Удельный вес швеллера таблица: вес 1 метра, длина по ГОСТ 8240, 8278

вес 1 метра, длина по ГОСТ 8240, 8278

Длина швеллера при производстве согласно стандартам

Размер швеллера, поставляемого изготовителем, строго регламентируется соответствующим государственным стандартом. Сортамент горячекатаного швеллера специального и общего назначения приводится в ГОСТ 8240-97. Согласно данному нормативному документу швеллер изготавливается длиной от 2 до 12 метров. По требованию заказчика возможно изготовление П-образного профиля, размер которого превышает 12 метров. Он может производиться мерной и кратной мерной длины, а также немерной. 

Важное замечание! В соответствии с ГОСТ одна партия мерной или кратной ей длины может содержать до 5% от общей массы швеллера немерной длины.

Гнутый равнополочный швеллер, его размеры и предельные отклонения регулируются межгосударственным стандартом ГОСТ 8278-83. В соответствии требованиям данного документа, длина швеллера должна иметь значение 3 — 11,8 метров. По отдельному требованию заказчика данный профиль может изготавливаться размером 12 метров. Швеллер может быть мерной, немерной и кратной мерной длины. 

Кроме того, допускается в одной партии наличие немерных отрезков, масса которых не должна превышать 7% от общей массы.

Таблицы веса 1 погонного метра швеллера

Независимо от способа производства швеллера, вес погонного метра для профиля любого типоразмера содержится в соответствующем ГОСТ. Стандарты ГОСТ 8240-97 и 8278-83 содержат все необходимые характеристики швеллеров, которые могут быть использованы при прочностных расчетах балки швеллера, а также для определения веса и стоимости.

В соответствии с ГОСТ 8240-97 вес 1 погонного метра швеллера серии У и П совпадает:

Вес 1 метра швеллера по ГОСТ 8240-97

Номер швеллера	Вес 1 метра, кг
5У/П	4,84
6,5У/П	5,9
8У/П	7,05
10У/П	8,59
12У/П	10,4
14У/П	12,3
16У/П	14,2
18У/П	16,3
20У/П	18,4
22У/П	21
24У/П	24
27У/П	27,7
30У/П	31,8
40У/П	48,3

Цены на продукцию по ГОСТ 8240-97 смотрите здесь — швеллер П или швеллер У.

Теоретическая масса типоразмеров проката по ГОСТ 8278-83, которые являются лидерами по продажам в компании APEX METAL:

Вес 1 метра швеллера по ГОСТ 8278-83

Размер швеллера	Вес 1 метра, кг
50х40х3	2,75
60х32х2,5	2,21
60х32х3	2,61
80х32х4	3,95
80х50х4	5,08
80х60х4	5,7
100х50х3	4,4
100х50х4	5,7
100х50х5	6,97
120х50х3	4,87
120х60х4	6,96
120х60х5	8,54
140х60х5	9,32
140х60х6	10,99
160х50х4	7,6
160х60х4	8,22
160х60х5	10,18
160х80х4	9,47
160х80х5	11,68
180х70х6	13,82
180х80х5	12,46
200х80х4	10,75
200х80х6	15,7
200х100х6	17,59
250х125х6	22,3

Стоимость продукции по ГОСТ 8278-83 смотрите здесь — швеллер гнутый гост 8278 83.

Так же для покупки швеллеров в APEX metal вы можете ознакомиться со следующей информацией из стандартов ГОСТ:

На основе анализа значения масс и моментов сопротивления можно сделать вывод, что максимальной изгибной прочностью обладают швеллера серий П, У. Компромиссом является гнутый швеллер, погонный вес которого несколько ниже, чем у горячекатаного, но он так же уступает и по показателям работы на изгиб. Поэтому, для ответственных высоконагруженных металлоконструкций следует использовать горячекатаный швеллер, а там где необходимо минимизировать ее вес – гнутый.

В APEX METAL вы всегда найдете широкий выбор горячекатаных и гнутых равнополочных швеллеров из сталей 09Г2С и Ст3 по низким ценам, а обратившись в Департамент продаж по тел. +7 (495) 128-03-58, сможете получить всю необходимую информацию о закупаемой продукции.

Вес швеллера стального, Таблица расчета веса швеллера, Швеллер — теоретический удельный вес 1 метра погонного

Таблица расчета веса стального швеллера

Металлобаза «Аксвил» продает оптом и в розницу: • ШВЕЛЛЕР СТАЛЬНОЙ СЕРИИ П / У № 5—30 Первый поставщик проката. Низкие оптовые и розничные цены. Консультация по выбору. Оформление заказа на сайте и в офисе. Нарезка в размер. Доставка по Беларуси, в том числе, и в выходные дни.

 

Теоретический удельный вес, вес метра погонного стального швеллера с уклоном внутренних полок

Номер швеллера, серия У	Размеры, мм						Вес 1 мп, кг	Кол-во метров в тонне
	h	b	S	t	R не более	r
5У	50	32	4,4	7	6	2,5	4,842	206,5
6,5У	65	36	4,4	7,2	6	2,5	5,899	169,5
8У	80	40	4,5	7,4	6,5	2,5	7,049	141,9
10У	100	46	4,5	7,6	7	3	8,594	116,4
12У	120	52	4,8	7,8	7,5	3	10,43	95,87
14У	140	58	4,9	8,1	8	3	12,29	81,38
16У	160	64	5	8,4	8,5	3,5	14,23	70,3
15аУ	160	68	5	9	8,5	3,5	15,35	65,16
18У	180	70	5,1	8,7	9	3,5	16,26	61,5
18аУ	180	74	5,1	9,3	9	3,5	17,45	57,29
20У	200	76	5,2	9	9,5	4	18,37	54,43
22У	220	82	5,4	9,5	10	4	20,98	47,66
24У	240	90	5,6	10	10,5	4	24,06	41,56
27У	270	95	6	10,5	11	4,5	27,66	36,15
30У	300	100	6,5	11	12	5	31,78	31,47
33У	330	105	7	11,7	13	5	36,53	27,37
36У	360	110	7,5	12,6	14	6	41,91	23,86
40У	400	115	8	13,5	15	6	48,32	20,7

 

Теоретический удельный вес, вес метра погонного стального швеллера с параллельными гранями полок

Номер швеллера, серия П	Размеры, мм						Вес 1 мп, кг	Кол-во метров в тонне
	h	b	S	t	R не более	r
5П	50	32	4,4	7	6	3,5	4,84	206,6
6,5П	65	36	4,4	7,2	6	3,5	5,897	169,6
8П	80	40	4,5	7,4	6,5	3,5	7,051	141,8
10П	100	46	4,5	7,6	7	4	8,595	116,3
12П	120	52	4,8	7,8	7,5	4,5	10,42	95,94
14П	140	58	4,9	8,1	8	4,5	12,29	81,4
16П	160	64	5	8,4	8,5	5	14,22	70,32
16аП	160	68	5	9	8,5	5	15,34	65,18
18П	180	70	5,1	8,7	9	5	16,26	61,5
18аП	180	74	5,1	9,3	9	5	17,46	57,29
20П	200	76	5,2	9	9,5	5,5	18,37	54,44
22П	220	82	5,4	9,5	10	6	20,97	47,7
24П	240	90	5,6	10	10,5	6	24,05	41,58
27П	270	95	6	10,5	11	6,5	27,65	36,16
30П	300	100	6,5	11	12	7	31,78	31,47
33П	300	105	7	11,7	13	7,5	34,87	28,68
36П	360	110	7,5	12,6	14	8,5	41,89	23,87
40П	400	115	8	13,5	15	9	48,28	20,71

 

Смотрите также: Online-калькулятор расчета веса и длинны стального швеллера в зависимости от его вида, номера и размеров.

Сколько весит стальной швеллер? Как рассчитать вес швеллера? Как перевести метры погонные в килограммы и тонны? Ответы на эти вопросы вы найдете в приведенной выше таблица расчета веса металлического швеллера в зависимости от высоты и ширины полки. Вес швеллера, таблица пересчета метров погонных в килограммы и тонны, теоретический вес 1 метра погонного, количество метров швеллера в 1 тонне.

На сайте металлобазы «Аксвил» вы можете купить швеллер стальной в Минске оптом и в розницу.

Смотрите также: Металлопрокат по размерам и типам.

