Στοιχεία Μηχανολογικού Εξοπλισμού

Transcript

1 Στοιχεία Μηχανολογικού Εξοπλισμού Σκοπός Η γνωριμία και η εξοικείωση των φοιτητών με τον μηχανολογικό εξοπλισμό (σωληνώσεις, αντλίες, ανεμιστήρες, συμπιεστές, μετρητικά όργανα) που χρησιμοποιείται στη χημική βιομηχανία, καθώς και με τη διαδικασία επιλογής, την εγκατάσταση και τη λειτουργία του εξοπλισμού αυτού. Περιλαμβάνει τη θεωρητική μελέτη και τους αναγκαίους υπολογισμούς, με έμφαση στην εφαρμογή της θεωρίας στην πράξη, για το σχεδιασμό, την κατασκευή και την αποδοτική λειτουργία ενός συστήματος διακίνησης ρευστών σε μία χημική βιομηχανία.

2 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ Ρευστά: Ιδιότητες, είδη ρευστών, υδροστατική πίεση, εξίσωση συνέχειας, Εξίσωση Bernoulli (άτριβη ροή) Διακίνηση υγρών: Ροή σε αγωγούς - Είδη αγωγών -τραχύτητα επιφανειών - Εξαρτήματα -Βαλβίδες Άτριβη ροή: Στατική, υψομετρική και δυναμική πίεση - Σωλήνες στατικής πίεσης, Pitot και Prandtl - Γραμμή ενέργειας και υδραυλική γραμμή άτριβης ροής. Τριβώδης ή ιξώδης ροή: Κύριες απώλειες ενέργειας ροής σε αγωγούς κυκλικής διατομής: Νόμος Darcy-Weisbach -συντελεστής τριβής και διαγράμματα Moody, Karman - Δευτερεύουσες απώλειες ενέργειας ροής: μέθοδος συντελεστών απωλειών και μέθοδος ισοδύναμων μηκών -ροή σε αγωγούς μη κυκλικής διατομής. Γραμμή ενέργειας και υδραυλική γραμμή ιξώδους ροής -το φαινόμενο της σπηλαίωσης - ενεργειακή ανάλυση απλών σωληνώσεων και υδραυλικών δικτύων.

3 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ Αντλίες: Δυναμικές αντλίες -αντλίες θετικής εκτόπισης -Χαρακτηριστικά μεγέθη αντλητικής εγκατάστασης - Διαθέσιμο και απαιτούμενο καθαρό ύψος θετικής αναρρόφησης -Φυγοκεντρικές αντλίες - Χαρακτηριστικές καμπύλες αντλίας -Σημείο λειτουργίας αντλίας -Σύνδεση αντλιών. Ειδική ταχύτητα αντλίας -Διαστατική ανάλυση δυναμικών αντλιών -Κανόνες ομοιότητας - Επιλογή είδους και τύπου αντλίας - Παράγοντες που επηρεάζουν την επιλογή αντλιών -Διαγράμματα επιλογής αντλιών. Συμπιεστές: Εμβολοφόροι αεροσυμπιεστές: Μονοβάθμιοι-Πολυβάθμιοι, Περιστροφικοί αεροσυμπιεστές.

4 Στοιχεία Μηχανολογικού Εξοπλισμού ΣΥΓΓΡΑΜΑΤΑ Α. Παπαϊωάννου, «Μηχανολογικός Εξοπλισμός Βιομηχανικών Διεργασιών» ΤΕΛΙΚΗ ΥΠΟΧΡΕΩΤΙΚΗ ΕΞΕΤΑΣΗ Όλοι οι φοιτητές έχουν την υποχρέωση να συμμετάσχουν στην τελική γραπτή εξέταση του Φεβρουαρίου. Βαθμολόγηση με βάση το βαθμό της τελικής εξέτασης στον Μηχανολογικό εξοπλισμό (βαρύτητα 60%) και το βαθμό της τελικής εξέτασης στον Ηλεκτρολογικό εξοπλισμό (βαρύτητα 40%).

5 Ιξώδες Νευτωνικά Ρευστά μ= Διατμητική τάση / Ρυθμός διάτμησης

6 Ιξώδες Πλαστικό Bingham Ψευδοπλαστικό υγρό Παχύρρευστο υγρό 3 Λεπτόρρευστο υγρό Διασταλτικό υγρό Αέριο, μικρό ιξώδες

7 Είδη ροών Μόνιμη ροή Όταν σε κάθε σημείο, η ταχύτητα των διαδοχικών σωματιδίων του υγρού δεν μεταβάλλεται με τον χρόνο. Ωστόσο μπορεί να μεταβάλλεται σε διαφορετικά σημεία, δηλαδή σε σχέση με την απόσταση. Αυτό σημαίνει ότι και τα άλλα σημαντικά μεγέθη, δηλαδή η πίεση, η πυκνότητα και η παροχή, δεν μεταβάλλονται με τον χρόνο. Τα περισσότερα προβλήματα του μηχανικού αναφέρονται σε συνθήκες μόνιμης ροής. Για παράδειγμα, τα προβλήματα μεταφοράς υγρών μέσω αγωγών με σταθερό φορτίο, είναι προβλήματα σταθερής ροής. Αυτές οι ροές μπορεί να είναι ομοιόμορφες ή όχι. Ομοιόμορφη ροή συμβαίνει όταν το μέτρο και η διεύθυνση της ταχύτητας (ρυθμός ροής) δεν μεταβάλλονται από σημείο σε σημείο του υγρού. Αυτό συνεπάγεται ότι και άλλα μεγέθη δεν μεταβάλλονται με τη θέση, όπως η πυκνότητα, η πίεση κλπ. Άτριβη ροή (μ=0) Ιδανικά ρευστά Τριβώδης ή ιξώδης ροή (μ 0) Πραγματικά ρευστά

