системы одновременно. Баланс массы просто регулируется, чтобы указать, что сумма всех потоков, входящих в систему, равна сумме всех потоков, выходящих из системы, если существуют устойчивые условия. Пример этого физического случая включен в следующий пример.

Пример: уравнение неразрывности — несколько выпускных отверстий

Рис. 4. Y-образная конфигурация для примера задачи

Система трубопроводов имеет Y-образную конфигурацию для разделения потока, как показано на рис. 4. Диаметр впускного патрубка составляет 12 дюймов. , а диаметры выпускных патрубков 8 и 10 дюймов. Скорость в 10-дюймовом патрубке 10 фут/сек. Поток через основную часть составляет 500 фунтов/сек. Плотность воды составляет 62,4 фунта/фут3. Какова скорость на выходе из 8-дюймового участка трубы?

Решение:

  A ₈ = π [4 дюйма (1 фут/12 дюймов)] ²

= 0,349 фута ²

A 9,1 2 π = _{10 903 in.)] ²}

= 0.545 ft ²

Σm˙ _inlets = Σm˙ _oulets

m˙ ₁₂ = m˙ ₁₀ + m˙ ₈

m ˙ ₈ = m˙ ₁₂ – m˙ ₁₀

(ρAv) ₈  =   m˙ ₁₂ – (ρav) ₁₀

V ₈ = (M˙ ₁₂ – (ρAV) ₁₀ ) /(ρa) ₈

) /(500 – (500). 62,4 фунта/фут3) (0,545 фута 2) (10 футов/сек)] / (62,4 фунта/фут3)(0,349 фута ² )

     v ₈ = 7,3 фута/сек

Основные моменты этой главы резюмируются на следующей странице.

• Изменения плотности жидкости обратно пропорциональны изменениям температуры.

• Плавучесть – это способность тела плавать или всплывать при погружении в жидкость.

• Давление столба воды прямо пропорционально высоте столба и плотности воды.

P = ρ h g / g _c

• Закон Паскаля гласит, что давление, приложенное к замкнутой жидкости, передается без уменьшения по всему ограничивающему сосуду системы.

• Объемный расход — это объем жидкости в единицу времени, проходящий через точку в жидкостной системе.

• Массовый расход – это масса жидкости в единицу времени, проходящая через точку в жидкостной системе.

• Объемный расход рассчитывается как произведение средней скорости жидкости и площади поперечного сечения потока.

V˙ =  A v

• Массовый расход рассчитывается как произведение объемного расхода и плотности жидкости.

m˙ = ρ  A  v

• Принцип сохранения массы гласит, что все массовые расходы в контрольном объеме равны всем массовым расходам из контрольного объема плюс скорость изменения массы в контрольном объеме.

• Для контрольного объема с одним входом и выходом уравнение неразрывности может быть выражено следующим образом:0040
  • Для контрольного объема с несколькими входами и выходами уравнение неразрывности: категории или режимы. Эти два режима течения представляют собой ламинарный поток и турбулентный поток. Режим потока, будь то ламинарный или турбулентный, важен при проектировании и эксплуатации любой жидкостной системы. Величина жидкостного трения, которая определяет количество энергии, необходимой для поддержания желаемого потока, зависит от режима потока. Это также является важным соображением в некоторых приложениях, связанных с передачей тепла жидкости.

    Ламинарное течение

    Ламинарное течение также называют обтекаемым или вязким течением. Эти термины описывают поток, потому что при ламинарном потоке (1) слои воды текут друг по другу с разной скоростью, практически не смешиваясь между слоями, (2) частицы жидкости движутся по определенным и наблюдаемым траекториям или линиям тока и (3) ) течение характерно для вязкой (густой) жидкости или такое, в котором вязкость жидкости играет существенную роль.

    Турбулентный поток

    Турбулентное течение характеризуется неравномерным движением частиц жидкости. Нет определенной частоты, как в волновом движении. Частицы движутся по неправильным траекториям без какой-либо наблюдаемой закономерности и без определенных слоев.

    Профили скорости потока

    Не все частицы жидкости движутся по трубе с одинаковой скоростью. Форма кривой скорости (профиль скорости на любом заданном участке трубы) зависит от того, является ли поток ламинарным или турбулентным. Если течение в трубе ламинарное, распределение скорости в поперечном сечении будет иметь параболическую форму с максимальной скоростью в центре, примерно вдвое превышающей среднюю скорость в трубе. В турбулентном потоке существует довольно плоское распределение скорости по сечению трубы, в результате чего вся жидкость течет с заданным единственным значением. Рисунок 5 помогает проиллюстрировать приведенные выше идеи. Скорость жидкости, контактирующей со стенкой трубы, практически равна нулю и увеличивается по мере удаления от стенки.

    Рисунок 5: Профили скорости ламинарного и турбулентного потоков

    Обратите внимание на рисунок 5, что профиль скорости зависит от состояния поверхности стенки трубы. Более гладкая стенка обеспечивает более равномерный профиль скорости, чем шероховатая стенка трубы.

    Средняя (объемная) скорость

    Во многих задачах о потоках жидкости вместо определения точных скоростей в разных точках одного и того же поперечного сечения потока достаточно, чтобы одна средняя скорость представляла скорость всей жидкости в этой точке. в трубе. Это довольно просто для турбулентного потока, поскольку профиль скорости плоский на большей части поперечного сечения трубы. Разумно предположить, что средняя скорость равна скорости в центре трубы.

    Если режим течения ламинарный (профиль скорости параболический), все еще существует проблема попытки представить «среднюю» скорость в любом данном поперечном сечении, поскольку в уравнениях потока жидкости используется среднее значение. Технически это делается с помощью интегрального исчисления. На практике учащийся должен использовать среднее значение, равное половине значения центральной линии.

    Вязкость

    Вязкость — это свойство жидкости, которое измеряет сопротивление жидкости деформации под действием силы сдвига. Вязкость — это внутреннее трение жидкости, которое заставляет ее сопротивляться протеканию мимо твердой поверхности или других слоев жидкости. Вязкость также можно рассматривать как меру сопротивления жидкости течению. Густое масло имеет высокую вязкость; вода имеет низкую вязкость. Единица измерения абсолютной вязкости:

    µ = абсолютная вязкость жидкости (фунт-сила-сек/фут2).

    Вязкость жидкости обычно в значительной степени зависит от температуры жидкости и относительно не зависит от давления. Для большинства жидкостей по мере повышения температуры жидкости вязкость жидкости уменьшается. Пример этого можно увидеть в смазочном масле двигателей. Когда двигатель и его смазочное масло холодные, масло становится очень вязким или густым. После запуска двигателя и повышения температуры смазочного масла вязкость масла значительно снижается, и масло кажется намного более жидким.

    Идеальная жидкость

    Идеальная жидкость несжимаема и не имеет вязкости. Идеальных жидкостей на самом деле не существует, но иногда полезно рассмотреть, что произойдет с идеальной жидкостью в конкретной задаче о течении жидкости, чтобы упростить задачу.

    Число Рейнольдса

    Режим потока (ламинарный или турбулентный) определяется путем оценки числа Рейнольдса потока (см. рис. 5). Число Рейнольдса, основанное на исследованиях Осборна Рейнольдса, представляет собой безразмерное число, состоящее из физических характеристик потока. Уравнение 3-7 используется для расчета числа Рейнольдса (N _R ) для потока жидкости.

    N

    _R = PvD/мкг _c      (3-7)

    где:

    N _R = число Рейнольдса (безразмерное)

    D =

    D диаметр 9 (0/сек) трубы (футы)

    µ = абсолютная вязкость жидкости (фунт-сила-сек/фут2)

    ρ = массовая плотность жидкости (фунт/фут3)

    г _c = гравитационная постоянная (32,2 фут-фунт/фунт-сила-сек2 )

    Для практических целей, если число Рейнольдса меньше 2000, поток является ламинарным. Если оно больше 3500, поток турбулентный. Течения с числами Рейнольдса от 2000 до 3500 иногда называют переходными. Большинство жидкостных систем на ядерных установках работают с турбулентным потоком. Числа Рейнольдса удобно определять с помощью диаграммы Муди; пример которого показан в Приложении B. Дополнительные подробности об использовании Moody Chart приведены в последующем тексте.