Вес швеллера | теоретический вес 1 метра, масса 12

Таблица веса швеллера П и У по ГОСТ 8240, в таблице указан вес 1 метра, 1 штуки 12 метров, количество метров в тонне:

Размер	Вес 1 метра	Вес 1 шт, 12м	Ко-во метров/1тн
5 П, У	4,84 кг	58,05 кг	206,5 мп
6.5 П, У	5,9 кг	70,8 кг	169,5 мп
8 П, У	7,05 кг	84,6 мп	141,9 мп
10 П, У	8,59 кг	103,08 кг	116,4 мп
12 П, У	10,4 кг	124,8 кг	95,87 мп
14 П, У	12,3 кг	147,6 кг	81,4 мп
16 П, У	14,2 кг	170,4 кг	70,32 мп
16 аП, аУ	15,3 кг	183,6 кг	63,35 мп
18 П, У	16,3 кг	195,6 кг	61,5 мп
18 аП, аУ	17,4 кг	208,8 кг	57,29 мп
20 П, У	18,4 кг	220,8 кг	54,44 мп
22 П, У	21 кг	252 кг	47,7 мп
24 П, У	24 кг	288 кг	41,58 мп
27 П, У	27,7 кг	332,4 кг	36,16 мп
30 П, У	31,8 кг	381,6 кг	31,47 мп
33 П, У	36,5 кг	438 кг	28,68 мп
36 П, У	41,9 кг	502,8 кг	23,87 мп
40 П, У	48,3 кг	579,6 кг	20,71 мп

Вес швеллера

Таблица веса — швеллеры экономичные Э с параллельными гранями полок

Размер	Вес 1 метра	Вес 1 шт, 12м	Ко-во метров/1тн
5Э	4,79 кг	57,48 кг	208,76 мп
6.5Э	5,82 кг	69,84 кг	171,82 мп
8Э	6,92 кг	83,04 мп	144,5 мп
10Э	8,47 кг	101,64 кг	118,06 мп
12Э	10,24 кг	122,88 кг	97,65 мп
14Э	12,15 кг	145,8 кг	82,3 мп
16Э	14,01 кг	168,12 кг	71,37 мп
18Э	16,01 кг	192,12 кг	62,46 мп
20Э	18,07 кг	216,84 кг	55,34 мп
22Э	20,69 кг	248,28 кг	48,32 мп
24Э	23,69 кг	284,28 кг	42,21 мп
27Э	27,37 кг	328,44 кг	36,53 мп
30Э	31,35 кг	376,2 кг	31,89 мп
33Э	36,14 кг	433,68 кг	27,67 мп
36Э	41,53 кг	498,36 кг	24,07 мп
40Э	47,97 кг	575,64 кг	20,84 мп

Таблица веса — швеллеры легкой серии Л с параллельными гранями полок

Размер	Вес 1 метра	Вес 1 шт, 12м	Ко-во метров/1тн
12Л	5,02 кг	60,24 кг	199,2 мп
14Л	5,94 кг	71,28 кг	168,35 мп
16Л	7,1 кг	85,2 кг	140,84 мп
18Л	8,49 кг	101,88 кг	117,78 мп
20Л	10,12 кг	121,44 кг	98,81 мп
22Л	11,86 кг	142,32 кг	84,31 мп
24Л	13,66 кг	163,92 кг	73,2 мп
27Л	16,3 кг	195,6 кг	61,34 мп
30Л	24,3 кг	291,6 кг	41,15 мп

Таблица веса — швеллеры С специальные

Размер	Вес 1 метра	Вес 1 шт, 12м	Ко-во метров/1тн
8С	9,26 кг	111,12 кг	107,99 мп
14С	14,53 кг	174,36 кг	68,82 мп
14Са	16,72 кг	200,64 кг	59,8 мп
16С	17,53 кг	210,36 кг	57,04 мп
16Са	19,74 кг	236,88 кг	50,65 мп
18С	20,2 кг	242,4 кг	49,5 мп
18Са	23 кг	276 кг	43,47 мп
18Сб	26,72 кг	320,64 кг	37,42 мп
20С	22,63 кг	271,56 кг	44,18 мп
20Са	25,77 кг	309,24 кг	38,8 мп
20Сб	28,71 кг	344,52 кг	34,83 мп
24С	34,9 кг	418,8 кг	28,65 мп
26С	34,61 кг	415,32 кг	28,89 мп
26Са	39,72 кг	476,64 кг	25,17 мп
30С	34,44 кг	413,28 кг	29,03 мп
30Са	39,15 кг	469,8 кг	25,54 мп
30Сб	43,86 кг	526,32 кг	22,79 мп

Вес швеллера для всех видов профиля – где найти, как рассчитать? + Видео

1 Виды стандартных швеллеров отечественной промышленности и ГОСТы на них

Учитывая то многообразие производимых отечественной металлургической промышленностью швеллеров, в первую очередь не мешало бы ознакомиться со всеми их видами. Это позволит, столкнувшись на практике с любым из типов, не ошибиться в определении его удельного веса (то есть массы 1 погонного метра). Большинство видов швеллеров производят по нескольким ГОСТам. При этом в стандартах указаны характеристики, зависящие от способа и условий применения готового изделия: используемые для изготовления сплавы, физико-механические свойства и ряд других параметров.

Описание, внешний вид, классификация по сериям и типам, размеры, удельный вес, а также подобные и зависящие от всех этих характеристик параметры всегда приводятся только в одном, соответствующем определенному виду швеллера, ГОСТе. Такой стандарт, независимо от того, на какой вид швеллеров он распространяется, носит общее название «Сортамент». Одними из самых востребованных, а потому наиболее известных и распространенных являются гнутые стальные равнополочные швеллеры. Не менее востребована и известна также горячекатаная стальная швеллерная продукция, правда, не всех видов, а только одного. Это изделия, стандарт сортамента на которые – ГОСТ 8240-97.

Не уступают этим двум видам по частоте использования в определенной области применения (изготовление облегченных и легких конструкций) алюминиевые швеллеры. Причем ГОСТами предусмотрено производство этих изделий методом гибки либо горячего прессования. И, кстати, правильное их название, согласно стандартам – «Профили швеллерного сечения». В зависимости от способа изготовления в название, соответственно, добавляется слово «гнутые» либо «прессованные». Меньшим, чем приведенные выше три вида, спросом пользуются гнутые стальные неравнополочные швеллеры. Однако нередко эта продукция просто незаменима.

Виды швеллеров

И есть еще 5 видов швеллеров, с которыми большинство, в первую очередь рядовых, потребителей этого металлопроката, скорее всего, никогда не столкнется. Дело в том, что это довольно специфичная продукция, предназначенная для очень узкой области применения. Однако на тот случай, если все-таки придется иметь дело с каким-либо из этих 5 видов, следует знать о существовании и таких швеллеров. Список их приведен ниже. Это швеллеры:

• стальные специальные;
• горячекатаные стальные для вагоностроения;
• чугунные для различных станочных приспособлений;
• из стали Ст3 для прикрепления к стержневым коробам сушильных плит;
• стальные горячекатаные для вагонеток, имеющие отогнутую полку.

Далее приводятся ГОСТы сортамента для всех перечисленных видов стандартных швеллеров и другие источники, в которых можно получить информацию об их удельном весе.

2 Сколько весит 1 метр самых распространенных видов изделий?

Удельную массу равнополочных и неравнополочных стальных изделий, изготовляемых методом гибки, можно посмотреть в статье «Размеры и вес гнутых швеллеров». В ней приведены таблицы, в которых указан вес для всех типоразмеров обоих этих видов швеллерной продукции. Либо можно самостоятельно найти ГОСТы сортамента на равнополочные и неравнополочные изделия – это стандарты 8278-83 и 8281-80 соответственно. Затем в их таблицах находим вес швеллера нужного типоразмера.

Таблица для расчетов

Для горячекатаных стальных изделий ГОСТ 8240 всех серий вес указан в этом же стандарте. Для некоторых наиболее востребованных типоразмеров продукции этого вида удельную массу можно посмотреть в статьях: «Швеллер 16», «Изделия 24» и «Швеллерный прокат 40». В данных публикациях приведены не только таблицы с весом, но и другие характеристики этих швеллеров.

Массу метра алюминиевых швеллеров в зависимости от их вида и способа изготовления определяют по-разному. Если это гнутые профили, то удельный вес необходимо искать в спецификации производителя на их поставку либо рассчитывать самостоятельно. Дело в том, что как такового сортамента на этот вид продукции нет. А производство гнутых алюминиевых профилей регламентируется только Техническими условиями – ГОСТ за номером Р 55411-2013. В нем сказано, что изделия изготавливаются по чертежам и каталогам, согласованным между заказчиком и производителем, в которых и должен быть указан теоретический вес 1 м. Называется этот стандарт: «Гнутые профили из алюминиевых сплавов и алюминия».

