Fluidumok áramlása. Vegyipari és biomérnöki műveletek segédanyag Simándi Béla, Székely Edit BME, Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék

Hasonló dokumentumok
Folyadékok áramlása Folyadékok. Folyadékok mechanikája. Pascal törvénye

Folyadékok és gázok áramlása

Folyadékok és gázok áramlása

Folyadékáramlás. Orvosi biofizika (szerk. Damjanovich Sándor, Fidy Judit, Szöllősi János) Medicina Könyvkiadó, Budapest, 2006

F. F, <I> F,, F, <I> F,, F, <J> F F, <I> F,,

Fluidizáció. Δp = v 0 2 ρ f ( L + 1,75] (1) ) (1 ε) [ 150(1 ε) Elméleti összefoglalás

Transzportfolyamatok. összefoglalás, általánosítás Onsager egyenlet I V J V. (m/s) áramvonal. turbulens áramlás = kaotikusan gomolygó áramlás

Hidrosztatika, Hidrodinamika

2. mérés Áramlási veszteségek mérése

TÁMOP F-14/1/KONV Élelmiszeripari műveletek gyakorlati alkalmazásai

Folyadékok és gázok mechanikája

Folyadékok és gázok mechanikája

Fűtési rendszerek hidraulikai méretezése. Baumann Mihály adjunktus Lenkovics László tanársegéd PTE MIK Gépészmérnök Tanszék

Á R A M L Á S T A N. Áramlás iránya. Jelmagyarázat: p = statikus nyomás a folyadékrészecske felületére ható nyomás, egyenlő a csőfalra ható nyomással

Szent István Egyetem FIZIKA. Folyadékok fizikája (Hidrodinamika) Dr. Seres István

Ellenörző számítások. Kazánok és Tüzelőberendezések

PONTSZÁM:S50p / p = 0. Név:. NEPTUN kód: ÜLŐHELY sorszám

Hidraulika. 1.előadás A hidraulika alapjai. Szilágyi Attila, NYE, 2018.

VIZSGA ÍRÁSBELI FELADATSOR

ÁRAMLÁSTAN MFKGT600443

1.1 Hasonlítsa össze a valós ill. ideális folyadékokat legfontosabb sajátosságaik alapján!

10. Valóságos folyadékok áramlása

Szűrés. Gyógyszertechnológiai alapműveletek. Pécsi Tudományegyetem Gyógyszertechnológia és Biofarmáciai Intézet

Mechanika IV.: Hidrosztatika és hidrodinamika. Vizsgatétel. Folyadékok fizikája. Folyadékok alaptulajdonságai

Az úszás biomechanikája

Szilárd testek rugalmas alakváltozásai Nyú y j ú tás y j Hooke törvény, Hooke törvén E E o Y un un modulus a f eszültség ffeszültség

Halmazállapotok. Gáz, folyadék, szilárd

v GÁZ = o D 2 π Rendezetlen halmazokon történő fluidum ( gáz ) átáramlásának leírására lamináris esetre: ismerjük az összefüggést!

MMK Auditori vizsga felkészítő előadás Hő és Áramlástan 1.

Előszó.. Bevezetés. 1. A fizikai megismerés alapjai Tér is idő. Hosszúság- és időmérés.

3. Gyakorlat Áramlástani feladatok és megoldásuk

Ellenáramú hőcserélő

TÉRFOGATÁRAM MÉRÉSE. Mérési feladatok

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (limitációk) Fókusz Légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

Áramlásmérés

Hidrosztatika. Folyadékok fizikai tulajdonságai

Ellenőrző kérdések Vegyipari Géptan tárgyból a vizsgárakészüléshez

A tételsor a 12/2013. (III. 28.) NGM rendeletben foglalt szakképesítés szakmai és vizsgakövetelménye alapján készült. 2/43

HIDROSZTATIKA, HIDRODINAMIKA

Kollár Veronika A biofizika fizikai alapjai

Vérkeringés. A szív munkája

7.GYAKORLAT (14. oktatási hét)

Áramlástan feladatgyűjtemény. 3. gyakorlat Hidrosztatika, kontinuitás

Áramlásmérés. Áramlásmérés egyik legősibb méréstechnikai probléma Egyiptom, Róma

1.2 Folyadékok tulajdonságai, Newton-féle viszkozitási törvény

1. feladat Alkalmazzuk a mólhő meghatározását egy gázra. Izoterm és adiabatikus átalakulásokra a következőt kapjuk:

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (korlátok) Fókusz: a légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

Áramlástan feladatgyűjtemény. 6. gyakorlat Bernoulli-egyenlet instacionárius esetben