    Ниже кратко изложены основные положения этой главы.

    • Ламинарный поток Слои воды текут друг над другом с разной скоростью, практически не смешиваясь между слоями. Профиль скорости потока для ламинарного потока в круглых трубах имеет параболическую форму с максимальным потоком в центре трубы и минимальным потоком на стенках трубы. Средняя скорость потока составляет примерно половину максимальной скорости.

    • Турбулентный поток Течение характеризуется неравномерным движением частиц жидкости. Профиль скорости потока для турбулентного потока довольно плоский по центральному сечению трубы и быстро падает очень близко к стенкам. Средняя скорость потока примерно равна скорости в центре трубы.

    • Вязкость — это свойство жидкости, которое измеряет сопротивление жидкости деформации под действием силы сдвига. Для большинства жидкостей температура и вязкость обратно пропорциональны.

    • Идеальная жидкость несжимаема и не имеет вязкости.

    • Увеличение числа Рейнольдса указывает на усиление турбулентности потока.

    Общее уравнение энергии

    Принцип сохранения энергии утверждает, что энергия не может быть ни создана, ни уничтожена. Это эквивалентно Первому закону термодинамики, который был использован для построения общего уравнения энергии в модуле по термодинамике. Уравнение 3-8 представляет собой формулировку общего уравнения энергии для открытой системы.

    Q + (U + PE + KE + PV) _в =

    W + (U + PE + KE + PV)

    _вых + (U + PE + KE + PV) _{сохранено}       (3-8 )

    где:

    Q = теплота (БТЕ) ​​

    U = внутренняя энергия (БТЕ) ​​

    PE = потенциальная энергия (фут-фунт-сила)

    KE = кинетическая энергия (фут-фунт-сила)

    P = давление ( lbf/ft ² )

    V = объем (ft ³ )

    W = работа (ft-lbf)

    Упрощенное уравнение Бернулли

    Уравнение Бернулли получается в результате применения общего уравнения энергии и первого закона термодинамики к стационарной системе, в которой не совершается работа над жидкостью или ею, тепло не передается жидкости или от жидкости и не происходит никаких изменений во внутренней энергии (т. е. без изменения температуры) жидкости. В этих условиях общее уравнение энергии упрощается до уравнения 3-9.

    (PE + KE + PV)

    ₁ = (PE + KE + PV) ₂           (3-9)

    Подставив соответствующие выражения для потенциальной энергии и кинетической энергии, уравнение 3-9 можно переписать как уравнение 3-10.

    mgz

    _1/ g _c +   mv ₁ ^2/ 2g _c +   P ₁ V ₁ =   mgz _2/ g _c +   мв ₂ ^2/ 2g _c +   P ₂ В ₂        

    98 (9-398)0082

    где:

    m = масса (фунты)

    z = высота над точкой отсчета (футы)

    v = средняя скорость (фут/сек)

    g = ускорение свободного падения (32,17 фут/сек ² )

    gc = гравитационная постоянная, (32,17 ft-lbm/lbf-sec ² )

    Примечание. Фактор g _c требуется только в том случае, если используется английская система измерения и масса измеряется в фунтах. По сути, это коэффициент преобразования, необходимый для прямого вывода единиц измерения. Никакой фактор не требуется, если масса измеряется в порциях или если используется метрическая система измерения.

    Каждый член в уравнении 3-10 представляет форму энергии, которой обладает движущаяся жидкость (потенциальная, кинетическая энергия и энергия, связанная с давлением). По сути, уравнение физически представляет собой баланс энергий KE, PE, PV, так что если одна форма энергии увеличивается, одна или несколько других уменьшаются, чтобы компенсировать это, и наоборот.

    Умножение всех членов уравнения 3-10 на коэффициент гс/мг приводит к форме уравнения Бернулли, показанному уравнением 3-11.

    из

    ₁  + v ₁ ² /2g + P ₁ ν ₁  g _c /g = z ₂  + v ₂ ² /2g + P ₂ ν ₂  г _c/ г           (3-11)

    Напор

    Поскольку единицы измерения всех различных форм энергии в уравнении 3-11 измеряются в единицах расстояния, эти термины иногда называют «напором». (напорный, скоростной и подъемный напор). Термин «напор» используется инженерами по отношению к давлению. Это ссылка на высоту, обычно в футах, столба воды, который будет поддерживать данное давление. Каждая из энергий, которыми обладает жидкость, может быть выражена в терминах напора. Высота напора представляет собой потенциальную энергию жидкости из-за ее подъема над опорным уровнем. Скоростной напор представляет собой кинетическую энергию жидкости. Это высота в футах, на которую текущая жидкость поднялась бы в столбе, если бы вся ее кинетическая энергия была преобразована в потенциальную энергию. Напор представляет собой энергию потока столба жидкости, вес которого эквивалентен давлению жидкости.

    Сумма подъемного, скоростного и напорного напора жидкости называется полным напором. Таким образом, уравнение Бернулли утверждает, что общий напор жидкости постоянен.

    Преобразование энергии в жидкостных системах

    Уравнение Бернулли позволяет легко исследовать, как происходит передача энергии между подъемным напором, скоростным напором и напором. Можно исследовать отдельные компоненты трубопроводных систем и определить, какие свойства жидкости изменяются и как это влияет на энергетический баланс.

    Если труба, содержащая идеальную жидкость, подвергается постепенному расширению в диаметре, уравнение неразрывности говорит нам, что по мере увеличения диаметра и проходного сечения скорость потока должна уменьшаться, чтобы поддерживать тот же массовый расход. Поскольку скорость на выходе меньше скорости на входе, скоростной напор потока должен уменьшаться от входа к выходу. Если труба расположена горизонтально, напор не меняется; следовательно, уменьшение скоростного напора должно компенсироваться увеличением напора. Поскольку мы рассматриваем идеальную несжимаемую жидкость, удельный объем жидкости не изменится. Единственный способ увеличения напора несжимаемой жидкости — это увеличение давления. Таким образом, уравнение Бернулли показывает, что уменьшение скорости потока в горизонтальной трубе приведет к увеличению давления.

    Если труба постоянного диаметра, содержащая идеальную жидкость, подвергается уменьшению высоты, возникает тот же суммарный эффект, но по другим причинам. В этом случае скорость потока и скоростной напор должны быть постоянными, чтобы удовлетворять уравнению неразрывности массы.

    Таким образом, снижение высоты подъема может быть компенсировано только увеличением напора. Опять же, жидкость несжимаема, поэтому увеличение напора должно привести к увеличению давления.

    Хотя на уравнение Бернулли наложено несколько ограничений, существует множество задач с физическими жидкостями, к которым оно применяется. Как и в случае сохранения массы, уравнение Бернулли может быть применено к задачам, в которых более чем один поток может входить или выходить из системы одновременно. Особо следует отметить тот факт, что задачи последовательной и параллельной системы трубопроводов решаются с использованием уравнения Бернулли.

    Пример: уравнение Бернулли

    Предположим, что в длинной горизонтальной конической трубе течет без трения. Диаметр составляет 2,0 фута на одном конце и 4,0 фута на другом. Высота напора на меньшем конце составляет 16 футов водяного столба. Если вода течет через этот конус со скоростью 125,6 фут3/с, найдите скорости на двух концах и напор на большем конце.