Если алюминиевые профили прессованные, то в зависимости от их вида удельный вес можно найти в таблицах одного из следующих ГОСТов сортамента:

• Для равнополочных – в стандарте 13623-90. Называется он: «Прессованные прямоугольные равнополочные профили швеллерного сечения, изготовляемые из магниевых и алюминиевых сплавов».
• Для неравнополочных – в стандарте Р 50066-92. Называние у него: «Прессованные прямоугольные неравнополочные профили швеллерного сечения, изготовляемые из магниевых и алюминиевых сплавов».
• Для продукции с отбортовкой на полках – в стандарте 13624-90. Название: «Прессованные прямоугольные отбортованные профили швеллерного сечения, изготовляемые из магниевых и алюминиевых сплавов».

3 Вес метра чугунных и специальных стальных швеллеров

Для всех остальных видов швеллеров вес их 1 метра по каждому типоразмеру тоже можно посмотреть в таблицах соответствующих ГОСТов сортамента. Для специальных стальных это стандарт 19425-74. Называется он: «Швеллеры и балки двутавровые стальные специальные».

Стальной швеллер

На горячекатаные стальные изделия для вагоностроения распространяется ГОСТ сортамента за номером 5267.1-90. Название у него самое простое и короткое: «Швеллеры».

На чугунную продукцию для различных станочных приспособлений распространяется ГОСТ сортамента за номером 12950-67. Он примерно так же и называется: «Швеллеры на станочные приспособления».

На изделия из стали Ст3, предназначенные для прикрепления к стержневым коробам сушильных плит, распространяется ГОСТ сортамента за номером 19392-74. Называние у него: «Швеллеры для прикрепления к стержневым коробам сушильных плит». На стальную горячекатаную продукция для вагонеток, имеющую отогнутую полку, распространяется ГОСТ сортамента за номером 21026-75. Называется он: «Швеллеры горячекатаные стальные для вагонеток, имеющие отогнутую полку».

Удельный вес швеллера, вес 1 метра швеллера в зависимости от размеров в таблице

Швеллер – вид стального металлопроката, металлический профиль, имеющий поперечное П-образное сечение. Изготавливается из углеродистой стали обычного качества путем холодной или горячей прокатки, а также из качественных и низколегированных сталей.

В форме швеллера выделяют:

• полки – боковые грани, которые могут быть параллельными либо с уклоном внутренних сторон, а также в зависимости от типа швеллера – равными либо разной высоты;
• стенку (перемычку между полками), имеющую различную толщину зависимо от вида.

Высокие стандарты производства металлопроката поддерживаются сертификационными нормами, прописанными в ГОСТах. Подобных документов, определяющих параметры того или иного вида металлопроката и швеллера в том числе, много. Соблюдение производителем металлопроката норм изготовления согласно ГОСТ является залогом качества продукции. 

Существуют общие условные обозначения, прописанные в индексе изделия рядом с числом, обозначающим высоту профиля. Категории форм и размеров представлены так:

• У – полки профиля имеют уклон внутренних стенок,
• П – полки параллельны,
• Э – экономичный профиль с параллельными полками,
• Л – облегченный (легкий) швеллер с параллельными полками,
• С – специального назначения.

Прокатка может иметь различную точность. Согласно ГОСТам, этот параметр также должен быть указан в сопроводительных документах на изделие:

• Высокая точность прокатка – «А»,
• обычная (средняя точность) – «В»,
• повышенная точность – «Б».

Вес швеллера, его применение

Сфера применения швеллера довольно широкая, потому как вес 1 метра швеллера сравнительно невысокий, а также благодаря низкой металлоемкости и высокой прочности профиля. Швеллер используют во многих сферах промышленности, в основном как конструктивный элемент зданий, архитектурных композиций, мостов, в строительстве вагонов, станков и автостроительстве.

Основное применение швеллер находит именно в строительстве как элемент для армирования ж\б конструкций, или как самостоятельный стройматериал для возведения каркасных сооружений, монтаже перекрытий, и пр.

Для проведения верных расчетов нагрузки при планировании конструкции и опор, необходимо точно знать, сколько весит швеллер. Надобности взвешивать целое изделие нет. Зная вес 1 м швеллера, очень просто рассчитать массу всего метража.

Вес погонного метра швеллера в таблица

Швеллер, индекс	Размеры: ширина х высота (мм)	Толщина стенки (мм)	Толщина полки (мм)	Вес 1 метра погонного (кг)
5	50х32	4,4	7,0	4,84
6,5	65х36	4,4	7,2	5,9
8	80х40	4,5	7,4	7,05
10	100х46	4,5	7,6	8,59
12	120х52	4,8	7,8	10,4
14	140х58	4,9	8,1	12,3
16	160х64	5,0	8,4	14,2
16а	160х68	5,0	9,0	15,3
18	180х70	5,1	8,7	16,3
18а	180х74	5,1	9,3	17,4
20	200х76	5,2	9,0	18,
22	220х82	5,4	9,5	21
24	240х90	5,6	10,0	24
27	270х95	6,0	10,5	27,7
30	300х100	6,5	11,0	31,8
33	330х105	7,0	11,7	36,5
36	360х110	7,5	12,6	41,9
40	440х115	8,0	1,5	48,3

Швеллер применяется не только как конструкционный элемент. Часто им усиливают стены, кровлю, перекрытия. П-образный профиль прекрасно выдерживает разные виды нагрузок, как осевую, так и несущую.

Вес погонного метра швеллера

Швеллер представляет из себя балку или гнутый профиль, напоминающий в сечении букву «П». Такой сорт металлопроката изготавливают по различным ГОСТам и техническим условиям. Изготавливают его способом прокатки в горячем состоянии на специальных сортопрокатных станках. Такой профиль, имеющий относительно тонкие полки, производят методом гибки на специальных станках. Обе полки размещаются с одной стороны от стенки. Полки изделия могут располагаться параллельно друг другу, что соответствует марки «П», или с уклоном внутренних граней, обозначающийся- «У». Вес швеллера зависит от размера, толщины полок, радиусов уклона и т.д. Вес метра швелера определяется, исходя из показателей, которые указаны в таблице веса швеллеров. Для каждого вида существует своя таблица. Такой металлопрокат часто производят из стали 3 (пс,сп,кп), 09Г2С с длиной 4-12 метров на листогибочных станках. Гнутый профиль обеспечивает изготовление изделий с относительно тонкими стенками. Вес гнутого швеллера меньше. Номер указывает на размер, т.е. ширину пространства от одной внешней грани полки до другой. Единица измерения — сантиметр.

Швеллер стальной горячекатаный

Швеллер стальной горячекатаный — одна из разновидностей сортового металлопроката, который производят в соответствии ГОСТ 8240-89 на сортовых станах. Швеллер горячекатаный общего и специализированного назначения изготавливают шириной полок 32 — 115 мм и высотой 50 – 400 мм, что соответствует размерам 5 — 40. Он бывает повышенной точности (маркируется Б), обыкновенной точности(маркировка В), высокой точности — (с маркировкой А). Прекрасно зарекомендовал себя горячекатаный швеллер из Ст 09Г2С, который производят из низколегированной стали. Он устойчивой к низким температурам, что достигается за счет небольшого количества в составе марганца и углерода. Профили из стали 09Г2С используют в тех условиях, где другие марки сталей становятся хрупкими. Что распространено в условиях Крайнего Севера. Удельный вес швеллера можно посмотреть в соответствующем ГОСТе.

Согласно сортаменту ГОСТ швеллер с параллельными полками бывает гнутым и горячекатаным. Такой профиль производят с размерами 5 — 40 и длиной до 12 метров. По согласованию сторон можно изготовить другой длины. Чаще всего встречается равнополочный.

Если вам необходим швеллер, обращайтесь в компанию «Сталлеон», которая может предложить Вам большой ассортимент, разнообразие размеров и сортов, с параллельными гранями полок и определенным уклоном. Цены не превышают средних региональных цен на металлопродукцию такого рода. Ознакомившись с ассортиментом,вы можете оставить заявку на сайте или позвонить +7 (812) 438-38-27. Наши специалисты дадут Вам информацию по наличию на складе, а также проконсультируют по длине, уклонах граней полок, сколько весит швеллер и посоветуют длинномер для перевозки. Кроме того, у нас вы сможете заказать услугу доставки по Санкт-Петербургу и области даже без присутствия представителя заказчика. Товар доставят по указанному адресу в срок в точных количествах. Наличие сертификата качества является обязательным условием отгрузки.

Актуальные ГОСТы, сортаменты, виды, применение и технические характеристики металлопроката.