Hidraulika. 5. előadás

7.GYAKORLAT (14. oktatási hét)

VIZSGA ÍRÁSBELI FELADATSOR

Vérkeringés. A szív munkája

MUNKAANYAG. Szabó László. Hogyan kell U csöves manométerrel nyomást mérni? A követelménymodul megnevezése: Fluidumszállítás

Reológia Mérési technikák

Szilárd testek rugalmassága

TABLETTÁK ÉS KAPSZULÁK SZÉTESÉSE

Mérnöki alapok 8. előadás

GÉPÉSZETI ÉS AUTOMATIZÁLÁSI MÉRÉSEK

FIZIKA. Folyadékok fizikája (Hidrodinamika) Dr. Seres István

DR. DEMÉNY ANDRÁS-I)R. EROSTYÁK JÁNOS- DR. SZABÓ GÁBOR-DR. TRÓCSÁNYI ZOLTÁN FIZIKA I. Klasszikus mechanika NEMZETI TANKÖNYVKIADÓ, BUDAPEST

BMEGEÁTAT01-AKM1 ÁRAMLÁSTAN (DR.SUDA-J.M.) 2.FAKZH AELAB (90MIN) 18:45H

Ipari vizek tisztítási lehetőségei rövid összefoglalás. Székely Edit BME Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék

Nagyhatékonyságú folyadékkromatográfia (HPLC)

Égés és oltáselmélet I. (zárójelben a helyes válaszra adott pont)

TRANSZPORTFOLYAMATOK ÉS SZIMULÁCIÓJUK (MAKKEM 242M)

Propeller és axiális keverő működési elve

Nyomás. Az az erő, amelyikkel az egyik test, tárgy nyomja a másikat, nyomóerőnek nevezzük. Jele: F ny

MŰSZAKI HŐTAN I. 1. ZÁRTHELYI. Termodinamika. Név: Azonosító: Helyszám: Munkaidő: 80 perc I. 50 II. 50 ÖSSZ.: 100. Javította: Képzési kódja:

Méréstechnika. Hőmérséklet mérése

Áramlás heterogén rendszerekben

Ventilátor (Ve) [ ] 4 ahol Q: a térfogatáram [ m3. Nyomásszám:

III. RÉSZ HIDRAULIKAI SZÁMÍTÁSOK

Szakmai fizika Gázos feladatok

1 Műszaki hőtan Termodinamika. Ellenőrző kérdések-02 1

FIZIKA II. 2. ZÁRTHELYI DOLGOZAT A MŰSZAKI INFORMATIKA SZAK

Extrakció. Vegyipari és biomérnöki műveletek segédanyag Simándi Béla, Székely Edit BME, Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék

Transzportjelenségek

1. SI mértékegységrendszer

Feladatlap X. osztály

Nyomástartóedény-gépész Kőolaj- és vegyipari géprendszer üzemeltetője

Elméleti kérdések 11. osztály érettségire el ı készít ı csoport

NYOMÁS ÉS NYOMÁSKÜLÖNBSÉG MÉRÉS. Mérési feladatok

Propeller, szélturbina, axiális keverő működési elve

Tárgyszavak: kapilláris, telítéses porometria; pórustérfogat-mérés; szűrés; átáramlásmérés.

Segédlet az ADCA szabályzó szelepekhez

A keverés fogalma és csoportosítása

Épületgépész technikus Épületgépészeti technikus

3. Mérőeszközök és segédberendezések

Környezetvédelmi

2.GYAKORLAT (4. oktatási hét) PÉLDA

Az α értékének változtatásakor tanulmányozzuk az y-x görbe alakját. 2 ahol K=10

Hidrosztatika, Hidrodinamika

Áramlástechnikai mérések

2. A hőátadás formái és törvényei 2. A hőátadás formái Tapasztalat: tűz, füst, meleg edény füle, napozás Hőáramlás (konvekció) olyan folyamat,

Termodinamika (Hőtan)

TRANSZPORTFOLYAMATOK ÉS SZIMULÁCIÓJUK (MAKKEM 242ML)

Művelettan 3 fejezete

Folyamatirányítás. Számítási gyakorlatok. Gyakorlaton megoldandó feladatok. Készítette: Dr. Farkas Tivadar

28. Nagy László Fizikaverseny Szalézi Szent Ferenc Gimnázium, Kazincbarcika február 28. március osztály

HÍDTARTÓK ELLENÁLLÁSTÉNYEZŐJE

Átírás:

Fluidumok áramlása Vegyipari és biomérnöki műveletek segédanyag Simándi Béla, Székely Edit BME, Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék Megköszönjük Szternácsik Klaudia és Wolowiec Szilvia hallgatóknak a diák elkészítéséhez nyújtott segítségét

