Techniki Rozdzielania

Transkrypt

1 Tchniki Rozzilania -- powtórzni wybranych zasa inżynirii procsowj prof. M. Kaioski sstr ziowy

2 Przpływ płyn w rrociągach / warstwach porowatych -- opory przpływ / ysprsja asy -- w części przyponini, w części nowy atriał Prawo Nwtona a opór przpływ / profil przpływ płyn - w rrociągach (przwoach rrowych) - w warstwach porowatych (ziarnistych / onolitycznych / pakitowych) -- w zalżności o - warnków przpływ / charaktrystyki powirzchni / zwilżanj, - charaktrystyki profil przpszczalności wypłninia porowatgo Prawo Poisill a - la kapilar / warstw porowatych rch lainarny Równani D Arcy Wisbacha ogólny opis oporów przpływ w przwoach rrowych / kapilarach aparatry analitycznj Równania va ogólny opis oporów przpływ w warstwach porowatych Prawo Pascala ni zapoina!

3 Niktór wilkości procsow i ich wyiary Natężni objętościow Strio objętościowy (prękoś liniowa) Natężni asow Strio asowy Natężni olow Strio olowy w V V V s 3 vv S s 3 kg s M W W w w s kg A s N ol s N W N ol n WA A s A

4 CIECZE RZECZYWISTE - EPKIE - PRAWO EPKOŚCI NEWTONA - F/S = -η /x Wktor naprężnia ścinającgo trących się o sibi wzajni warstwk lpkigo płyn - F/S (ciczy, gaz, płyn nakrytyczngo), jst proporcjonalny o graint prękości liniowj płyn - /x - i jst przciwni skirowany (stą - ), a współczynniki proporcjonalności (η ) jst właściwością płyn, nazwaną lpkością ynaiczną, albo współczynniki lpkości ynaicznj, opisjący tarci wwnętrzn w przstrzni płyn. Płyny spłniając to prawo noszą nazwę płynów nwtonowskich. T, któr ni spłniają ni-nwtonowskich.

5 pkość - tarci wwnętrzn płyn Płaszczyzna rchoa F F A y y Płaszczyzna nirchoa x F A y. γ Równani Nwtona - naprężni styczn, N/ = Pa - szybkość ścinania, s -1 - współczynnik proporcjonalności nazywany współczynniki lpkości ynaicznj (lpkość ynaiczna)

6 - współczynnik lpkości ynaicznj Jnostka lpkości ynaicznj w kłazi SI: [kg / s]=[ Pa s ] Inn jnostki : P (paz) cp (cntipaz) pkość woy i powitrza w 0 C: HO 1 cp, pow cp 1 cp= 1Pa s/1000 = 1 Pa s - współczynnik lpkości kinatycznj (lpkoś kinatyczna) Miano w kłazi SI [ /s] St - stoks 1 St = 1 c /s

7 Poiary lpkości kinatycznj charaktryzją się wyższą okłanością i prcyzją o poiarów lpkości ynaicznj W przypak wykorzystywania wyników baao lpkości w warnkach wysokich prękości ścinania w płyni (wysokich R) nalży korzysta tylko z lpkości ynaicznj! pkościoirz Hoplra jna z to poiar lpkości ynaicznj płynów najprostsza i najtaosza - zasaa poiar Niktór inn toy poiar lpkości ynaicznj / kinatycznj : - Brookfila - ynaiczna - Ubhloa - kinatyczna - Cannon Fnsky - kinatyczna -

8 PROFI PRZEPŁYWU PŁYNU / OPORY PRZEPŁYWU w PRZEWODACH (RUROCIĄGACH) / WARSTWACH POROWATYCH A rch lainarny (warstwiony) B rch brzliwy (wirowy) R<300 R>3000 (10 000) W warnkach przysłowych ąży się z zasay o trzyywania warnków przpływ brzliwgo w rrociągach / aparatach oprócz koln z ikro-ziarnistyi wypłniniai. W warnkach laboratoryjnych, szczgólni poczas przpływ ciczy z powo wzglęni wysokich lpkości oraz niskich wartości śrnic przwoów rrowych zyskiwani warnków rch brzliwgo ciczy w przwoach rrowych - ni jst najczęścij ożliw. W przypak przpływ gaz w przwoach rrowych laboratoryjnych kłaów raktorowych rch gaz a najczęścij charaktr słabo brzliwy. W warstwach porowatych tak, w warnkach przysłowych ( procsowych, tchnicznych ), jak i laboratoryjnych, rch płyn (gaz / ciczy / płyn nakrytyczngo) w przstrzni ięzyziarnowj tych obiktów a prawi z rgły charaktr lainarny (warstwiony)