Вес швеллера стального — таблица расчета

Теоретический удельный вес, вес метра погонного стального швеллера с уклоном внутренних полок

Номер швеллера, серия У	Размеры, мм						Вес 1 мп, кг	Кол-во метров в тонне
	h	b	S	t	R не более	r
5У	50	32	4,4	7	6	2,5	4,842	206,5
6,5У	65	36	4,4	7,2	6	2,5	5,899	169,5
8У	80	40	4,5	7,4	6,5	2,5	7,049	141,9
10У	100	46	4,5	7,6	7	3	8,594	116,4
12У	120	52	4,8	7,8	7,5	3	10,43	95,87
14У	140	58	4,9	8,1	8	3	12,29	81,38
16У	160	64	5	8,4	8,5	3,5	14,23	70,3
15аУ	160	68	5	9	8,5	3,5	15,35	65,16
18У	180	70	5,1	8,7	9	3,5	16,26	61,5
18аУ	180	74	5,1	9,3	9	3,5	17,45	57,29
20У	200	76	5,2	9	9,5	4	18,37	54,43
22У	220	82	5,4	9,5	10	4	20,98	47,66
24У	240	90	5,6	10	10,5	4	24,06	41,56
27У	270	95	6	10,5	11	4,5	27,66	36,15
30У	300	100	6,5	11	12	5	31,78	31,47
33У	330	105	7	11,7	13	5	36,53	27,37
36У	360	110	7,5	12,6	14	6	41,91	23,86
40У	400	115	8	13,5	15	6	48,32	20,7

Теоретический удельный вес, вес метра погонного стального швеллера с параллельными гранями полок

Номер швеллера, серия П	Размеры, мм						Вес 1 мп, кг	Кол-во метров в тонне
	h	b	S	t	R не более	r
5П	50	32	4,4	7	6	3,5	4,84	206,6
6,5П	65	36	4,4	7,2	6	3,5	5,897	169,6
8П	80	40	4,5	7,4	6,5	3,5	7,051	141,8
10П	100	46	4,5	7,6	7	4	8,595	116,3
12П	120	52	4,8	7,8	7,5	4,5	10,42	95,94
14П	140	58	4,9	8,1	8	4,5	12,29	81,4
16П	160	64	5	8,4	8,5	5	14,22	70,32
16аП	160	68	5	9	8,5	5	15,34	65,18
18П	180	70	5,1	8,7	9	5	16,26	61,5
18аП	180	74	5,1	9,3	9	5	17,46	57,29
20П	200	76	5,2	9	9,5	5,5	18,37	54,44
22П	220	82	5,4	9,5	10	6	20,97	47,7
24П	240	90	5,6	10	10,5	6	24,05	41,58
27П	270	95	6	10,5	11	6,5	27,65	36,16
30П	300	100	6,5	11	12	7	31,78	31,47
33П	300	105	7	11,7	13	7,5	34,87	28,68
36П	360	110	7,5	12,6	14	8,5	41,89	23,87
40П	400	115	8	13,5	15	9	48,28	20,71

Масса, вес, плотность или удельный вес воды при различных температурах

Масса, вес, плотность или удельный вес воды при различных температурах

Резюме: — Масса, вес, плотность или удельный вес воды при различных температурах C и тепловой коэффициент расширения воды

добавить в избранное или добавить эту страницу в закладки Плотность, уд. Воды при различных температурах

При 4 ° C чистая вода имеет плотность (вес или массу) около 1 г / куб.см, 1 г / мл, 1 кг / литр, 1000 кг / куб. м, 1 тонна / куб. м или 62,4 фунта / куб. фут При 4 ° C чистая вода имеет удельный вес 1. (Некоторые ссылаются на базовую температуру s.g. как 60F.) Вода необходима для жизни. Большинство животных и растений содержат более 60% воды по объему. Более 70% поверхности Земли покрыто около 1,36 миллиарда кубических километров воды / льда Плотность чистая вода является постоянной при определенной температуре и не зависит от от размера выборки.То есть это интенсивное свойство. В плотность воды зависит от температуры и примесей. Вода — единственное вещество на Земле, которое существует во всех трех физических состояниях материи: твердом, жидком и газообразном. Когда вода замерзает, она быстро расширяется, добавляя около 9% по объему. Пресная вода имеет максимальную плотность около 4 ° по Цельсию. Вода — единственное вещество, у которого при затвердевании не возникает максимальной плотности. Поскольку лед легче воды, он плавает. Вода имеет очень простую атомную структуру. Эта структура состоит из двух атомов водорода, связанных с одним атомом кислорода — H 2 O Примечание; кг / м 3 разделить на 16,02 = фунт / куб. фут. кг / м 3 разделить на 1000 = г / мл Перевести г / см 3 = г / см = г / мл = г / мл — все они одинаковы. Таблица плотности чистой и водопроводной воды и удельного веса Температура (° C) Плотность чистая вода (г / см 3 ) Плотность чистая вода (кг / м 3) Плотность кран вода (г / см 3 ) Плотность чистая вода фунт / куб.футов Удельный вес Ссылка при 4 ° C Удельный Плотность 60 ° F ссылка 0 (сплошной) 0.9150 915,0 — — 0,915 — 0 (жидкость) 0.9999 999,9 0,99987 62,42 0.999 1,002 4 1,0000 1000 0.99999 62,42 1.000 1,001 20 0.9982 998,2 0,99823 62,28 0.998 0,999 40 0,9922 992.2 0,99225 61,92 0,992 0.993 60 0,9832 983,2 0.98389 61,39 0,983 0,985 80 0.9718 971,8 0,97487 60,65 0.972 0,973 100 (газ) 0,0006 — — * Это для средней чистой питьевой воды.Он будет отличаться от региона к району.

Связанные страницы Другое полезные разделы

Для использования таблицы ниже , бегите вниз по левому столбцу на целые градусы, затем переходите на десятые доли градуса. Например, строка / столбец, заштрихованные желтым цветом, показывают плотность чистой воды при 17,7 ° C = 0,998650 г / см 3 Плотность воды (г / см 3 ) при температуре от 0 ° C (жидкое состояние) до 30,9 ° C на 0,1 ° C вкл. спасибо к Чаку Снеллингу 0,0 0.1 0,2 0,3 0,4 0,5 0.6 0,7 0,8 0,9 0 0,999841 0,999847 0.999854 0,999860 0,999866 0,999872 0,999878 0,999884 0,999889 0,999895 1 0,999900 0,999905 0,999909 0,999914 0,999918 0.999923 0,999927 0,999930 0,999934 0,999938 2 0,999941 0,999944 0,999947 0,999950 0,999953 0,999955 0,999958 0,999960 0.999962 0,999964 3 0,999965 0,999967 0,999968 0,999969 0,999970 0,999971 0,999972 0,999972 0,999973 0,999973 4 0.999973 0,999973 0,999973 0,999972 0,999972 0,999972 0,999970 0,999969 0,999968 0,999966 5 0,999965 0,999963 0,999961 0.999959 0,999957 0,999955 0,999952 0,999950 0,999947 0,999944 6 0,999941 0,999938 0,999935 0,999931 0,999927 0,999924 0.999920 0,999916 0,999911 0,999907 7 0,999902 0,999898 0,999893 0,999888 0,999883 0,999877 0,999872 0,999866 0,999861 0.999855 8 0,999849 0,999843 0,999837 0,999830 0,999824 0,999817 0,999810 0,999803 0,999796 0,999789 9 0.999781 0,999774 0,999766 0,999758 0,999751 0,999742 0,999734 0,999726 0,999717 0,999709 10 0,999700 0,999691 0,999682 0.999673 0,999664 0,999654 0,999645 0,999635 0,999625 0,999615 11 0,999605 0,999595 0,999585 0,999574 0,999564 0,999553 0.999542 0,999531 0,999520 0,999509 12 0,999498 0,999486 0,999475 0,999463 0,999451 0,999439 0,999427 0,999415 0,999402 0.999390 13 0,999377 0,999364 0,999352 0,999339 0,999326 0,999312 0,999299 0,999285 0,999272 0,999258 14 0.999244 0,999230 0,999216 0,999202 0,999188 0,999173 0,999159 0,999144 0,999129 0,999114 15 0,999099 0,999084 0,999069 0.999054 0,999038 0,999023 0,999007 0,998991 0,998975 0,998959 16 0,998943 0,998926 0,998910 0,998893 0,998877 0,998860 0.998843 0,998826 0,998809 0,998792 17 0,998774 0,998757 0,998739 0,998722 0,998704 0,998686 0,998668 0,998650 0,998632 0.998613 18 0,998595 0,998576 0,998558 0,998539 0,998520 0,998501 0,998482 0,998463 0,998444 0,998424 19 0.998405 0,998385 0,998365 0,998345 0,998325 0,998305 0,998285 0,998265 0,998244 0,998224 20 0,998203 0,998183 0,998162 0.998141 0,998120 0,998099 0,998078 0,998056 0,998035 0,998013 21 0,997992 0,997970 0,997948 0,997926 0,997904 0,997882 0.997860 0,997837 0,997815 0,997792 22 0,997770 0,997747 0,997724 0,997701 0,997678 0,997655 0,997632 0,997608 0,997585 0.997561 23 0,997538 0,997514 0,997490 0,997466 0,997442 0,997418 0,997394 0,997369 0,997345 0,997320 24 0.997296 0,997271 0,997246 0,997221 0,997196 0,997171 0,997146 0,997120 0,997095 0,997069 25 0,997044 0,997018 0,996992 0.996967 0,996941 0,996914 0,996888 0,996862 0,996836 0,996809 26 0,996783 0,996756 0,996729 0,996703 0,996676 0,996649 0.9 0,9 0,9 0,9 27 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0.9 28 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 29 0.9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 30 0,9 0,9 0,9 0.9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,0 0,1 0.2 0,3 0,4 0,5 0,6 0.7 0,8 0,9 Расширение воды при различных температурах В следующей таблице показан объем, который занимает 1 грамм воды при изменении температуры.Данные скорректированы на плавучесть и на тепловое расширение емкости. Температура (° C) Объем (мл) 17.0 1.0022 18.0 1,0024 19.0 1,0026 20.0 1,0028 21,0 1,0030 22,0 1.0033 23,0 1,0035 24,0 1,0037 25.0 1,0040 26,0 1,0043 В тепловой коэффициент расширения воды равен 0.00021 на 1 ° Цельсия при 20 ° Цельсия. г. Удельный вес морской воды Специфический плотность морской воды на поверхности колеблется от примерно 1,020 до 1.029 На дне океанов удельный вес увеличивается до примерно до 1,070 Чем холоднее морская вода, тем плотнее. Чем соленее морская вода, тем плотнее. Соленость изменяет удельный вес гораздо больше, чем температуру делает. Тропическая пресная вода, как в озере Гатун на Панамском канале, имеет удельный вес всего 0,9954 Красное море, жаркое, не имеющее выхода к морю и засушливое, имеет удельный вес около 1.029