    Решение:

    V˙ ₁ = A ₁ v ₁

    v ₁ =   V˙ ₁ /    A ₁                                                     v ₂  =   V˙ ₂  /    A ₂

    v ₁ =   125.6 ft ³ / Сек / π (1 фут) ² V ₂ = 125,6 FT ³ /SEC /π (2 = 125,6 FT ³ /SEC /π (2 = 125,6 FT ³ /SEC /π (2 ).0397   40 ft/sec                                                      v ₂  = 10 ft/sec

    z ₁  + v ₁ ² /2g + P ₁ ν ₁  g _c /g = z ₂ + V ₂ ² / 2G + P ₂ ν ₂ G _C/ G

    P ₂ ν _{2 2}

    P ₂ ν _{2 2}

    P ₂ ν _{2 2} . ₁  г _c /г + (z ₁ – z ₂ ) + (v ₁ ² –  v ₂ ² )/2g

      = 16 футов + 0 футов + [(40 футов/сек) ^{2 9} футов/сек  / 2 (32,17 ft-lbm/ lnf – sec ² )]

      = 39,3 ft

    Ограничения упрощенного уравнения Бернулли

    Практическое применение упрощенного уравнения Бернулли к реальным трубопроводным системам невозможно из-за двух ограничений . Одним из серьезных ограничений уравнения Бернулли в его нынешнем виде является то, что при решении задач о трубопроводах не допускается жидкостное трение. Следовательно, уравнение 3-10 применимо только к идеальным жидкостям. Однако в действительности полный напор, которым обладает жидкость, не может быть полностью перенесен из одной точки в другую из-за трения. Учет этих потерь напора дал бы гораздо более точное описание того, что происходит физически. Это особенно верно, потому что одной из целей насоса в жидкостной системе является преодоление потерь давления из-за трения в трубах.

    Второе ограничение уравнения Бернулли заключается в том, что жидкость не может совершать работу над жидкостью. Это ограничение предотвращает анализ двух точек в потоке жидкости, если между двумя точками есть насос. Поскольку большинство проточных систем включают насосы, это является существенным ограничением. К счастью, упрощенное уравнение Бернулли можно изменить так, чтобы оно удовлетворительно учитывало как потери напора, так и работу насоса.

    Расширенный вариант Бернулли

    Уравнение Бернулли можно модифицировать, чтобы учесть увеличение и уменьшение напора. Полученное уравнение, называемое расширенным уравнением Бернулли, очень полезно при решении большинства задач о течении жидкости. На самом деле расширенное уравнение Бернулли, вероятно, используется чаще, чем любое другое уравнение течения жидкости. Уравнение 3-12 является одной из форм расширенного уравнения Бернулли.

    z

    _{1 +}  v ₁ ² /2g + P ₁ ν ₁  g _c /g + H _p  = z _{2 +}  v ₂ ² / 2g + P ₂ ν ₂  g _c /g + H _f          (3-12)

    где:

    z = средняя скорость жидкости над исходным уровнем (футы)

    фут/сек)

    P = давление жидкости (фунт-сила/фут ² )

    ν = удельный объем жидкости (фут ³ /lbm)

    Hp = напор, добавляемый насосом (футы)

    Hf = потеря напора из-за жидкостного трения (футы)

    g = ускорение свободного падения (футы/сек ² )

    Напор потери на жидкостное трение (Hf) представляют собой энергию, используемую для преодоления трения, вызванного стенками трубы. Хотя это представляет собой потерю энергии с точки зрения потока жидкости, обычно это не представляет собой значительную потерю общей энергии жидкости. Это также не нарушает закон сохранения энергии, поскольку потеря напора из-за трения приводит к эквивалентному увеличению внутренней энергии (u) жидкости. Эти потери максимальны, когда жидкость протекает через входы, выходы, насосы, клапаны, фитинги и любые другие трубопроводы с шероховатой внутренней поверхностью.

    Большинство методов оценки потери напора из-за трения являются эмпирическими (основаны почти исключительно на экспериментальных данных) и основаны на константе пропорциональности, называемой коэффициентом трения (f), которая будет обсуждаться в следующем разделе.

    Пример: Расширенный Бернулли

    Вода перекачивается из большого резервуара в точку на 65 футов выше резервуара. Сколько футов напора должен добавить насос, если через 6-дюймовую трубу протекает 8000 фунтов/ч, а потеря напора на трение составляет 2 фута? Плотность жидкости составляет 62,4 фунта/фут3, а площадь поперечного сечения 6-дюймовой трубы составляет 0,2006 фута 9 . 0449 2 .

    Решение:

    Для использования модифицированной формы уравнения Бернулли опорные точки выбираются на поверхности резервуара (точка 1) и на выходе из трубы (точка 2). Давление на поверхности резервуара такое же, как давление на выходе из трубы, т. е. атмосферное давление. Скорость в точке 1 будет практически нулевой.

    Использование уравнения для массового расхода для определения скорости в точке 2:

    м˙ ₂ = ρ a ₂ V ₂

    V ₂ = M˙ ₂ /ρ A ₂

    V ₂ = 8000 86. 80499999999999999999999999999999999999999999999999999 гг. ) 0,2006 футов ²

    V ₂ = 639 футов/час (1 час/3600 с)

    V ₂ = 0,178 FT/SEC

    Z _{1 +} 1 1 1 1 VAIL/. 1 VAIL/SEC

    1 . /2g + P ₁ ν ₁ g _c /g + H _p = z _{2 +} v ₂ ² /2G + P ₂ ν ₂ G _C /G + H _F

    H _{P =} (Z _{2 –} Z ₁ (Z _{2 –} Z ₁ ) (Z _{2 –} Z _{) (Z 2 – Z ) (Z 2 – ). – V 1 ² ) /2G+ (P 2 – P 1 ) ν (G C /G)+ H F}

    398 /G). [(0,178 фут/сек) ² –   (o фут/сек) ² ]/ [2 (32,17 фут-фунт/фунт-сила-сек ² )]   + 0 фут + 2 фут  

    H _p = 67 футов[/box]

    Обратите внимание, что решение этой примерной задачи имеет числовое значение, которое «имеет смысл» из данных, приведенных в задаче. Общее увеличение напора на 67 футов связано в первую очередь с увеличением оценки на 65 футов и на 2 фута фрикционного напора.

    Применение уравнения Бернулли к трубке Вентури

    Многие компоненты установки, такие как трубка Вентури, могут быть проанализированы с использованием уравнения Бернулли и уравнения неразрывности. Вентури представляет собой устройство для измерения расхода, состоящее из постепенного сжатия, за которым следует постепенное расширение. Пример трубки Вентури показан на рисунке 6. Путем измерения перепада давления между входом трубки Вентури (точка 1) и горловиной трубки Вентури (точка 2) можно определить скорость потока и массовый расход на основе формулы Бернулли. уравнение.

    Рис. 6: Расходомер Вентури

    Уравнение Бернулли утверждает, что общий напор потока должен быть постоянным. Поскольку превышение существенно не изменяется, если вообще изменяется между точками 1 и 2, высота подъема в этих двух точках будет по существу одинаковой и не будет учитываться в уравнении. Таким образом, уравнение Бернулли упрощается до уравнения 3-13 для трубки Вентури.

    v

    ₁ ² /2g + P ₁ ν ₁ g _c /g = v ₂ 2

    /2g0397 2 ν ₂  g _c/ g       (3-13)

    Применение уравнения неразрывности к точкам 1 и 2 позволяет выразить скорость потока в точке 1 как функцию скорости потока в точке 2 и отношение двух площадей потока.

    ρ ₁  A ₁  v ₁ = ρ ₂  A ₂  v ₂

    v ₁  =ρ ₂  A ₂  v ₂ / ρ ₁ А ₁

    v _{1 =} v ₂ A ₂ / A ₁

    Используя алгебру для преобразования уравнения 3.13 и подстановки приведенного выше результата вместо v ₁ , мы можем решить для v _{1 28 939 для v 2 8 939}

    V ₂ ² – V ₁ ² / 2G = (P ₁ –P ₂ ) ν G _{C /} G

    398) r _{C /} G
    398 V V . v V _{. 2 А 2 /А 1 ) ² = (P 1  – стр.} ) 2 ν g _C

    V ₂ ² = (P ₁ – P ₂ ) 2 ν G _{C 9039 /(1 – A104 /(1 – 1) (1 – 2).}

    v _{2 =} √ [(P ₁ – P ₂ ) 2 ν g _c / (1 – (A2/A1) ² )]

    0

    7 2 =  √ (P ₁  – P ₂ ) √ [2 ν g _c / (1 – (A2/A1) ²  )]

    Следовательно, скорость потока в горле Вентури и объемный расход прямо пропорциональны квадратному корню из дифференциального давления.