Alapfogalmak, jelölések Fluidum: az áramló közeg, ami folyik folyadék, gáz, gőz, heterogén rendszer Stacionárius: a rendszer paraméterei egy adott helyen, időben nem változnak (bármely vizsgált időpontban ugyanakkorák) 2

Fluidum áramlásának alaptétele: folytonossági tétel Legegyszerűbb : az áramlás egy átlagos sebességgel jól leírható (egydimenziós vagy egyméretű áramlás), (csővezetékekben illetve csatornákban áramló fluidum) Tömegáram állandósága (ha a rendszerben levő fluidum tömege nem változik): Összenyomhatatlan (inkompresszibilis) fluidum: sűrűsége nem változik, térfogata állandó marad. Feltétel teljesülése: A folyadékok nem túl nagy nyomásig inkompresszibilisek (10-20 bar); Gázoknál csak akkor, ha áramlás közben a nyomásváltozás csak néhány százalék. 3

Fluidum áramlásának alaptétele: folytonossági tétel 4

Fluidumáramlás energiatétele: Bernoulliegyenlet Ha a rendszer energetikailag zárt: a rendszer nem ad le energiát a környezetének és nem is vesz fel tőle Ideális (súrlódásmentesen áramló) fluidum mechanikai energia 3 része: magassági, nyomási, kinetikus energia. Energetikailag zárt rendszer esetén a három energiakomponens összege állandó, ezt fejezi ki a Bernoulli-egyenlet. h a vonatkoztatási szint feletti magasság (m) g nehézségi gyorsulás (9,81 m/s 2 ) p nyomás (Pa) 5

Bernoulli-egyenlet - reális fluidumok áramlása Figyelembe kell venni a csőfal és a fluidum közötti súrlódást is: 1-áramló rendszer kiindulási pontja 2- fluidum érkezési végpontja p s az 1 és a 2 pont közötti csőszakaszon létrejött súrlódási nyomásveszteség. 6

Súrlódási nyomásveszteség Fanningegyenlet f csősúrlódási tényező (-) L a csőszakasz hossza (m) D a cső belső átmérője (m) Csősúrlódási tényező (f): Meghatározása: különböző anyagú és minőségű csövekben különböző fluidumokkal végzett kísérletekkel; Az f a Reynolds-szám és a relatív érdességnek (ε/d) a függvénye; A csőfal érdessége (ε) a csőfal kiemelkedéseinek átlagos magassága. 7

Reynolds-szám - Osborn Reynolds, 1842-1912 - A fluidumok áramlásának jellemzésére bevezetett, dimenziómentes szám 8

Áramlás csőben 1. Lamináris (réteges) áramlás A fluidum részecskék egy állandó keresztmetszetű csőben párhuzamos pályában haladnak. Re<2300 Az áramlás egymáson elcsúszó elemi hengerek. A sebesség áramlást egy parabola írja le. R = D 2 Hagen, 1839 Poiseuille, 1846 u a sebesség az r helyen (m/s) Sebesség maximuma a cső tengelyében van: 9

Áramlás csőben A fal közvetlen közelében a fluidum áll, u=0. Átlagos áramlási sebesség: 2. Turbulens (gomolygó, örvénylő) áramlás- nagy áramlási sebesség: Re>10 4 A fluidumelemek keresztirányú, rendezetlen örvénylő mozgást is végeznek A fal mellett, egy vékony réteg laminárisan áramlik film, határréteg A főtömegben a sebesség kismértékben változik a hely függvényében Kifejlett tartományban a sebesség az áramlás irányára merőleges keresztmetszet mentén állandó. u u max = y R n=6-10 1 n Nikuradze, 1932 10

Áramlás csőben video.wmv 11

Moody-diagram 12

Moody-diagram Csősúrlódási tényező a Re-szám függvényében Re-szám és relatív érdesség csősúrlódási tényező Mindkét skála logaritmikus Re-számtól függően különböző tartományokra osztható 13

Moody-diagram 1. Lamináris tartomány Re<2300 2. Kritikus tartomány - 2300<Re<4000 - A megfelelő ε/d-hez és Re=3000 értékhez tartozó f 14

Moody-diagram 3. Átmeneti tartomány - Re>4000 - f: Moody-diagram vagy Colebrook-összefüggés Iterációs forma: Kezdő értékek f=0,03 (Dupuit) 15

Moody-diagram 4. Kifejlett turbulenciatartomány - f: Moody-diagram vagy egyszerűsített Colebrook-összefüggés Sima cső esetén, Blasiusegyenlet: Kereskedelmi forgalomban kapható csövek érdessége: kézikönyvek, tervezési segédletek. Csőszerelvények (szelepek, csapok, könyök idomok stb.) által okozott nyomásveszteséget egy kézikönyvből kiolvasható ellenállási tényezővel (ξ) vesszük figyelembe. 16