: -:

последняя модифицировано: 28 тыс.февраль 2015

Плотность, удельный вес и удельный вес

Плотность определяется как массы на единицу объема . Масса — это свойство, и единица измерения плотности в системе СИ составляет [ кг / м ³ ].

Плотность может быть выражена как

ρ = м / В = 1 / ν [1]

, где
ρ = плотность [кг / м ³ ], [снарядов / фут ³ ]
м = масса [кг], [снаряды]
V = объем [м ³ ], [футы ³ ]
ν = удельный объем [м ³ / кг], [футы ³ / снаряды]

Империал (U.S.) единицами измерения плотности являются снарядов / фут ³ , но фунтов массы на кубический фут — фунтов _м / фут ³ — . Обратите внимание, что существует разница между фунтами силы ( _фунт ) и фунтами силы ( _фунт ) . Пули могут быть умножены на 32,2 , что дает приблизительное значение в фунтах массы (фунт _м ) .

• 1 снаряд = 32,174 фунта _м = 14,594 кг
• 1 кг = 2.2046 фунтов _м = 6,8521×10 ^-2 пробок
• Плотность воды: 1000 кг / м ³ , 1,938 пробок / фут ³

См. Также Конвертер единиц — масса и Конвертер единиц — плотность

На атомном уровне частицы плотнее упакованы внутри вещества с большей плотностью. Плотность — это физическое свойство, постоянное при данной температуре и давлении, которое может быть полезно для идентификации веществ.

Ниже на этой странице: Удельный вес (относительная плотность), Удельный вес для газов, Удельный вес, Примеры расчетов

См. Также: Плотности для некоторых распространенных материалов
Вода — Плотность, Удельный вес и Коэффициент теплового расширения — изменение температуры при 1, 68 и 680 атм, единицы СИ и британские единицы
Воздух — плотность, удельный вес и коэффициент теплового расширения — изменение температуры и давления, единицы СИ и британские единицы
Как измерить плотность жидких нефтепродуктов

Пример 1: Плотность мяч для гольфа
Пример 2: Использование плотности для идентификации материала
Пример 3: Плотность для расчета объемной массы

Удельный вес (относительная плотность) — SG — это безразмерная единица измерения , определенная как отношение плотности вещества к плотности воды — при заданной температуре e и может быть выражено как

SG = ρ _{вещество} / ρ _h3O [2]

, где
SG = удельный вес вещества
ρ _{вещество} = плотность жидкости или вещества [кг / м ³ ]
ρ _h3O = плотность воды — обычно при температуре 4 ^o C [кг / м ³ ]

Обычно используют плотность воды при температуре 4 ^o C (39 ^o F) в качестве ориентира, поскольку вода в этой точке имеет самую высокую плотность 1000 кг / м ³ или 1.940 пули / фут ³ .

Поскольку удельный вес — SG — безразмерен, он имеет то же значение в системе СИ и британской имперской системе (BG). Удельная плотность жидкости имеет то же числовое значение, что и ее плотность, выраженная в г / мл или мг / м ³ . Вода обычно также используется в качестве эталона при расчете удельного веса твердых веществ.

См. Также Теплофизические свойства воды — плотность, температура замерзания, температура кипения, скрытая теплота плавления, скрытая теплота испарения, критическая температура…

Пример 4: Удельный вес железа

Удельный вес для некоторых распространенных материалов

9090 900 , сухой 9002

Вещество	Удельный вес — SG —
Воздух Ацетилен	0,0017	0,0017	0,0013
Спирт	0,82
Алюминий	2,72
Латунь	8.48
Кадмий	8,57
Хром	7,03
Медь	8,79
Углекислый газ	0,00198
Окись углерода	0,00126 0 900	7,20
Водород	0,00009
Свинец	11,35
Ртуть	13.59
Никель	8,73
Азот	0,00125
Нейлон	1,12
Кислород	0,00143
Парафин	0,80
ПВХ	1,36
Резина	0,96
Сталь	7,82
Олово	7.28
Цинк	7,12
Вода (4 o C)	1,00
Вода, море	1.027
Дерево, Дуб	0,77

Вернуться к началу

Удельный вес газов обычно рассчитывается по отношению к воздуху и определяется как отношение плотности газа к плотности воздуха — при указанной температуре и давлении.

Удельный вес можно рассчитать как

SG = ρ _газ / ρ _воздух [3]

где
SG = удельный вес газа
ρ _газ = плотность газа [кг / м ³ ]
ρ _воздух = плотность воздуха (обычно при NTP — 1,204 [кг / м ³ ])

Молекулярные веса могут использоваться для расчета удельного веса, если плотности газа и воздуха оцениваются при такое же давление и температура.

См. Также Теплофизические свойства воздуха — плотность, вязкость, критическая температура и давление, тройная точка, энтальпии и энтропии, теплопроводность и диффузность, ……

Наверх

Определен удельный вес как вес на единицу объема . Масса усилие . Единица измерения удельного веса в системе СИ — [Н / м ³ ]. Британская система мер — [фунт / фут ³ ].

Удельный вес (или усилие на единицу объема) можно выразить как

γ = ρ a _г [4]

, где
γ = удельный вес (Н / м ³ ], [фунт / фут ³ ]
ρ = плотность [кг / м ³ ], [снаряды / фут ³ ]
a _г = ускорение свободного падения (9.807 [м / с ² ], 32,174 [фут / с ² ] при нормальных условиях)

Пример 5: Удельный вес воды

Удельный вес для некоторых распространенных материалов

8

0

Изделие	Удельный вес — γ —
	Имперские единицы (фунты / футы 3 )	Единицы СИ (кН / м 3 000)
Алюминий	172	27
Латунь	540	84.5
Тетрахлорметан	99,4	15,6
Медь	570	89
Этиловый спирт	49,3	7,74
Бензин	42,58	Глицерин	78,6	12,4
Керосин	50	7,9
Ртуть	847	133.7
Моторное масло SAE 20	57	8,95
Морская вода	63,9	10,03
Нержавеющая сталь	499 — 512	78-80
Вода	62,4	9,81
Кованое железо	474 — 499	74 — 78

Вернуться к началу

Примеры

Пример 1: Плотность мяча для гольфа

Мяч для гольфа имеет диаметр 42 мм и массой 45 г.Объем мяча для гольфа можно рассчитать как

V = (4/3) π (42 [мм] * 0,001 [м / мм] / 2) ³ = 3,8 10 ^-5 [м ³ ]

Плотность мяча для гольфа можно рассчитать как

ρ = 45 [г] * 0,001 [кг / г] / 3,8 10 ^-5 [м ³ ] = 1184 [кг / м ³ ]

Вернуться к началу

Пример 2: Использование плотности для идентификации материала

Неизвестное жидкое вещество имеет массу 18.5 г и занимает объем 23,4 мл (миллилитр).