    Давления в верхней части и горловине являются фактическими давлениями, а скорости из уравнения Бернулли без учета потерь являются теоретическими скоростями. Когда в уравнении энергии учитываются потери, скорости являются фактическими скоростями. Во-первых, с помощью уравнения Бернулли (то есть без члена потери напора) получается теоретическая скорость в горловине. Затем, умножив это на фактор Вентури (C _v ), который учитывает потери на трение и равен 0,98 для большинства трубок Вентури, получается фактическая скорость. Фактическая скорость, умноженная на фактическую площадь горловины, определяет фактический объемный расход нагнетания.

    Падение давления P ₁  – P ₂ на трубке Вентури можно использовать для измерения расхода с помощью U-образного манометра, как показано на рис. 6. Показание манометра R’ пропорционально к перепаду давления и, следовательно, к скорости жидкости.

    Ниже кратко изложены основные положения этой главы.

    • Краткий обзор уравнения Бернулли

    • Уравнение Бернулли является приложением первого закона термодинамики.

    • Уравнение Бернулли представляет собой приложение общего уравнения энергии к стационарной системе, в которой работа не совершается над жидкостью или ею, тепло не передается жидкости или от жидкости и не происходит изменения внутренней энергии. жидкости.

    • Напор — термин, используемый для описания давления, оказываемого на жидкость или со стороны жидкости.

    • Когда жидкость течет по системе трубопроводов, изменения высоты, скорости и напора должны быть постоянными, чтобы удовлетворялось уравнение Бернулли.

    • Уравнение Бернулли можно изменить, чтобы учесть потери на трение и работу насоса.

    • Трубку Вентури можно использовать для определения массового расхода из-за изменений давления и скорости жидкости.

    • Объемный расход через трубку Вентури прямо пропорционален квадратному корню перепада давления между входом трубки Вентури и ее горлом.

    Потеря напора

    Потеря напора – это мера уменьшения общего напора (сумма подъемного, скоростного и напорного напора) жидкости при ее движении через систему жидкости. Потеря напора неизбежна в реальных жидкостях. Он возникает из-за: трения между жидкостью и стенками трубы; трение между соседними частицами жидкости при их движении относительно друг друга; и турбулентность, возникающая всякий раз, когда поток перенаправляется или каким-либо образом подвергается влиянию таких компонентов, как входы и выходы трубопроводов, насосы, клапаны, редукторы потока и фитинги.

    Потери на трение — это часть общей потери напора, возникающая при протекании жидкости по прямым трубам. Потеря напора для потока жидкости прямо пропорциональна длине трубы, квадрату скорости жидкости и члену, учитывающему трение жидкости, называемому коэффициентом трения. Потеря напора обратно пропорциональна диаметру трубы.

    Потеря напора ∝ f Lv ² /D

    Коэффициент трения

    Определено, что коэффициент трения зависит от числа Рейнольдса для потока и степени шероховатости внутренней поверхности трубы.

    Величина, используемая для измерения шероховатости трубы, называется относительной шероховатостью, которая равна средней высоте неровностей поверхности (ε), деленной на диаметр трубы (D).

    Относительная шероховатость = ε/D

    Значение коэффициента трения обычно получают из диаграммы Муди (рис. A). Диаграмму Муди можно использовать для определения коэффициента трения на основе числа Рейнольдса и относительной шероховатости.

    Рисунок A: График Moody

    Пример:

    Определите коэффициент трения (f) для течения жидкости в трубе с числом Рейнольдса 40 000 и относительной шероховатостью 0,01.

    Решение:

    Используя диаграмму Муди, число Рейнольдса 40 000 пересекает кривую, соответствующую относительной шероховатости 0,01 при коэффициенте трения 0,04.

    Уравнение Дарси

    Потеря напора на трение может быть рассчитана с использованием математической зависимости, известной как уравнение Дарси для потери напора. Уравнение принимает две различные формы. Первая форма уравнения Дарси определяет потери в системе, связанные с длиной трубы.

    H

    _r = f  L v ²  / D 2 g       (3-14)

    где:

    f = коэффициент трения (безразмерный)

    L = длина трубы (футы)

    0 D 9 трубы (футы)

    v = скорость жидкости (футы/сек)

    g = ускорение свободного падения (футы/сек ² )

    в диаметре содержит воду при температуре 200°F, текущую с массовым расходом 700 фунтов/сек. Вода имеет плотность 60 фунтов/фут ³ и вязкостью 1,978 x 10 ^-7 lbf-sec/ft ² . Относительная шероховатость трубы 0,00008. Рассчитайте потери напора трубы.

    Решение:

    Последовательность шагов, необходимых для решения этой проблемы, состоит в том, чтобы сначала определить скорость потока. Во-вторых, используя скорость потока и заданные свойства жидкости, рассчитайте число Рейнольдса. В-третьих, определите коэффициент трения по числу Рейнольдса и относительной шероховатости. Наконец, используйте уравнение Дарси, чтобы определить потери напора.

    m˙ = ρ A v

    v = m˙/ρ A

    = (700 lb/sec) / (60 lbm/ft ³ ) π (10 дюймов) ²  (1 фут ² /144 в ²⁾

    V = 5,35 фута/с

    N _R = ρ V D/µ G _C

    N _R = (60 LBM/FT

    3

    555555550) (60 LBM/FT

    3

    555555550) (60 LBM/FT

    3

    55555550). /сек) (20 дюймов )(1 фут/12 дюймов)/ (1,978 x 10 ^-7 фунт-сила-сек/фут ² )( 32,17 фут-фунт/фунт-сила-сек ²⁾ =

    N _R = 8,4 x 10 ⁷

    Используйте диаграмму Муди для числа Рейнольдса 8,4 x 10 ⁷ и относительной шероховатости 0,00008.

    f = 0,012

    H _f = f (L/D) (v ² /2g)

    H _f  = (o.o12) [100 футов/(20 дюймов)(1 фут/12 дюймов) )] * (5,35 фут/сек) ² /(2)(32,17 фут/сек ² )

    H _f = 0,32 фут

    Незначительные потери

    Потери из-за изгибов трубопроводов колена, соединения, клапаны и т. д. иногда называют малыми потерями. Это неправильное название, поскольку во многих случаях эти потери более значительны, чем потери из-за трения трубы, рассмотренные в предыдущем разделе. При всех незначительных потерях в турбулентном потоке потери напора зависят от квадрата скорости. Таким образом, удобным методом выражения незначительных потерь потока является коэффициент потерь (k). Значения коэффициента потерь (k) для типичных ситуаций и фитингов можно найти в стандартных справочниках. Форма уравнения Дарси, используемая для расчета незначительных потерь отдельных компонентов жидкостной системы, выражается уравнением 3-15.

    H

    _f = k v ² /2g      (3-15)

    Эквивалентная длина трубопровода

    одинаковая скорость нагнетания. Эту связь можно найти, приравняв две формы уравнения Дарси друг к другу.

    f L v ² / D 2g = k v ² /2g

    Это дает два полезных соотношения

    L

    _eq = k D/f       (3-16)

    k = f L

    _eq /D       (3-17)

    Типовые значения L _eq /D для обычных компонентов системы трубопроводов приведены в таблице 1. Эквивалентная длина трубопровода, при которой потери напора будут такими же, как и у конкретного компонента, может быть определена путем умножения значения L _eq /D для этого компонента на диаметр трубы. Чем выше значение L _eq /D, тем больше эквивалентная длина трубы.

    Таблица 1: Типичные значения Leq/D

    Пример:

    Полностью открытая задвижка находится в трубе диаметром 10 дюймов. Труба какой эквивалентной длины вызовет такую ​​же потерю напора, как и задвижка?

    Решение:

    Из таблицы 1 находим, что значение L _экв /D для полностью открытой задвижки равно 10.

    L _экв = (L/D) D

    = 10 ( 10 дюймов)

    = 100 дюймов

    Добавляя эквивалентные длины всех компонентов к фактической длине трубы в системе, мы можем получить L _eq значение для всей системы трубопроводов.

    Ниже кратко изложены основные положения этой главы.

    • Потеря напора – это снижение общего напора (сумма потенциального напора, скоростного напора и напора) жидкости, вызванное трением, возникающим при движении жидкости.