9 Opis warnków lainarngo (warstwiongo) (R<300) / brzliwgo (wirowgo) (R>3000) przpływ płyn lpkigo w przwoach rrowych / kanałach Profil przpływ Równania opisjąc profil przpływ płyn w przwoach rrowych ożna wyprowazi zrównao różniczkowych Paraboloia obrotowa Profil zirza o równoirngo (tłokowgo) W iarę wzrost wartości liczby Rynolsa

10 Opory przpływ w przwoach (rrociągach) -- Okrślani spak ciśninia poczas przpływ płyn P 3 3 h P 1 1, P P 0 0 h 1 przkrój 0 - la zwirciała ciczy w olny zbiornik przkrój 1 - prz popą przkrój - za popą przkrój 3 - la zwirciała ciczy w górny zbiornik

11 Zasay analizy wyiarowj Wyznaczani strat ciśninia płyn w oparci o analizę wyiarową P f,,,, - śrnica przwo, - łgość przwo, na którj nastąpił spak ciśninia płyn, - śrnia liniowa prękość przpływ płyn, /s - gęstość płyn, kg/ 3 - lpkość ynaiczna płyn, Pas

12 c b a A P c b a s kg kg s A s kg 3 poszkiwaną zalżność przstawia się w postaci iloczyn potęg postawowych wyiarów fizycznych kła iar (SI) wszystki sybol nalży rozić jako wyiary fizyczn a ni wilkości procsow Zasay analizy wyiarowj,,,, P f

13 3 s kg A : s kg kg s A s kg c b a s kg s kg kg s A c c b a przy przy s przy kg c b a c c b a 0 b a b a Zasay analizy wyiarowj

14 D D A P b : A P b, f P c b a A P b b A P 1 0 b a b a c 1 Zasay analizy wyiarowj

15 PODOBIEŃSTWO GEOMETRYCZNE / FIZYCZNE Przpływ płyn lpkigo (η) w różnych kłaach po ziałani różnicy ciśniń ΔP E P P f, Poobiństwo gotryczn - siplks gotryczny iczba krytrialna Elra - poobiństwo hyroynaiczn w zakrsi : -- stosnk sił ciśninia (Δp wyraża różnicę ciśniń w wóch owolnych pnktach strinia) o sił bzwłaności (ciśnini ynaiczn opowiaając nrgii kintycznj jnostki objętości płyn), czyli okrśla R iczba krytrialna Rynolsa, poobiństwo hyroynaiczn w zakrsi : -- stosnk sił bzwłaności o sił lpkości (tarcia wwnętrzngo) i okrśla poobiństwo hyroynaiczn w przypak przpływ płyn rzczywistgo przz przwoy / warstwy porowat / kolny / raktory / wyinniki cipła /

16 Zasay analizy wyiarowj iczba Rynolsa - opisj charaktr przpływ płyn -- stosnk sił bzwłaności o sił lpkości -- R la R 100 rch lainarny (lpki, warstwiony) la 3000 <R 100 rch przjściowy la R 3000 rch brzliwy (trblntny, wirowy) iczba Elra - opisj charaktr przpływ płyn -- stosnk sił ciśninia o sił bzwłaności E = P/ρ

17 Współczynnik opor Przpływ lainarny w przwoach rrowych / kapilarach P P f, R 64 R 64 P 64 3 P Równani Poisill a

18 Współczynnik opor Przpływ lainarny w przwoach rrowych / kapilarach iczba Rynolsa f R, Chropowatoś ścianki (poijalna w warnkach przpływ lainarngo, (ważna w przypak rch brzliwgo) Przpływ lainarny - szorstkość wwnętrznych ścian ni ogrywa roli i zalżność na bzwyiarowy współczynnik opor przyjj postać: R100 a R Wartość paratr a: 64 la przkrojów kołowych 57 la przkrojów kwaratowych 96 la przkrojów pirściniowych ( rra w rrz )