Плотность вещества можно рассчитать как

ρ = (18,5 [г] / 1000 [г / кг]) / (23,4 [мл] / (1000 [мл / л] * 1000 [л / м] ^{) 3} ]))

= 18,5 10 ^-3 [кг] / 23,4 10 ^-6 [м ³ ] = 790 [кг / м ³ ]

Если мы посмотрим на плотность для некоторых распространенных жидкостей мы обнаруживаем, что этиловый спирт — или этанол — имеет плотность 789 кг / м ³ .Жидкость может быть этиловым спиртом!

Пример 3: Плотность для расчета объемной массы

Плотность титана 4507 кг / м ³ . Массу 0,17 м ³ объем титана можно рассчитать как

м = 0,17 [м ³ ] * 4507 [кг / м ³ ] = 766,2 [кг]

Примечание! — имейте в виду, что существует разница между «насыпной плотностью» и фактической «плотностью твердого тела или материала». Это может быть неясно в описании продуктов.Перед важными расчетами всегда перепроверяйте значения с другими источниками.

В начало

Пример 4: Удельный вес железа

Плотность железа 7850 кг / м ³ . Удельный вес железа относительно воды с плотностью 1000 кг / м ³ составляет

SG (железо) = 7850 [кг / м ³ ] / 1000 [кг / м ³ ] = 7,85

Пример 5: Удельный вес воды

Плотность воды составляет 1000 кг / м3 при 4 ° C (39 ° F).

Удельный вес в единицах СИ составляет

γ = 1000 [кг / м ³ ] * 9,81 [м / с ² ] = 9810 [Н / м ³ ] = 9,81 [кН / м ³ ]

Плотность воды составляет 1,940 пробок / фут3 при 39 ° F (4 ° C).

Удельный вес в британских единицах измерения:

γ = 1,940 [снаряды / фут ³ ] * 32,174 [фут / с ² ] = 62,4 [фунт / фут ³ ]

К началу

Специфический Гравитационные материалы, газы и жидкости Табличная диаграмма и уравнения | Инженеры Edge

Таблица удельного веса и уравнение

Справочник по термодинамике | Каталог теплопередачи

Таблица удельного веса и уравнение

Связанные ресурсы:

Удельный вес (S.G.) — это мера относительной плотности вещества по сравнению с плотностью воды при стандартной температуре. Физики используют стандарт 39,2F (4C), но инженеры обычно используют 60F. В Международной системе единиц (единицы СИ) плотность воды составляет 1,00 г / см3 при стандартной температуре. Следовательно, удельный вес (безразмерный) жидкости имеет то же числовое значение, что и ее плотность в единицах г / см3. Поскольку плотность жидкости зависит от температуры, необходимо определять и указывать удельный вес при определенных температурах.

S _г = p _s / p _h30

S _г = Удельный вес вещества
p _s = плотность жидкости или вещества (кг / м ³ )
p _h30 = плотность воды, стандартизованная при температуре 4 ° C (кг / м ³ )

• Газообразный гелий имеет плотность 0,164 г / л. Он в 0,139 раза плотнее воздуха.
• Air имеет плотность 1.18 г / л

Таблица удельного веса
Материал	Удельный вес
Ацетилен	0,0017
Воздух сухой	0,0013
Спирт	0.82
Алюминий	2,7
Алюминиевый сплав 356,0	2,68
Алюминиевый сплав 360,0	2,68
Алюминиевый сплав 364,0	2,63
Пар аммиака	0.60
Бальза	0,2
Латунь	8,48
Кадмий	8,58
Двуокись углерода	0,00198
Окись углерода	0.00126
Чугун	7,20
Хром	7,03
Медь	8,96
Обедненный уран	19,1
Эпоксидная смола	1,8 — 2.0
Этанол	0,78
Золото	19,3
Водород	0,00009
Утюг	7,87
Свинец	11,35
Меламин	1.8 — 2,0
Меркурий	13,56
Природный газ	0,59
Никель	8,72
Азот	0,00125
Нейлон	1,12
Дуб	0.75
Осмий	22,59
Кислород	0,00143
Пар метанола	1.11
Азот газ	0,07
Парафин	0.80
Бензин (бензин)	0,72
Фенольный	1,75 — 1,95
Полиэстер	1,35 — 2,3
Полиуретан	1,11 — 1,25
Пропан	1.55
Труба ПВХ	1,36
Резина	0,96
Сталь	7,82
Соль поваренная	2,17
Олово	7,28
Вода	1
Вода, морская соль	1.02
цинк	7,12

(Образцы могут отличаться, и эти цифры являются приблизительными.)

• Моча обычно имеет удельный вес от 1,003 до 1,035.
• Кровь обычно имеет удельный вес ~ 1.060.