    • Потери на трение – это часть общей потери напора, возникающая при протекании жидкости по прямым трубам.

    • Незначительные потери – это потери напора, возникающие из-за изгибов, колен, соединений, клапанов и других компонентов. Каждый раз, когда поток испытывает изменение направления или площади поперечного сечения, он испытывает потерю напора.

    • Коэффициент трения для потока жидкости можно определить с помощью диаграммы Муди, если можно определить относительную шероховатость трубы и число Рейнольдса потока.

    • Уравнение Дарси можно использовать для расчета потерь на трение.

    • Для расчета незначительных потерь можно использовать специальную форму уравнения Дарси.

    • Длина трубы, при которой потеря напора будет такой же, как у клапана или фитинга, может быть определена путем умножения значения L/D для компонента, указанного в справочниках или руководствах поставщиков, на диаметр трубы.

    Принудительная и естественная циркуляция

    В предыдущих главах, посвященных потоку жидкости, объяснялось, что каждый раз, когда жидкость течет, возникает некоторое трение, связанное с движением, которое вызывает потерю напора. Было указано, что эта потеря напора обычно компенсируется в трубопроводных системах насосами, которые работают с жидкостью, компенсируя потерю напора из-за трения. Циркуляция жидкости в системах с помощью насосов называется принудительной циркуляцией .

    Можно спроектировать некоторые жидкостные системы таким образом, чтобы не требовалось наличие насосов для обеспечения циркуляции. Напор, необходимый для компенсации потерь напора, создается градиентами плотности и изменениями высоты. Поток, возникающий при таких обстоятельствах, называется естественной циркуляцией .

    Тепловая приводная головка

    Тепловая приводная головка – это сила, вызывающая естественную циркуляцию. Это вызвано разницей в плотности между двумя телами или областями жидкости.

    Рассмотрим два равных объема жидкости одного типа. Если два объема имеют разную температуру, то объем с более высокой температурой также будет иметь меньшую плотность и, следовательно, меньшую массу. Поскольку объем при более высокой температуре будет иметь меньшую массу, на него также будет действовать меньшая сила тяжести. Эта разница в силе тяжести, действующей на жидкость, приводит к тому, что более горячая жидкость поднимается, а более холодная опускается.

    Этот эффект наблюдается во многих местах. Одним из примеров этого является воздушный шар. Сила, заставляющая воздушный шар подниматься, является результатом разницы в плотности между горячим воздухом внутри воздушного шара и более холодным воздухом, окружающим его.

    Тепло, добавленное к воздуху в воздушном шаре, добавляет энергию молекулам воздуха. Движение молекул воздуха увеличивается, и молекулы воздуха занимают больше места. Молекулы воздуха внутри воздушного шара занимают больше места, чем такое же количество молекул воздуха снаружи воздушного шара. Это означает, что горячий воздух менее плотный и легче, чем окружающий воздух. Поскольку воздух в воздушном шаре менее плотный, гравитация оказывает на него меньшее влияние. В результате воздушный шар весит меньше окружающего воздуха. Гравитация втягивает более холодный воздух вниз в пространство, занимаемое воздушным шаром. Нисходящее движение более холодного воздуха выталкивает воздушный шар из ранее занятого пространства, и воздушный шар поднимается.

    Условия, необходимые для естественной циркуляции

    Естественная циркуляция возможна только при наличии правильных условий. Даже после того, как естественная циркуляция началась, устранение любого из этих условий приведет к остановке естественной циркуляции. Условия естественной циркуляции следующие.

    1. Существует разница температур (имеются источник тепла и радиатор).

    2. Источник тепла находится ниже радиатора.

    3. Жидкости должны соприкасаться друг с другом.

    Должно быть два тела жидкости с разной температурой. Это также может быть одно тело жидкости с участками разной температуры. Разница в температуре необходима, чтобы вызвать разницу в плотности жидкости. Разница в плотности является движущей силой естественного циркуляционного потока.

    Для продолжения естественной циркуляции необходимо поддерживать разницу температур. Добавление тепла от источника тепла должно иметь место в области высоких температур. В области низких температур должен существовать непрерывный отвод тепла радиатором. В противном случае температуры со временем выровнялись бы, и дальнейшей циркуляции не произошло бы.

    Источник тепла должен находиться на более низкой высоте, чем радиатор. Как показано на примере воздушного шара, более теплая жидкость менее плотная и будет стремиться вверх, а более холодная жидкость более плотная и будет стремиться опуститься. Чтобы воспользоваться преимуществами естественного движения теплых и холодных жидкостей, источник тепла и радиатор должны находиться на соответствующей высоте.

    Две области должны соприкасаться, чтобы между ними был возможен поток. Если путь потока затруднен или заблокирован, то естественная циркуляция невозможна.

    Пример охлаждения с естественной циркуляцией

    Естественная циркуляция часто является основным средством охлаждения реакторов бассейнового типа и облученных тепловыделяющих сборок, хранящихся в бассейнах с водой после удаления из реактора. Источником тепла является ТВС. Радиатор – это основная часть воды в бассейне.

    Вода в нижней части топливной сборки поглощает энергию, вырабатываемую сборкой. Температура воды увеличивается, а плотность уменьшается. Гравитация втягивает более холодную (более плотную) воду в нижнюю часть сборки, вытесняя более теплую воду. Более теплая (более легкая) вода вынуждена уступить свое место более холодной (более тяжелой) воде. Более теплая (более легкая) вода поднимается выше в узле. По мере того, как вода проходит по всей длине сборки, она поглощает больше энергии. Вода становится все легче и легче, постоянно вытесняемая вверх более плотной водой, движущейся под ней. В свою очередь, более холодная вода поглощает энергию сборки и также вынуждена подниматься по мере продолжения естественного циркуляционного потока. Вода, выходящая из верхней части топливной сборки, отдает свою энергию, смешиваясь с основной массой воды в бассейне. Основная часть воды в бассейне обычно охлаждается за счет циркуляции через теплообменники в отдельном процессе.

    Расход и разница температур

    Тепловой напор, вызывающий естественную циркуляцию, возникает из-за изменения плотности, вызванного разностью температур. Как правило, чем больше разница температур между горячей и холодной областями жидкости, тем больше тепловой напор и результирующая скорость потока. Однако рекомендуется держать горячую жидкость переохлажденной, чтобы предотвратить изменение фазы. В двухфазном потоке возможна естественная циркуляция, но поддерживать поток обычно сложнее.

    Для индикации или проверки наличия естественной циркуляции можно использовать различные параметры. Это зависит от типа растения. Например, для реактора с водой под давлением (PWR) выбранные параметры системы теплоносителя реактора (RCS), которые будут использоваться, следующие.

    1. RCS ∆T (T _{Горячий} – T _{Холодный} ) должен составлять 25-80% от значения полной мощности и быть постоянным или медленно снижаться. Это указывает на то, что остаточное тепло отводится из системы с достаточной скоростью для поддержания или снижения температуры ядра.

    2. RCS Температуры горячих и холодных участков должны быть постоянными или медленно снижаться. Опять же, это указывает на то, что тепло отводится, а нагрузка остаточного тепла снижается, как и ожидалось.

    3. Давление пара в парогенераторе (давление на вторичной стороне) должно соответствовать температуре RCS. Это подтверждает, что парогенератор отводит тепло от хладагента RCS.

    Если естественная циркуляция для реактора PWR осуществляется или неизбежна, можно выполнить несколько действий, чтобы обеспечить или улучшить возможности охлаждения активной зоны. Во-первых, уровень компенсатора давления может поддерживаться выше 50%. Во-вторых, поддерживать переохлаждение RCS на 15 ^или F или выше.

    Оба этих действия помогут предотвратить образование паровых/паровых карманов в СТР, где они могут ограничивать поток СТР. В-третьих, поддерживайте уровень воды в парогенераторе на уровне ≥ нормального диапазона. Это обеспечивает адекватный теплоотвод для обеспечения достаточного отвода тепла для предотвращения закипания RCS.

    Основные пункты этой главы перечислены ниже.

    • Естественная циркуляция – это циркуляция жидкости без использования механических устройств.

