Основы гидромеханики неоднородных сред
Неоднородная среда как физико-химическая система, состоящая из различных по физическим свойствам фаз. Сплошная и дисперсная фазы. Форма и размеры дисперсных частиц, их распределение по размерам в полидисперсной системе. Структура капиллярно-пористых сред.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 27.01.2014 |
| Размер файла | 293,6 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Основы гидромеханики неоднородных сред
Неоднородная (гетерогенная) среда - физико-химическая система, состоящая из различных по физическим свойствам фаз, разделенных физической поверхностью раздела, на которой скачком меняется одно или несколько свойств среды (плотность, вязкость и т.п.).
Примеры неоднородных сред:
· газовзвеси, аэрозоли, дым, туман;
· суспензии;
· пены, газожидкостные среды;
· эмульсии;
· зернистые;
· капиллярно-пористые тела.
Основные понятия
Понятия сплошной и дисперсной фазы.
Объемная доля i-ой фазы: .
Очевидно, что .
Если принять, что частицы распределены в пространстве случайным образом, то .
Плотность многофазной среды: .
При движении многофазной среды через некоторое сечение dF общий массовый расход можно представить как:
(если в пределах рассматриваемого сечения меняется либо скорость, либо объемная доля фазы, то общий массовый расход равен ).
Пример: В вертикальной трубе диаметром D пневмотранспортируется гранулы полимера. Известны: относительная скорость частиц ("скорость витания") равная U, объемный расходы воздуха Q0 и массовый расход полимера равные G1. Известна также плотность частиц ?1. Определить объемные доли и скорости фаз ?0 и ?1 в трубопроводе.
Решение:
>
, > >
получаем квадратное уравнение относительно v0:
из которого можно найти скорость воздуха.
Квадратное уравнение имеет, как известно два корня. Какое решение правильно?
Из физического смысла.
Например, при F= 0,01 м2, Q0= 0,05 м2/сек; U= 5 м/сек;
G1= 10 кГ/сек; r1=1000 кГ/м3.
Получаем два корня:
v0=7,79 м/сек и v0=3,21 м/сек.
Тогда 1) v1=v0-U=2,79 м/сек; e0=0,64; e1=0,36
2) v1=v0-U=-1,79 м/сек; e0=-1,55; e1=0,55
Очевидно, что физический смысл имеет первый корень.
Форма и размеры дисперсных частиц
Три класса частиц по их форме:
· Изометрические (все три направления соизмеримы)
· Пластинки
· Волокна
Диаметр частицы:
· диаметр Феретта - максимальное расстояние между краями частицы;
· диаметр Мартина - длина линии, делящей площадь проекции частицы пополам;
· эквивалентный диаметр - диаметр шара, имеющего тот же объем, что и частица;
· Стоксовский диаметр - диаметр шара, имеющего ту же скорость осаждения в жидкости (или газе), что и частица.
Удельная поверхность - . Для шара, куба и цилиндра
Распределение частиц по размерам
Распределение частиц по размерам в полидисперсной системе обычно описывают функцией распределения массы материала по размерам частиц D (d) или связанной с ней функцией R (d) Характеристика зернового состава сыпучих материалов с помощью кривых распределения вначале давалась по результатам ситового ана-лиза. Обозначения кривых D и R соответствуют начальным буквам немец-ких терминов «Durchgang» (проход) и «Ruckstand» (остаток)..
Функция D (d) равна выраженному в % отношению массы всех частиц, размер которых меньше d, к общей массе частиц. Функция D (d) равна выраженному в % отношению массы всех частиц, размер которых больше d, к общей массе частиц Наряду с функциями распределения массы частиц от их размеров используют в ряде случаев функции распределения массы частиц от их скорости витания или скорости осаждения..
Очевидно, выполняются соотношения
D (d) +R (d) =100%;
D (dmin) =0;
D (dmax) =100%;
R (dmin) =100%;
R (dmax) =0;
где dmin и dmax - наименьший и наибольший размеры частиц,
встречающихся в данном материале.