Плотность пластмассы: Таблица технических свойств

Название полимера	Мин. Значение (г / см 3 )	Максимальное значение (г / см 3 )
ABS — Акрилонитрилбутадиенстирол	1.020	1,210
ABS огнестойкий	1,150	1.200
АБС-пластик для высоких температур	1,100	1,150
АБС ударопрочный	1.000	1,100
Смесь АБС / ПК — Смесь акрилонитрилбутадиенстирола / поликарбоната	1,100	1,150
Смесь АБС / ПК 20% стекловолокна	1,250	1.250
ABS / PC огнестойкий	1,170	1,190
Аморфная смесь TPI, сверхвысокотемпературная, химически устойчивая (высокая текучесть)	1,370	1,370
Аморфная смесь TPI, сверхвысокая температура, химическая стойкость (стандартный поток)	1,370	1,370
Аморфный TPI, высокая температура нагрева, высокая текучесть, бессвинцовая пайка, 30% GF	1,520	1.520
Аморфный TPI, высокая температура, высокая текучесть, прозрачный, бессвинцовый припой (высокая текучесть)	1,310	1,310
Аморфный TPI, высокотемпературный, высокоточный, прозрачный, бессвинцовый припой (стандартный поток)	1,310	1,310
Аморфный TPI, высокая температура, химическая стойкость, 260 ° C UL RTI	1,420	1,420
Аморфный TPI, умеренный нагрев, прозрачный	1.300	1,300
Аморфный TPI, умеренное нагревание, прозрачный (одобрен для контакта с пищевыми продуктами)	1,300	1,300
Аморфный TPI, умеренно нагретый, прозрачный (степень смазки плесени)	1,300	1,300
Аморфный TPI, умеренное нагревание, прозрачный (в форме порошка)	1,300	1,300
ASA — Акрилонитрилстиролакрилат	1.050	1.070
Смесь ASA / PC — Смесь акрилонитрил-стиролакрилата / поликарбоната	1,150	1,150
ASA / PC огнестойкий	1,250	1,250
Смесь ASA / ПВХ — смесь акрилонитрил-стиролакрилата / поливинилхлорида	1.200	1.200
CA — Ацетат целлюлозы	1,220	1,340
CAB — бутират ацетата целлюлозы	1.150	1,220
Пленки из диацетата целлюлозы с перламутровым эффектом	1,360	1,360
Глянцевая пленка из диацетата целлюлозы	1,310	1,310
Пленки из диацетата целлюлозы, покрывающие оболочку	1,280	1,320
Пленка диацетат-матовая целлюлоза	1,310	1,310
Пленка для окошек из диацетата целлюлозы (пищевая)	1.310	1,310
Металлизированная пленка из диацетата целлюлозы-Clareflect	1,310	1,310
Пленки, окрашенные диацетатом целлюлозы	1,310	1,310
Диацетат целлюлозы — огнестойкая пленка	1,340	1,360
Пленка с высоким скольжением из диацетата целлюлозы	1,310	1,310
Пленки диацетат-полутон целлюлозы	1.310	1,310
CP — пропионат целлюлозы	1,170	1,240
COC — Циклический олефиновый сополимер	1.010	1.030
ХПВХ — хлорированный поливинилхлорид	1,500	1,550
ETFE — этилентетрафторэтилен	1,700	1,700
EVA — этиленвинилацетат	0.920	0,940
EVOH — Этиленвиниловый спирт	1,100	1.200
FEP — фторированный этиленпропилен	2,100	2.200
HDPE — полиэтилен высокой плотности	0,940	0,970
HIPS — ударопрочный полистирол	1.030	1.060
HIPS огнестойкий V0	1.150	1,170
Иономер (сополимер этилена и метилакрилата)	0,940	0,970
LCP — Жидкокристаллический полимер	1,400	1,400
LCP, армированный углеродным волокном	1,500	1,500
LCP армированный стекловолокном	1,500	1,800
LCP Минеральное наполнение	1,500	1.800
LDPE — полиэтилен низкой плотности	0,917	0,940
ЛПЭНП — линейный полиэтилен низкой плотности	0,915	0,950
MABS — Прозрачный акрилонитрилбутадиенстирол	1.080	1.080
PA 11 — (Полиамид 11) 30% армированный стекловолокном	1,250	1,270
PA 11, токопроводящий	1.130	1,130
PA 11, гибкий	1.030	1.050
PA 11, жесткий	1.020	1.030
PA 12 (Полиамид 12), проводящий	1,140	1,140
PA 12, армированный волокном	1.070	1,410
PA 12, гибкий	1.010	1.040
PA 12, со стекловолокном	1.220	1,420
PA 12, жесткий	1.010	1.010
PA 46 — Полиамид 46	1,170	1,190
PA 46, 30% стекловолокно	1,420	1,440
PA 6 — Полиамид 6	1,120	1,140
PA 6-10 — Полиамид 6-10	1.090	1,100
PA 66 — Полиамид 6-6	1.130	1,150
PA 66, 30% стекловолокно	1,370	1,370
PA 66, 30% Минеральное наполнение	1,350	1,380
PA 66, ударно-модифицированная, 15-30% стекловолокна	1,250	1,350
PA 66, ударно-модифицированный	1.050	1,100
PA 66, Углеродное волокно, длинное, 30% наполнителя по весу	1.300	1,300
PA 66, Углеродное волокно, длинное, 40% наполнителя по весу	1,350	1,350
PA 66, Стекловолокно, длинное, 40% наполнителя по весу	1,450	1,450
PA 66, Стекловолокно, длинное, 50% наполнителя по весу	1,600	1,600
Полиамид полуароматический	1.040	1.060
PAI — полиамид-имид	1.400	1,400
PAI, 30% стекловолокно	1,600	1,600
PAI, низкое трение	1,400	1,500
PAN — Полиакрилонитрил	1,100	1,150
PAR — Полиарилат	1.200	1,260
PARA (Полиариламид), 30-60% стекловолокна	1,430	1,770
PBT — полибутилентерефталат	1.300	1,400
PBT, 30% стекловолокно	1,500	1,600
ПК (поликарбонат) 20-40% стекловолокно	1,350	1,520
ПК (поликарбонат) 20-40% стекловолокно огнестойкое	1,400	1,500
PC — Поликарбонат, жаростойкий	1,150	1.200
Смесь ПК / ПБТ — Смесь поликарбоната / полибутилентерефталата	1.170	1,300
Смесь ПК / ПБТ, со стеклянным наполнением	1,300	1,590
PCL — поликапролактон	1,140	1,140
PCTFE — Полимонохлортрифторэтилен	2,100	2.200
PE — Полиэтилен 30% стекловолокно	1.200	1,280
Смесь ПЭ / ТПС — полиэтилен / термопластический крахмал	1.000	1.050
PEEK — Полиэфирэфиркетон	1,260	1,320
PEEK, армированный 30% углеродным волокном	1,400	1,440
PEEK, армированный 30% стекловолокном	1,490	1,540
PEI — Полиэфиримид	1,270	1,300
PEI, 30% армированный стекловолокном	1,500	1.600
PEI, с минеральным наполнителем	1,400	1,500
PEKK (полиэфиркетонекетон), с низкой степенью кристалличности	1,270	1,280
PESU — Полиэфирсульфон	1,370	1,460
PESU 10-30% стекловолокно	1,500	1,600
ПЭТ — полиэтилентерефталат	1,300	1,400
ПЭТ, 30% армированный стекловолокном	1.500	1,600
ПЭТ, 30/35% армированный стекловолокном, модифицированный при ударе	1,500	1,500
ПЭТГ — полиэтилентерефталат гликоль	1,270	1,380
PFA — перфторалкокси	2,100	2.200
PGA — Полигликолиды	1,400	1,600
PHB — Полигидроксибутират	1.300	1,500
PI — Полиимид	1,310	1,430
PLA ​​- полилактид	1,230	1,250
PLA, Прядение из расплава волокна	1,230	1,250
PLA, термосварочный слой	1,230	1,250
PLA, жаропрочные пленки	1,230	1,250
PLA, литье под давлением	1.240	1,260
PLA, спанбонд	1,230	1,250
PLA, бутылки, формованные с раздувом и растяжением	1,230	1,250
PMMA — Полиметилметакрилат / акрил	1,170	1.200
PMMA (акрил) High Heat	1,150	1,250
ПММА (акрил) с модифицированным ударным воздействием	1,100	1.200
PMP — Полиметилпентен	0,835	0,840
PMP, армированный 30% стекловолокном	1.050	1.050
PMP Минеральное наполнение	1.080	1,100
ПОМ — Полиоксиметилен (Ацеталь)	1,410	1,420
ПОМ (Ацеталь) с модифицированным ударным воздействием	1,300	1,350
ПОМ (Ацеталь) Низкое трение	1.400	1,540
ПОМ (Ацеталь) Минеральное наполнение	1,500	1,600
PP — полипропилен 10-20% стекловолокно	0,970	1.050
ПП, 10-40% минерального наполнителя	0,970	1,250
ПП, 10-40% талька с наполнителем	0,970	1,250
PP, 30-40% армированный стекловолокном	1.100	1,230
Сополимер PP (полипропилен)	0,900	0,910
PP (полипропилен) гомополимер	0,900	0,910
Гомополимер ПП, длинное стекловолокно, 30% наполнителя по весу	1,100	1,100
Гомополимер ПП, длинное стекловолокно, 40% наполнителя по весу	1.200	1.200
Гомополимер ПП, длинное стекловолокно, 50% наполнителя по весу	1.300	1,300
ПП, модифицированный при ударе	0,880	0,910
PPA — полифталамид	1,110	1.200
PPA, усиление 33% стекловолокном — высокая текучесть	0,140	0,150
PPA, 45% армированный стекловолокном	1,580	1,600
PPE — Полифениленовый эфир	1.040	1.100
СИЗ, 30% армированные стекловолокном	1,260	1,280
СИЗ, огнестойкий	1.060	1,100
СИЗ, модифицированные при ударе	1.000	1.100
СИЗ, с минеральным наполнителем	1.200	1,250
PPS — полифениленсульфид	1,350	1,350
PPS, армированный стекловолокном на 20-30%	1.400	1.600
PPS, армированный 40% стекловолокном	1,600	1,700
PPS, проводящий	1,400	1.800
PPS, стекловолокно и минеральное наполнение	1,800	2.000
PPSU — полифениленсульфон	1,290	1,300
PS (полистирол) 30% стекловолокно	1.250	1,250
ПС (полистирол) Кристалл	1.040	1.050
PS, высокая температура	1.040	1.050
PSU — полисульфон	1,240	1,250
PSU, 30% усиленное стекловолокном	1,400	1.500
PSU Минеральное наполнение	1 500	1.600
PTFE — политетрафторэтилен	2.100	2.200
ПТФЭ, армированный стекловолокном на 25%	2.200	2.300
ПВХ (поливинилхлорид), армированный 20% стекловолокном	1,450	1.500
ПВХ, пластифицированный	1,300	1,700
ПВХ, пластифицированный наполнитель	1.150	1,350
ПВХ жесткий	1.350	1.500
ПВДХ — поливинилиденхлорид	1.600	1,750
PVDF — поливинилиденфторид	1,700	1.800
SAN — Стиролакрилонитрил	1.060	1.100
SAN, армированный стекловолокном на 20%	1.200	1,400
SMA — малеиновый ангидрид стирола	1.050	1.080
SMA, армированный стекловолокном на 20%	1.200	1.200
SMA, огнестойкий V0	1.200	1.200
SMMA — метилметакрилат стирола	1.050	1.130
SRP — Самоупрочняющийся полифенилен	1.190	1,210
Смесь TPI-PEEK, сверхвысокая температура, химическая стойкость, высокая текучесть, 240 ° C UL RTI	1.380	1,380
TPS / PE BLend — смесь термопластичного крахмала и полиэтилена (протестировано 30 микронных пленок)	1.150	1.200
TPS, впрыск общего назначения	1,400	1,650
TPS, водонепроницаемость	1,340	1,380
UHMWPE — сверхвысокомолекулярный полиэтилен	0,930	0,950
XLPE — сшитый полиэтилен	0.915	1,400

Справка по тесту: поток жидкости | 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 — важная часть большинства промышленных процессов; особенно те, которые связаны с передачей тепла. Часто, когда требуется отвести тепло из 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 подачи жидкости также обычно используются для 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 трубопроводу и компонентам с разной скоростью и часто подвергаются разным ускорениям.