    • Поток с принудительной циркуляцией – это циркуляция жидкости через систему с помощью насосов.

    • Тепловой напор – это движущая сила естественной циркуляции, вызванная разницей в плотности между двумя участками жидкости.

    • Для обеспечения естественной циркуляции необходимы три элемента:

    • Должен быть радиатор и источник тепла.
    • Источник тепла должен располагаться ниже радиатора.
    • Между теплой и холодной жидкостью должны существовать пути потока.

    • Как правило, чем больше разница температур, тем выше скорость естественной циркуляции.

    • Естественная циркуляция в PWR может быть проверена путем мониторинга:

    • RCS ∆T – значение полной мощности 25–80 % уменьшение
    • Давление пара П/Г – отслеживание температуры СУЗ

    • Естественная циркуляция в PWR может быть повышена с помощью:

    • Поддерживать уровень давления> 50%
    • Поддерживать RCS ≥ 15O F SUBCOLIN ≥ нормальный диапазон

    Двухфазный поток жидкости

    Все отношения потока жидкости, обсуждавшиеся ранее, относятся к потоку одной фазы жидкости, будь то жидкость или пар. В некоторых важных местах в системах с потоком жидкости происходит одновременный поток жидкой воды и пара, известный как двухфазный поток. Этих простых соотношений, используемых для анализа однофазного течения, недостаточно для анализа двухфазного течения.

    Существует несколько методов, используемых для прогнозирования потери напора из-за трения жидкости для двухфазного потока. Трение двухфазного потока больше, чем трение однофазного потока при тех же размерах трубопровода и массовом расходе. Разница, по-видимому, является функцией типа потока и является результатом увеличения скорости потока. Потери на двухфазное трение определяются экспериментально путем измерения перепада давления на различных элементах трубопровода.

    Двухфазные потери обычно связаны с однофазными потерями через одни и те же элементы. Один из общепринятых методов определения двухфазных потерь на трение на основе однофазных потерь включает множитель двухфазного трения (R), который определяется как отношение двухфазных потерь напора к потерям напора, оцененным с использованием насыщенного свойства жидкости.

    R = H

    _f,  двухфазный / H _f, насыщенная жидкость         (3-18)

    где:

    R = двухфазный множитель трения (без единиц измерения)

    H two _{f , -фаза = двухфазная потеря напора из-за трения (футы)}

    H _{f ,} насыщенная жидкость = однофазная потеря напора из-за трения (футы)

    Было обнаружено, что множитель трения (R) намного выше при более низком давлении, чем при более высоком. Потери напора в двухфазном режиме могут быть во много раз больше, чем в однофазном.

    Несмотря на то, что для двухфазных потоков используется множество названий, мы определим только три типа потока. Используемые модели потока определяются следующим образом:

    1. Пузырьковый поток: пузырьки пара рассеиваются в континууме жидкости.

    2. Снарядное течение: при пузырьковом течении пузырьки растут путем слияния и в конечном итоге становятся того же порядка диаметра, что и трубка. При этом образуются типичные пузырьки пулевидной формы, характерные для снарядного режима.

    3. Кольцевой поток: теперь жидкость распределяется между жидкой пленкой, текущей вверх по стенке, и дисперсией капель, текущих в паровом ядре потока.

    Нестабильность потока

    Нестабильный поток может возникать в виде колебаний потока или реверсирования потока. Колебания потока — это изменения потока из-за образования пустот или механических препятствий, возникающих при проектировании и производстве. Колебания потока в одном из каналов теплоносителя реактора иногда вызывают колебания потока в окружающих каналах теплоносителя из-за перераспределения потока. Колебания потока нежелательны по нескольким причинам. Во-первых, длительные колебания потока могут вызвать нежелательную вынужденную механическую вибрацию компонентов. Это может привести к выходу из строя этих компонентов из-за усталости. Во-вторых, колебания потока могут вызвать проблемы управления системой, которые особенно важны в ядерных реакторах с жидкостным охлаждением, поскольку теплоноситель также используется в качестве замедлителя. В-третьих, колебания потока влияют на локальные характеристики теплопередачи и кипения. В результате испытаний было обнаружено, что критический тепловой поток (CHF), необходимый для выхода из пузырькового кипения (DNB), может быть снижен на целых 40%, когда поток колеблется. Это резко снижает тепловой предел и удельную мощность по длине активной зоны реактора. Опять же, в результате испытаний было обнаружено, что колебания потока не представляют серьезной проблемы для некоторых реакторов с водой под давлением, если только мощность не превышает 150% для нормальных условий потока. Колебания потока могут быть проблемой во время операций с естественной циркуляцией из-за низкого расхода.

    При естественной циркуляции пузырьки пара, образующиеся при колебаниях потока, могут иметь достаточное влияние, чтобы вызвать полный реверс потока в пораженном канале.

    Как колебания потока, так и реверсирование потока приводят к очень неустойчивому состоянию, поскольку паровые одеяла, образующиеся на нагретых поверхностях, напрямую влияют на способность отводить тепло от этих поверхностей.

    Трубный хлыст

    В случае разрыва трубы реактивная сила, создаваемая высокоскоростной струей жидкости, может привести к смещению трубопровода и значительному повреждению компонентов, приборов и оборудования в зоне разрыва. Эта характеристика похожа на оставленный без присмотра садовый шланг или пожарный шланг, который непредсказуемо «хлещет». Этот тип отказа анализируется, чтобы свести к минимуму ущерб, если биение трубы произойдет вблизи оборудования, важного для обеспечения безопасности.

    Гидравлический удар

    Гидравлический удар представляет собой ударную волну жидкости, возникающую в результате внезапного запуска или остановки потока. На него влияют начальное давление в системе, плотность жидкости, скорость звука в жидкости, упругость жидкости и трубы, изменение скорости жидкости, диаметр и толщина трубы, а также клапан. рабочее время.

    При закрытии клапана кинетическая энергия движущейся жидкости преобразуется в потенциальную энергию. Упругость жидкости и стенки трубы создает волну положительного давления, направленную обратно к источнику жидкости. Когда эта волна достигнет источника, масса жидкости будет находиться в состоянии покоя, но под огромным давлением. Сжатая жидкость и растянутые стенки трубы теперь начнут выпускать жидкость в трубе обратно к источнику и возвращаться к статическому давлению источника. Это высвобождение энергии сформирует еще одну волну давления обратно к клапану. Когда эта ударная волна достигает клапана, из-за импульса жидкости стенка трубы начинает сжиматься. Это сжатие передается обратно к источнику, который снижает давление в трубопроводе ниже статического давления источника. Эти волны давления будут перемещаться туда и обратно несколько раз, пока жидкостное трение не гасит чередующиеся волны давления до статического давления источника. Обычно весь процесс молотка занимает менее одной секунды.

    Начальный толчок внезапного прекращения потока может вызвать переходные изменения давления, которые превышают статическое давление. Если клапан закрывается медленно, потеря кинетической энергии происходит постепенно. Если его закрыть быстро, потеря кинетической энергии будет очень быстрой. Возникновение ударной волны происходит из-за быстрой потери кинетической энергии. Ударная волна, вызванная гидравлическим ударом, может иметь достаточную величину, чтобы нанести физический ущерб трубопроводу, оборудованию и персоналу. Известно, что гидравлический удар в трубах вырывает опоры труб из их креплений, разрывает трубы и вызывает биение труб.

    Всплеск давления

    Всплеск давления возникает в результате быстрого повышения давления выше статического, вызванного гидравлическим ударом. Максимальный скачок давления будет достигнут в момент изменения расхода и определяется следующим уравнением.

    ∆p = ρ _C ∆V/ g _C

    Где:

    ∆P = всплеск давления (LBF/ FT ² )

    ρ = плотность флоида (LBM/ FT 499

    ρ = плотность флоида (LBM/ FT 40039. )

    c = Скорость волны давления (фут/сек) (Скорость звука в жидкости)

    ∆v = изменение скорости жидкости (фут/сек)

    gc = гравитационная постоянная 32,17 (фунт-фут/фунт-сила-сек ² )

    Пример:

    Скачок давления Вода плотностью 62,4 фунт/фут ³ и давление 120 фунтов на квадратный дюйм течет по трубе со скоростью 10 футов/сек. Скорость звука в воде 4780 футов в секунду. Обратный клапан внезапно закрылся. Каково максимальное давление жидкости в фунтах на квадратный дюйм?