Графически функции распределения изображаются в виде кривых распределения. Общин вид этих кривых представлен на рис 1. В силу того, что D (d) +R (d) =100%, кривые пересекаются в точке, где D (d) =R (d) =50%.
Рис. 1. Кривые распределения Рис. 2. Кривая плотности
D (d) и R (d). распределения f (d)
Функция f (d), называется функцией плотности распределения массы материала по размерам частиц или дифференциальной функцией распределения. Функция f (d) дает наглядное представление о дисперсном составе материала и позволяет легко найти средний размер частиц.
и
Функция f (d) дает наглядное представление о дисперсном составе материала и позволяет легко найти средний размер частиц.
или
Обычно функции распределения определяются опытным путем и представлены в графическом виде или в виде гистограмм. Тогда:
или
Математические аппроксимации функций распределения
В редких случаях, процесс диспергирования (образования частиц дисперсной фазы) определяются независимыми и случайными факторами, дисперсный состав подчиняется закону Гаусса:
и ,
где s - среднеквадратичное отклонение.
Для частиц, получаемых механическим измельчением (порошки, пыли, аэрозоли), используется нормально-логарифмическая функция распределения:
,
Для порошков, получаемых в барабанных мельницах, используется формула Розина-Раммлера:
.
Структура капиллярно-пористых сред
Твердая фаза - скелет или каркас теля; пустоты - пространство пор.
Объемная доля пустот е называется пористостью; поверхность пор, отнесенная к единице объема или к единице массы - удельной поверхностью SV или SM.
Если пористое тело состоит из частиц с удельной поверхностью S=6/?, то
и .
Если поры незамкнутые, т. е пустоты тела образуют проточную систему, то можно найти гидравлический диаметр каналов:
.
КАПИЛЛЯРНЫЕ пористые тела - пространство пор образовано системой каналов сложной формы.
КОРПУСКУЛЯРНЫЕ пористые тела - поры образованы пустотами между частицами, образующими скелет тела.
Объемная доля пустот e определяется формой частиц, структурой упаковки, распределением частиц по размерам:
для кубической упаковки шаров одинакового размера e=0,4764.
самая плотная упаковка одинаковых шаров - по вершинам тетраэдров ?=0,2495
в случайных упаковках e=0,44 - 0,36.
если частицы сложной формы, например с пустотами e=0,44 - 0,36.
в поролоне может достигать e=0,97.
в полидисперсных системах мелкие частицы могут занимать места между крупными: e=0,44 - 0,036.
Обычно для случайных засыпок изометрических частиц принимают e=0,4 - 0,45
неоднородная среда дисперсная частица
Экспериментальный анализ дисперсных свойств неоднородных сред
1. Визуальные методы
2. Ситовой анализ
3. Седиментационные методы
4. Гидроаэродинамические методы
5. Фильтрационные методы
6. Методы капиллярной пропитки
7. Адсорбционные методы.
Микроскопический анализ
Оценка размеров частиц с помощью микроскопа производится следующими способами:
1) замером наибольшего размера каждой частицы;
2) измерением каждой частицы в одном и том же направлении, т.е. определением линейной проекции частиц на некоторую общую ось;
3) определением "диаметра Мартина" - длины линии, ограниченной контуром профиля и делящей примерно пополам площадь профиля; линия может быть проведена в любом направлении, но должна быть идентично ориентирована при измерении всех профилей;
4) вычислением диаметра круга, имеющего площадь, эквивалентную проектируемой на прозрачную подложку площади частицы (так называемый проектированный диаметр);
5) вычислением среднего размера по полусумме длины и ширины частицы.
Для достоверности получаемых результатов необходимо представительное минимальное число подсчитанных пылевых частиц. Необходимо измерить 300-500 частиц в тех случаях, когда они не резко различаются по размерам и 1000-2000 при значительных колебаниях размеров.