8

9 ΣΤΡΩΤΗ ΡΟΗ - ΤΥΡΒΩΔΗΣ ΡΟΗ

10 Ιξώδεις δυνάμεις

11 Re < 2000 Στρωτή ροή Re > 4000 Τυρβώδης ροή 2000 < Re < 4000 Μεταβατική περιοχή (η ροή μπορεί να είναι είτε στρωτή είτε τυρβώδης, δύσκολο να γίνει αντιληπτό επακριβώς)

12 ΑΡΧΗ ΤΟΥ PASCAL Νόμος υδροστατικής πίεσης Η ΠΙΕΣΗ ΠΟΥ ΑΣΚΕΙΤΑΙ ΣΕ ΕΝΑ ΡΕΥΣΤΟ, ΠΟΥ ΕΙΝΑΙ ΚΛΕΙΣΜΕΝΟ ΣΕ ΕΝΑ ΔΟΧΕΙΟ, ΜΕΤΑΔΙΔΕΤΑΙ ΑΜΕΙΩΤΗ ΣΕ ΚΑΘΕ ΤΜΗΜΑ ΤΟΥ ΡΕΥΣΤΟΥ ΚΑΙ ΣΤΑ ΤΟΙΧΩΜΑΤΑ ΤΟΥ ΔΟΧΕΙΟΥ ΠΟΥ ΤΟ ΠΕΡΙΚΛΕΙΕΙ p p o gh p o h 12

13 Ένας υοειδής σωλήνας γεμίζεται μερικώς με νερό. Στη συνέχεια ρίχνουμε στο αριστερό σκέλος του σωλήνα λάδι το οποίο δεν αναμιγνύεται με το νερό μέχρις ότου η διαχωριστική επιφάνεια νερού και λαδιού βρίσκεται στο μέσο του σωλήνα. Και τα δύο άκρα του σωλήνα είναι ανοικτά. Βρείτε μια σχέση μεταξύ των υψών h λαδιού και h νερού

14 Ένας υοειδής σωλήνας γεμίζεται μερικώς με νερό. Στη συνέχεια ρίχνουμε στο δεξί σκέλος του σωλήνα λάδι το οποίο δεν αναμιγνύεται με το νερό μέχρις ότου η διαχωριστική επιφάνεια νερού και λαδιού βρίσκεται στο μέσο του σωλήνα. Και τα δύο άκρα του σωλήνα είναι ανοικτά. Βρείτε μια σχέση μεταξύ των υψών h λαδιού και h νερού

15

16 ΝΟΜΟΣ ΤΗΣ ΣΥΝΕΧΕΙΑΣ

17 ΝΟΜΟΣ ΤΗΣ ΣΥΝΕΧΕΙΑΣ ΓΙΑ ΑΣΥΜΠΙΕΣΤΗ ΡΟΗ (σταθερή ρ) ΤΟ ΓΙΝΟΜΕΝΟ ΕΙΝΑΙ ΙΣΟ ΠΡΟΣ ΤΟΝ ΡΥΘΜΟ ΡΟΗΣ ΟΓΚΟΥ Ή ΟΠΩΣ ΑΛΛΟΙΩΣ ΛΕΓΕΤΑΙ ΜΕ ΤΗΝ ΠΑΡΟΧΗ ΓΙΑ ΣΥΜΠΙΕΣΤΗ ΡΟΗ, Ο ΝΟΜΟΣ ΤΗΣ ΣΥΝΕΧΕΙΑΣ ΠΑΙΡΝΕΙ ΤΗΝ ΜΟΡΦΗ

18 ΕΞΙΣΩΣΗ ΤΟΥ BERNOULLI

19 Ασυμπίεστη και συμπιεστή ροή M 0.3 M > 0.3 Ασυμπίεστη ροή Συμπιεστή ροή

20 ΕΞΙΣΩΣΗ ΤΟΥ BERNOULLI

21 ΕΞΙΣΩΣΗ ΤΟΥ BERNOULLI Μακροσκοπική εξίσωση μηχανικής ενέργειας για άτριβη, μόνιμη και ασυμπίεστη ροή Μορφή πιέσεων Στατική, θέσης, δυναμική Μορφή υψών Πίεσης, θέσης, ταχύτητας

22 Εφαρμογές της εξίσωσης BERNOULLI Άνεμος παρασέρνει τις στέγες Δύναμη ανύψωσης αεροπλάνων Θεώρημα Torricelli Υπολογισμός ταχύτητας εκροής νερού από ανοιχτό δοχείο

23 23

24 ΒΕΝΤΟΥΡΙΜΕΤΡΟ 24

25 ΒΕΝΤΟΥΡΙΜΕΤΡΟ 25

26 ΒΕΝΤΟΥΡΙΜΕΤΡΟ 26

27 ΒΕΝΤΟΥΡΙΜΕΤΡΟ 27

28 ΒΕΝΤΟΥΡΙΜΕΤΡΟ 28