    Решение

    P _Макс. = P _Static + ΔP _SPIKE

    P _MAX = 120 фунтов/в ² + ρ _C ΔV/G _C

    409999. P ΔV/G _C
    40398 P ΔV/G _C
    404040398. + (62,4 lbm/ft ³ )(4780 ft/sec)(10 ft/sec) / (32,17 lbm ft/ lbf sec ² )

    P _Max = 120 lbf/in ^{2 904,50 фунт-сила/дюйм 2}

    P _Макс. = 76,3 фунтов на квадратный дюйм

    Паровой молот

    Паровой молот аналогичен гидравлическому молоту, за исключением того, что он предназначен для паровой системы. Паровой удар представляет собой газовую ударную волну, возникающую в результате внезапного запуска или остановки потока. Паровой удар не так серьезен, как гидравлический, по трем причинам:

    1. Сжимаемость пара гасит ударную волну

    2. Скорость звука в паре составляет примерно одну треть скорости звука в воде.

    3. Плотность пара примерно в 1600 раз меньше плотности воды.

    Проблемы, связанные с паропроводом, связаны с тепловым ударом и водяными пробками (т. е. конденсацией в паровой системе) в результате неправильного прогрева.

    Вопросы эксплуатации

    Гидравлический и паровой удары не редкость на промышленных предприятиях. Изменения расхода в трубопроводных системах должны выполняться медленно в соответствии с передовой практикой оператора. Во избежание гидравлического и парового ударов операторы должны обеспечить надлежащий выпуск жидкостных систем и обеспечить надлежащий дренаж газообразных или паровых систем во время запуска. По возможности инициируйте запуск насоса при закрытом нагнетательном клапане и медленно открывайте нагнетательный клапан, чтобы запустить поток в системе. По возможности запускайте насосы меньшей производительности перед насосами большей производительности. По возможности используйте клапаны прогрева вокруг запорных клапанов основного потока. Если возможно, закройте выпускные клапаны насосов перед остановкой насосов. Периодически проверяйте правильность работы влагоуловителей и воздухозаборников во время работы.

    Основные положения этой главы приведены ниже.

    Сочетание жидкости и пара, протекающих по трубе, называется двухфазным потоком.

    Типы двухфазного потока включают:

    • Пузырьковый поток: дисперсия пузырьков пара в континууме жидкости.

    • Снарядное течение: пузырьки растут путем слияния и в конечном итоге становятся того же порядка диаметра, что и трубка, образуя пузырьки пулевидной формы.

    • Кольцевой поток: жидкость распределяется между жидкой пленкой, текущей вверх по стенке, и дисперсией капель, текущих в паровом ядре потока.

    Колебания и нестабильность основного потока могут вызвать:

    • нежелательную механическую вибрацию компонентов.

    • уменьшение теплового потока, необходимое для возникновения DNB.

    • перебои в реальном циркуляционном потоке.

    Колебания и нестабильность потока могут возникать при следующих условиях:

    • активная зона не соответствует проектным условиям, мощность > 150 %

    • механическое повреждение, вызывающее блокировку потока

    • недостаточное охлаждение активной зоны при естественной циркуляции , так что происходит кипение

    Вздутие трубы – это смещение трубопровода, вызванное силами реакции высокоскоростной струи жидкости после разрыва трубы.

    Гидравлический удар представляет собой ударную волну жидкости, возникающую в результате внезапного запуска или остановки потока.

    Преобразование энергии в центробежном насосе

    Жидкость, поступающая в центробежный насос, сразу же направляется в область низкого давления в центре или в глазу рабочего колеса. Когда крыльчатка и лопасти вращаются, они передают импульс поступающей жидкости. Передача импульса движущейся жидкости увеличивает скорость жидкости. С увеличением скорости жидкости увеличивается ее кинетическая энергия. Жидкость с высокой кинетической энергией вытесняется из зоны рабочего колеса и поступает в улитку.

    Улитка представляет собой область с постоянно увеличивающейся площадью поперечного сечения, предназначенную для преобразования кинетической энергии жидкости в давление жидкости. Механизм этого преобразования энергии такой же, как и при дозвуковом течении через расширяющуюся часть сопла. Математический анализ течения через улитку основан на общем уравнении энергии, уравнении неразрывности и уравнении, связывающем внутренние свойства системы. Ключевыми параметрами, влияющими на преобразование энергии, являются расширяющаяся площадь поперечного сечения улитки, более высокое противодавление в системе на выходе из улитки и несжимаемый дозвуковой поток жидкости. В результате взаимозависимости этих параметров течение жидкости в улитке, подобно дозвуковому течению в расширяющемся сопле, испытывает уменьшение скорости и увеличение давления.

    Рабочие характеристики центробежного насоса

    Рис. 7: Типичная кривая характеристик центробежного насоса

    Обычно центробежный насос обеспечивает относительно небольшое повышение давления жидкости. Это увеличение давления может составлять от нескольких десятков до нескольких сотен фунтов на квадратный дюйм в центробежном насосе с одноступенчатым рабочим колесом. Термин PSID (перепад силы на квадратный дюйм) эквивалентен ∆P. В данном контексте это разница давлений между всасыванием и нагнетанием насоса. PSID также можно использовать для описания перепада давления на компоненте системы (сетчатые фильтры, теплообменники, клапаны, деминерализаторы и т. д.). Когда центробежный насос работает с постоянной скоростью, увеличение противодавления системы на текущий поток вызывает уменьшение величины объемного расхода, который может поддерживать центробежный насос.

    Анализ взаимосвязи между объемным расходом ( ), который может поддерживать центробежный насос V˙, и перепадом давления на насосе (∆Pнасоса) основан на различных физических характеристиках насоса и жидкости в системе. Переменные, оцениваемые инженерами-конструкторами для определения этой взаимосвязи, включают эффективность насоса, мощность, подаваемую на насос, скорость вращения, диаметр рабочего колеса и лопастей, плотность и вязкость жидкости. Результат такого сложного анализа для типичного центробежного насоса, работающего с одной конкретной скоростью, показан на графике на рис. 7.9.0040

    Напор насоса по вертикальной оси представляет собой разницу между противодавлением в системе и давлением на входе в насос (∆Ppump). Объемный расход (V) по горизонтальной оси представляет собой скорость, с которой жидкость проходит через насос. График предполагает одну конкретную скорость (N) для рабочего колеса насоса.

    Кавитация

    Когда перекачиваемая жидкость попадает в отверстие центробежного насоса, давление значительно снижается. Чем больше скорость потока через насос, тем больше это падение давления. Если перепад давления достаточно велик или если температура жидкости достаточно высока, перепад давления может быть достаточным для того, чтобы жидкость испарилась, когда локальное давление падает ниже давления насыщения для перекачиваемой жидкости. Эти пузырьки пара увлекаются жидкостью вдоль крыльчатки насоса. По мере уменьшения скорости потока давление жидкости увеличивается. Это приводит к тому, что пузырьки пара внезапно схлопываются на внешних частях крыльчатки. Образование этих пузырьков пара и их последующее схлопывание и есть кавитация.

    Кавитация может быть очень серьезной проблемой для центробежных насосов. Некоторые насосы могут быть рассчитаны на работу с ограниченным уровнем кавитации. Большинство центробежных насосов не могут выдерживать кавитацию в течение значительных периодов времени; они повреждены эрозией крыльчатки, вибрацией или какой-либо другой проблемой, вызванной кавитацией.

    Чистый кавитационный запас

    Во время работы насоса можно исключить кавитацию, контролируя чистый кавитационный запас насоса. Чистый положительный напор на всасывании (NPSH) для насоса представляет собой разницу между давлением всасывания и давлением насыщения перекачиваемой жидкости. NPSH используется для измерения того, насколько жидкость близка к условиям насыщения. Уравнение 3-19может использоваться для расчета чистого положительного напора на всасывании, доступного для насоса. Единицами NPSH являются футы водяного столба.