Ситовой анализ
1) Для проволочных сит:
Пусть a - диаметр проволоки, d - размер ячейки, d - размер частицы, h - толщина слоя на сите; тогда вероятность проваливания частицы через сито можно выразить как
.
2) Для перфорированных сит:
,
где f - проходное сечение,
После n подбрасываний эффективность рассева (отношение массы частиц размером d, прошедших через сито за время t, к массе частиц размером d, содержащихся в исходном материале):
.
Седиментационные методы
Скорость осаждения частицы в ламинарном режиме:
Варианты седиментационных приборов:
а) Метод накопления осадка.
б) Поплавковый метод
в) Измерение гидростатического давления столба суспензии.
Фильтрационные методы
Наиболее распространен метод ламинарной фильтрации, в котором в качестве основного уравнения, описывающего одномерную фильтрацию, используется формула Козени-Кармана:
,
где z - коэффициент извилистости, равный z=DL/Dx.
Для анизотропных капиллярно-пористых сред , где c=1,57ч2,0.
Например, для плотной упаковки изометрических частиц e=0,43 и z?1,5
Для несжимаемой жидкости получается:
и
,
а .
Для газов, если давления на входе и выходе из фильтрующего слоя значительно различаются, с учетом сжимаемости газа
.
Условие применимости уравнения Козени-Кармана:
- условие ламинарности течения.
Метод диффузии разреженного газа:
Число Кнудсена , где .
Здесь dM - диаметр молекул, dM ?3·10-10м, Na - число Авогадро = 6,02·10-23 моль-1
Например, для воздуха при нормальных условиях l=1·10-7.
Методы капиллярной пропитки
Капиллярное давление .
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Процесс тепломассопереноса во влажных капиллярно-пористых телах. Методика расчета капиллярных давлений и вызванных внутренних напряжений. Характеристики и параметры тепломассопереноса. Модели дисперсных сред. Влагосодержание и плотность твердого вещества.
контрольная работа [31,7 K], добавлен 16.05.2012Явление перемещения жидкости в пористых телах под действием электрического поля. Электрокинетические явления в дисперсных системах. Уравнение Гельмгольца–Смолуховского для электроосмоса. Движение частиц дисперсной фазы в постоянном электрическом поле.
реферат [206,2 K], добавлен 10.05.2009Уравнения механики сплошных сред для затвердевающих и растущих тел. Реологические соотношения затвердевающих линейных вязкоупругих сред. Исследование цилиндрического стеклометаллокомпозита. Осесимметричное состояние затвердевающих сред, задача Ламе.
дипломная работа [594,3 K], добавлен 26.07.2011Аспекты науки, влияющие на звук при перемещении среды, источника, приемника звуковых колебаний. Приборы, созданные на основе эффекта Доплера, аэродинамики и их спользование в наше время. Ученые, которые повлияли на развитие акустики движущихся сред.
реферат [397,3 K], добавлен 20.12.2010Проточная цитометрия как метод исследования дисперсных сред в режиме поштучного анализа элементов дисперсной фазы по сигналам светорассеяния и флуоресценции. Параметры клеток, регистрация флуоресценции. Неспецифическое связывание антител, гейтирование.
реферат [547,0 K], добавлен 10.06.2015Глобулярное состояние макромолекул. Рассмотрение структуры дисперсных сред (эмульсий и микроэмульсий) и поверхностной пленки, образованной низкомолекулярным адсорбентом. Способы расчета свободной энергии поверхности. Модель амфифильной макромолекулы.
курсовая работа [2,7 M], добавлен 28.10.2012Динамические эффекты в различных средах. Колебания системы сред. Колебания жидкого слоя с покрытием под действием установившихся гармонических колебаний. Состояние идеальной жидкости с упругим покрытием. Двумерное и обратное преобразование Фурье.