Áramlás töltött csövekben Töltött oszlopok: Egy oszlopban (függőleges cső) valamilyen szilárd anyagot töltenek. Első töltetek: különböző méretű, alakú, anyagú (pl. cserép, üveg, koksz, szén stb.) szerkezetük, működésük sem egyforma XIX. század vége: standardizált töltetek 17

Töltetek alkalmazása Egyfázisú áramlás (gáz, folyadék): Kémiai reaktorok SO 2 + ½ O 2 SO 3 N 2 + 3H 2 2 NH 3 katalitikus hidrogénezés Töltet: katalizátor (gömb, henger, gyűrű, tabletta), 3-10 mm Szárítás Töltet: szilikagél, gömb, henger; 1-5 mm Adszopció Pl. illékony szerves anyagok eltávolítása levegőből Töltet: aktív szén; 1-50 mm 18

Töltetek alkalmazása Kétfázisú áramlás Abszorpció Pl. NH 3, SO 2, SO 3 elnyeletése vízzel Rektifikálás Pl. etil-alkohol előállítás Folyadék-folyadék extrakció Pl. szennyvíztisztítás Töltet: semleges gyűrűk, nyergek stb. Pl. Raschig-gyűrű (átmérő különböző, magasság azonos), 15-50 mm 19

Töltetek alkalmazása Laboratóriumi Kromatográfia, Töltet: pórusos szemcsék, gömbök Jellemző méret: 5-10 µm 20

Töltött oszlop Rendezetlen részecskék, átmérőjük d, álló töltet ágy Töltettartó szerkezet, szitalemez, réselt lemez stb. Fluidum (gáz, folyadék) 21

Töltött oszlop jellemzői Fajlagos szabad térfogat (hézagtérfogat) szabadon maradt térfogat 1 m 3 töltött csőben. Töltet fajlagos felülete a tölteléktestek mértani felületének összege 1 m 3 oszloptérfogatban. Tölteléktestek fajlagos felülete Térfogatsúly 1 m 3 oszlopba betöltött testek tömege 22

Nyomásesés számítása töltött oszlopban Fanning-egyenlettel analóg kifejezés Ha az oszlop átmérője elég nagy a töltethez viszonyítva, a súrlódás a tölteten jön létre és a csőfal hatása elhanyagolható. Jellemző átmérő: 23

Gömb alakú töltet Gömb alakú részecske fajlagos felülete 24

Gömb töltet Redukált töltet magasság töltet azonos mennyisége mellett állandó. (a töltött oszlopban elég nagy áramlási sebességnél a töltet mozoghat és a töltet magassága változhat.). Hézagmentes (tömörített) töltetmagasság Üres oszlop keresztmetszetére számított sebesség: Behelyettesítve a Fanning-egyenletbe 25

Fajlagos nyomásesés az üres oszlopra vonatkoztatott áramlási sebesség függvényében Fluidizáció a v 0 * és v 0 ** közötti sebességtartományban. v 0 *-a fluidizáció kezdőpontja v 0 **-kihordás, pneumatikus szállítás kezdete 26

Fluidizáció A töltetek egymáshoz képest elmozdulnak, mintha a rendszer forrna fluidum 27

Fluidizáció Ebből a nyomásesés: A fluidizáció tartományában a kétféle módszerrel számított nyomásesés megegyezik. 28

Fluidizáció Ebből f m : Módosított Re-szám (részecskére vonatkozik): 29

f m Re m2 Re diagram v 0 * és v 0 **meghatározható: a nyugvó töltet hézagtérfogatánál Re m *, az ε=1 (üres cső) értéknél pedig a kihordási sebességhez tartozó Re m ** olvasható le. video.wmv 30

Fluidizációs tartomány alkalmazása Porok összekeverése Fluidizációs szárítás Égetés (pl. szénpor égetése) Aktívszén készítése Pirit pörkölés Mészégetés Katalitikus reakció (gáz+folyadék+szilárd) 31

Pneumatikus szállítás 32

Pneumatikus szállítás Szilárd részecskék, szemcsék szállítása levegővel A levegő sebessége 20-100 %-kal nagyobb a kihordás kezdeti sebességénél Alkalmazás: Szemcsék, kristályos anyagok, porok Gabona magvak, őrlemények Cement, mészpor Szénpor, pernye, salak Műanyagok Műtrágya Növényi részek (aprított) 33

Köszönöm a megtisztelő figyelmüket!