19 Współczynnik opor Przpływ brzliwy (wirowy) w przwoach rrowych / kapilarach R 3000 P f R f R, f R - bzwyiarowy współczynnik oporów jst fnkcją liczby Rynolsa i szorstkości rry P P H 1 g,pa, Równani Darcy - Wisbacha

20 Współczynnik opor Wyznaczani współczynnika opor : Przpływ brzliwy a f R, a, b, n stał, charaktrystyczn la różnych zakrsów liczb Rynolsa R b R n 0, 3164 R 0, 5 Wzór Blasisa R R 3, , 16 R 0, 003 0, 16 0, 1 R 0, 37 Wzór Gnrax Wzór Nikraas

21 Współczynnik opor

22 Opory lokaln Spak ciśninia płyn na oporach lokalnych - ziany przkroj (nagł zwężni lb rozszrzni przkroj), ziany kirnk przpływ (np. kolanka), lnty aparatry i aratry iszczon w roz przpływ (zawory, krki, zaswy, przpływoirz it.) - jst są oporów trasy przpływ (tr) - sago rrociąg oraz tychż oporów lokalnych (ol) P P tr P ol

23 1 P P p g h p g h Opory lokaln

24 1. Opory lokaln Spak ciśninia płyn na oporach lokalnych n łgoś zastępcza przwo prostgo, na który to ocink spak ciśninia płyn jst taki sa jak na any oporz lokalny, Pol n

25 g D D H, H g g p h g g p h Opory lokaln

26 . Opory lokaln Spak ciśninia płyn na oporach lokalnych P współczynnik opor lokalngo, charaktrystyczny la ango opor lokalngo, - ol i Rozaj opor Współczynnik ξ Współczynnik n wlot 0,5 5 wylot 1 50 nagł rozszrzni przwo (A 1 / A pol przkroj węższj /szrszj części) A1 1 A kolanko 90 o 0,7 35 kolanko 45 o 0,3 15 zawór 3, 150 zaswa 0,15 7 krk o pobirania prób

27

28

29 Wypłninia pakitow

30 Opór przpływ w warstwach porowatych -- równani v a ε porowatoś ięzyziarnowa wypłninia P 3 ϕ czynnik kształt wypłninia stosnk R powirzchni wypłninia o powirzchni kli o tj saj objętości, jak lnt wypłninia lg ( ) K współczynnik opor przpływ p c z --- wilkość ziarn ( p, z ) w R - la przpływ płyn w warstwach porowatych (!!!) R = p ρ / η liniowa prękość przpływ płyn w warstwi porowatj, obliczana la pstj zastępcza śrnica wypłninia o okrślonj gotrii p śrnia śrnica wypłninia ziarnistgo o ziarnach klistych / nirglarnych z śrnica zastępcza wypłninia ziarnistgo

31 Opór przpływ płyn w warstwach porowatych -- równani Blak Kozny wyłączni la ziarnistych warstw porowatych i przpływ lainarngo (R<1) R = U o p ρ / η gzi : ΔP opór przpływ (spak ciśninia na warstwi porowatj) *Pa+ U o prękoś przpływ ciczy w przstrzni ięzy-ziarnowj [/s] ε porowatoś ięzy-ziarnowa wypłninia kolny *1+ = c łgoś warstwy porowatj *+ ρ gęstoś płyn *kg/ 3 ]

32 Jśli wartość porowatości (ięzyziarnowj) wypłninia ni zinia się po wpływ ciśninia oziałjącgo na wloci płyn o warstwy wypłninia, wypłnini nazyway niściśliwy. W przciwny razi - ściśliwy Wypłnini niściśliw / ściśliw P 400 R 1 3 Zrkowana przpszczalność koln Φ = (p) /K, obliczona na postawi przpszczalności K ; K = c η / ΔP, powinna wynosić ok o ok. 750 o Poniżj 750 złoż kolny oż być nistabiln (nitrwał) kolna zbyt lźno wypłniona; Powyżj 1500 ninatralny opór.

33

34 Przykła opracji absorpcji oparów w ciczy

35 Przciwprąowy przpływ wfazowy w kolnach przz warstwy z wypłnini

36