дипломная работа [546,5 K], добавлен 09.10.2013Исследование пятиэлементной механической модели демпфирующего устройства, образованной в виде параллельного соединения сред Фойхта и Джеффриса. Анализ простейших моделей сред, используемых при описании колебательных процессов. Расчёт затухающих колебаний.
дипломная работа [1,7 M], добавлен 05.11.2011Расчет параметров теплообменивающихся сред по участкам. Обзор основных параметров змеевиковой поверхности. Выбор материалов, конструктивных размеров. Распределение трубок по слоям навивки. Определение параметров кипящей среды и коэффициентов теплоотдачи.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 16.08.2012Природа отрицательного преломления света: исторические заметки. Уравнения Максвелла и пространственная дисперсия, изотропная среда. Поляритоны с отрицательной групповой скоростью, магнитная восприимчивость на оптических частотах, интересные эффекты.
курсовая работа [399,6 K], добавлен 18.09.2009Вывод первого начала термодинамики через энергию. Уравнение состояния идеального газа, уравнение Менделеева-Клапейрона. Определение термодинамического потенциала. Свободная энергия Гельмгольца. Термодинамика сплошных сред. Тепловые свойства среды.
практическая работа [248,7 K], добавлен 30.05.2013Взаимодействие заряженных частиц и со средой. Детектирование. Определение граничной энергии бета-спектра методом поглощения. Взаимодействие заряженных частиц со средой. Пробег заряженных частиц в веществе. Ядерное взаимодействие. Тормозное излучение.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 06.02.2008Измерение давления и температуры различных сред, области его применения. Разработка функциональной схемы автоматического контроля и управления паровым котлом. Обоснование выбора приборов и аппаратуры. Описание правил монтажа дифманометра и диафрагмы.
курсовая работа [2,5 M], добавлен 30.12.2014Классификация, основные характеристики и методы разделения неоднородных систем. Их роль в химической технологии. Основные параметры процесса разделения жидких неоднородных систем. Осаждение в поле действия сил тяжести и под действием центробежных сил.
контрольная работа [404,8 K], добавлен 23.06.2011Определение напряжений на координатных площадках. Определение основных направляющих косинусов новых осей в старой системе координат. Вычисление нормальных и главных касательных напряжений. Построение треугольника напряжений. Построение диаграмм Мора.
контрольная работа [1,7 M], добавлен 11.08.2015Характеристика оптически анизотропных сред, их признаки и структура. Двойное лучепреломление. Методика получения поляризованного света и явление его интерференции. Факторы и условия, влияющие на протекание данных процессов, их значение и обоснование.
презентация [240,5 K], добавлен 17.01.2014Магнитная жидкость как коллоидная система магнитных частиц и ее физико-химические свойства. Статистические магнитные свойства МЖ. Физические основы метода светорассеяния. Методика проведения экспериментов по светорассеянию. Коэффициент деполяризации.
дипломная работа [740,7 K], добавлен 20.03.2007Экологические проблемы и влияние жизнедеятельности человека на атмосферу и гидросферу Земли. Дисперсные системы. Атмосферные аэрозоли, классификация и размер. Характеристика частиц дисперсной фазы. Газокинетические процессы в дисперсной системе.
дипломная работа [939,8 K], добавлен 12.10.2008Краткая характеристика подогревателя турбины К-1000–60/3000, ее структура и основные элементы, принцип работы и назначение. Схема движения сред. Определение тепловых нагрузок в ОП, СП, ОК. Тепловой расчёт собственно подогревателя и охладителя конденсата.
курсовая работа [159,8 K], добавлен 02.07.2011Изучение понятия неоднородности плазмы. Определение напряженности поля, необходимой для поддержания стационарной плазмы. Кинетика распыления активных частиц ионной бомбардировкой. Взаимодействие ионов с поверхностью. Гетерогенные химические реакции.
презентация [723,6 K], добавлен 02.10.2013