    NPSH = P

    _{Всасывание} -стр. доступный NPSH на уровне больше, чем NPSH, требуемый производителем насоса, можно избежать кавитации.

    Законы о насосах

    Центробежные насосы обычно подчиняются так называемым законам о насосах. Эти законы гласят, что расход или производительность прямо пропорциональны скорости насоса; напор нагнетания прямо пропорционален квадрату скорости насоса; а мощность, необходимая двигателю насоса, прямо пропорциональна кубу скорости насоса. Эти законы резюмируются в следующих уравнениях.

    V˙ ∝ n            (3-20)

    H

    _P  ∝ n ²            (3-21)

    P ∝ n

    ³               (3-22)

    где:

    n = частота вращения рабочего колеса насоса (об/мин)

    V = объемный расход насоса фут3 /ч/ч или

    H _p = напор, развиваемый насосом (psi или футы)

    p = мощность насоса (кВт)

    Используя эти пропорции, можно составить уравнения, связывающие условия при одной скорости с условиями при другой скорости.

    V˙

    ₁  (n ₂ /n ₁ ) = V ₂ (3-23)

    H

    _P1 (N ₂ /N ₁ ) ² = H _P2 (3-24)

    = H

    _P2 (3-24)

    981.

    ₂ /n ₁ ) ³ = P ₂              (3-25)

    Пример. Его расход составляет 400 галлонов в минуту при напоре 48 футов. Мощность насоса составляет 45 кВт. Определите расход насоса, напор и требования к мощности, если скорость насоса увеличивается до 3600 об/мин.

    Решение:

    Скорость потока

    V˙ ₂ = V˙ ₁ (N ₂ /N ₁ )

    = (400 ГП) (3600 /18004333 гг. gpm

    Head

    H _p2 = H _p1 (n ₂ /n ₁ ) ²

     = 48 ft (3600 rpm/ 1800 rpm) ²

     = 192 ft

    Мощность

      P ₂ = P ₁ (n ₂ /n ₁ ) ³

    = 45 кВт (3600 об/мин/1800 об/мин) ³

    = 360 кВт

    на основе кривой его исходной скорости. Техника заключается в том, чтобы взять несколько точек на исходной кривой и применить законы насоса для определения нового напора и расхода при новой скорости. Кривая зависимости напора насоса от скорости потока, полученная в результате изменения скорости насоса, графически представлена ​​на рис. 8.

    Характеристическая кривая системы

    Рисунок 9: Типичная кривая потери напора в системе

    В главе о потерях напора было определено, что как потери на трение, так и незначительные потери в трубопроводных системах пропорциональны квадрату скорости потока. Поскольку скорость потока прямо пропорциональна объемному расходу, потери напора в системе должны быть прямо пропорциональны квадрату объемного расхода. Из этой зависимости можно построить кривую зависимости потери напора системы от объемного расхода. Кривая потери напора для типичной системы трубопроводов имеет форму параболы, как показано на рисунке 9..

    Рабочая точка системы

    Рисунок 10: Рабочая точка центробежного насоса

    Точка, в которой насос работает в данной системе трубопроводов, зависит от скорости потока и потери напора в этой системе. Для данной системы объемный расход сравнивается с потерями напора системы на характеристической кривой системы. Построив кривую характеристики системы и кривую характеристики насоса в одной и той же системе координат, можно определить точку, в которой должен работать насос. Например, на рисунке 10 рабочая точка центробежного насоса в исходной системе обозначена пересечением кривой насоса и кривой системы (h _Ло ).

    Расход в системе равен V˙ ₀ , а общая потеря напора в системе равна ∆P ₀ . Для поддержания расхода V˙ ₀ напор насоса должен быть равен ∆P _o . В системе, описываемой системной кривой (h _L1 ), в системе был открыт клапан для уменьшения сопротивления системы потоку. Для этой системы насос поддерживает большой расход (V˙ ₁ ) при меньшем напоре насоса (∆P ₁ ).

    Система Использование нескольких центробежных насосов

    Типичный центробежный насос имеет относительно небольшое количество движущихся частей и может быть легко адаптирован к различным первичным двигателям. Эти первичные двигатели включают электродвигатели переменного и постоянного тока, дизельные двигатели, паровые турбины и воздушные двигатели. Центробежные насосы обычно имеют небольшие размеры и обычно могут быть построены по относительно низкой цене. Кроме того, центробежные насосы обеспечивают высокий объемный расход при относительно низком давлении.

    Для увеличения объемного расхода в системе или для компенсации больших гидравлических сопротивлений центробежные насосы часто используются параллельно или последовательно. На рис. 11 показаны два идентичных центробежных насоса, работающих параллельно с одинаковой скоростью.

    Рисунок 11: Кривая характеристик насоса для двух идентичных центробежных насосов, используемых параллельно

    Центробежные насосы, подключенные параллельно

    Поскольку вход и выход каждого насоса, показанного на рисунке 11, находятся в одинаковых точках системы, каждый насос должен производить один и тот же насос глава. Однако общий расход в системе является суммой индивидуальных расходов каждого насоса.

    Если кривая характеристики системы рассматривается параллельно с кривой для насосов, рабочая точка на пересечении двух кривых представляет более высокий объемный расход, чем для одного насоса, и большую потерю напора в системе. Как показано на рисунке 12, большая потеря напора в системе происходит при увеличении скорости жидкости в результате увеличения объемного расхода. Из-за большего напора системы объемный расход фактически в два раза меньше, чем при использовании одного насоса.

    Рис. 12: Рабочая точка для двух параллельных центробежных насосов

    Центробежные насосы в серии

    Центробежные насосы используются последовательно, чтобы компенсировать большую потерю напора в системе, чем один насос может компенсировать по отдельности. Как показано на рис. 13, два идентичных центробежных насоса, работающих с одинаковой скоростью и с одинаковым объемным расходом, обеспечивают один и тот же напор насоса. Поскольку вход второго насоса является выходом первого насоса, напор, создаваемый обоими насосами, представляет собой сумму отдельных напоров. Объемный расход от входа первого насоса до выхода второго остается прежним.

    Рис. 13: Кривая характеристик насоса для двух идентичных центробежных насосов, используемых в серии

    Как показано на Рис. 14, последовательное использование двух насосов фактически не удваивает сопротивление потоку в системе. Два насоса обеспечивают адекватный напор для новой системы, а также поддерживают несколько более высокий объемный расход.

    Рис. 14: Рабочая точка для двух центробежных насосов серии

    Основные положения этой главы кратко изложены ниже.

    • Чистый кавитационный запас – это разница между давлением всасывания насоса и давлением насыщения жидкости.

    • Кавитация – это образование и последующее схлопывание пузырьков пара на рабочем колесе насоса, когда локальное давление падает ниже, а затем поднимается выше давления насыщения перекачиваемой жидкости.

    • Законы работы насосов можно использовать для определения влияния изменения скорости центробежного насоса на подачу, напор и мощность.

    V˙ ₁  (n ₂ /n ₁ ) = V˙ ₂
    H _P1 (N ₂ /N ₁ ) ² = H _P2
    P ₁ (N

    2

    P ₁ (N

    2

    P ₁ (N

    2

    ₁ (N

    2

    P

    ₁ (N

    2

    P

    ₁ (N

    2

    P

    ₁ (N

    2

    P

    ₁ (N

    2

    .

    

    Добавить комментарий Отменить ответ

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

    Рубрики

    • Вентиляц
    • Вентиляция
    • Воздуховод
    • Воздуховоды
    • Кондиционер
    • Кондиционеры
    • Нормы
    • Разное
    • Решетк
    • Решетки
    • Система вентиляции
    • Советы
    • Советы по выбору
    • Схема
    • Схемы
    • Фанкойла
    • Чиллер
    Автор: ООО Приоритет-Пермь 2019 © Все права защищены.
    Карта сайта
    ООО Приоритет-ПермьОфициальный сайт

    • Советы по выбору
    • Кондиционеры
    • Вентиляция
    • Воздуховоды
    • Схемы