Несмотря на то, что подробный анализ потока жидкости может быть чрезвычайно трудным, основные концепции, связанные с проблемами потока жидкости, довольно просты. Эти базовые концепции могут быть применены при решении проблем потока жидкости путем использования упрощающих допущений и средних значений, где это необходимо. Несмотря на то, что такого типа анализа будет недостаточно при инженерном проектировании систем, он очень полезен для понимания работы систем и прогнозирования приблизительной реакции жидкостных систем на изменения рабочих параметров.

Основные принципы потока жидкости включают три концепции или принципа; первые два из которых студент был представлен в предыдущих руководствах. Первый — это принцип количества движения (приводящий к уравнениям сил жидкости), который был рассмотрен в руководстве по классической физике. Второй — это сохранение энергии (ведущее к первому закону термодинамики), которое изучалось в термодинамике. Третий — это сохранение массы (приводящее к уравнению неразрывности), которое будет объяснено в этом модуле.

Свойства жидкостей

Жидкость — это любое вещество, которое течет, потому что его частицы не прикреплены друг к другу жестко. Сюда входят жидкости, газы и даже некоторые материалы, которые обычно считаются твердыми телами, например стекло. По сути, жидкости — это материалы, которые не имеют 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 горячий или холодный материал. Его можно использовать для прогнозирования направления передачи тепла. Давление определялось как сила на единицу площади. Обычными единицами измерения давления являются фунты силы на квадратный дюйм (psi). Масса определяется как количество вещества, содержащегося в теле, и его следует отличать от веса, который измеряется силой тяжести на теле. Удельный объем вещества — это объем на единицу массы вещества.Типичные единицы: футы ³ / фунт. Плотность — это масса вещества на единицу объема. Типичные единицы — фунт / фут ³ . Плотность и удельный объем противоположны друг другу. И плотность, и удельный объем зависят от температуры и в некоторой степени от давления жидкости. По мере увеличения температуры жидкости плотность уменьшается, а удельный объем увеличивается. Поскольку жидкости считаются несжимаемыми, увеличение давления не приведет к изменению плотности или удельного объема жидкости.На самом деле жидкости можно слегка сжимать при высоких давлениях, что приводит к небольшому увеличению плотности и небольшому уменьшению удельного объема жидкости.

Плавучесть

Плавучесть определяется как тенденция тела плавать или подниматься при погружении в жидкость. У всех нас было множество возможностей наблюдать плавучие эффекты жидкости. Когда мы идем плавать, наши тела почти полностью поддерживаются водой. Дерево, лед и пробка плавают на воде.Когда мы поднимаем камень с русла ручья, он внезапно кажется тяжелее, выходя из воды. Лодки полагаются на эту плавучую силу, чтобы оставаться на плаву. Величина этого плавучего эффекта была впервые вычислена и указана греческим философом Архимедом. Когда тело помещается в жидкость, оно поддерживается силой, равной весу вытесняемой им воды.

Если тело весит больше, чем жидкость, которую оно вытесняет, оно тонет, но будет казаться, что теряет вес, равный весу вытесненной жидкости, как наша скала.Если тело весит меньше, чем вес вытесненной жидкости, тело поднимется на поверхность, в конечном итоге, плавая на такой глубине, которая вытеснит объем жидкости, вес которой будет равен его собственному весу. Плавающее тело вытесняет текучую среду, в которой оно плавает, под собственным весом.

Сжимаемость

Сжимаемость — это мера изменения объема, которому подвергается вещество, когда на вещество оказывается давление. Жидкости обычно считаются несжимаемыми.Например, давление 16 400 фунтов на квадратный дюйм приведет к уменьшению данного объема воды всего на 5% от его объема при атмосферном давлении. С другой стороны, газы очень сжимаются. Объем газа можно легко изменить, оказав на газ внешнее давление. несколько футов заметно больше атмосферного давления.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 меняется, и это заставляет жидкость покидать резервуар с разными скоростями. Давление определялось как сила на единицу площади. В случае этого резервуара сила обусловлена ​​весом воды выше точки, в которой определяется давление.

Давление = Сила / Площадь

= Вес / Площадь

P = (мг) / (A g _c )

= (ρ V g) / (A g _c )

Где:

m = масса в фунтах

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

г _c = 32 фунт-фут / фунт-сила-сек ²

A = площадь в футах ²

V = объем в футах ³

ρ = плотность жидкости в фунтах / футах ³

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

P = (ρ A hg) / (A g _c )

P = (ρ hg) / (g _c )

Это уравнение говорит нам, что давление оказываемое водяным столбом прямо пропорционально высоте столба и плотности воды и не зависит от площади поперечного сечения столба. Давление на тридцать футов ниже поверхности стояка диаметром один дюйм такое же, как давление на тридцать футов ниже поверхности большого озера.

Пример 1:

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

Решение:

P = (ρhg) / г _c

P _{10 футов} = (62,4 фунт / фут ³ ) (1 фут) (32,17 фут / сек ² / (32,17 фунт-м фут / фунт-сила / дюйм ² )

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

= 4,33 фунт-силы / дюйм ²

P ₂₀ = ( 624 фунт / фут ³ ) (20 футов) (32.17 фут / сек ² /( 32,17 фунт-фут / фунт-сила-сек ² )

= 1248 фунт-сила / фут ² (1 фут ² /144 дюйма ² )

= 8,67 фунт-силы / дюйм

P _{30 футов} = (62,4 фунт / фут3) (30 футов) (32,17 фут / сек ² / 32,17 фунт-фут / фунт-сила-сек ² )

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

= 13,00 фунт-сил / дюйм ²

Пример 2:

Цилиндрический резервуар для воды высотой 40 футов и диаметром 20 футов заполнен водой с плотностью из 61.9 фунт / фут ³ .

(а) Какое давление воды на дне резервуара?

(b) Какая средняя сила действует на дно?

Решение:

(a) P = (phg) / g _c

P = (61,9 фунт / фут ³ ) (40 футов) (32,17 фут / сек ² / 32,17 фунт / фут / фут) фунт-сила-сек ² )

= 2476 фунт-сила / фут ² (1 фут ² /144 дюйма ² )

= 17,2 фунт-силы / дюйм ²

(b) Давление = сила / площадь

Сила = (Давление) (Площадь)

Площадь = πr ²

F = (17.2 фунта-силы / дюйм ² ) π (10 футов) ² (144 дюйма ² /1 фут ² )

= 7,78 x 10 ⁵ фунтов силы

Закон Паскаля

Давление жидкостей в каждом из ранее упомянутых случаев было связано с весом жидкости. Давление жидкости также может быть результатом приложения внешних сил к жидкости. Рассмотрим следующие примеры. На рисунке 2 изображен контейнер, полностью заполненный жидкостью. A, B, C, D и E представляют собой поршни одинаковой площади поперечного сечения, вставленные в стенки резервуара.На поршни C, D и E будут действовать силы из-за давления, вызванного разной 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 позвольте приложить к поршню А внешнюю силу в 50 фунтов-силы. Эта внешняя сила вызовет повышение давления во всех точках контейнера на такую ​​же величину. Поскольку все поршни имеют одинаковую площадь поперечного сечения, увеличение давления приведет к тому, что силы, действующие на поршни, увеличатся на 50 фунтов-силы.Таким образом, если к поршню A приложена внешняя сила в 50 фунтов-силы, сила, оказываемая жидкостью на другие поршни, теперь будет следующей: B = 50 фунтов-силы, C = 60 фунтов-силы, D = 80 фунтов-силы и E = 75 фунтов-силы. . »

Этот эффект внешней силы на замкнутый флюид был впервые заявлен Паскалем в 1653 году.

Давление, приложенное к замкнутому флюиду, передается в неизменном виде через
замкнутый сосуд системы.

Рисунок 2: Закон Паскаля

Контрольный объем

В термодинамике контрольный объем был определен 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 потока жидкости обычно принимается за физическую границу части, через которую протекает поток. Концепция контрольного объема используется в приложениях гидродинамики с использованием принципов непрерывности, импульса и энергии, упомянутых в начале этой главы. После того, как 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 потока жидкости обычно рассматривается жидкость, пересекающая границы контрольного объема, подход контрольного объема упоминается как «открытый» системный анализ, аналогичный концепциям, изучаемым в термодинамике. В ядерной области есть особые случаи, когда жидкость не пересекает контрольную границу. Подобные случаи изучаются с использованием «закрытого» системного подхода.

Независимо от природы потока, все ситуации, связанные с потоком, подчиняются установленным основным законам природы, которые инженеры выразили в форме уравнений.Сохранение массы и сохранение энергии всегда выполняются в задачах с жидкостью, наряду с законами движения Ньютона. Кроме того, каждая задача будет иметь физические ограничения, называемые математически граничными условиями, которые должны быть выполнены, прежде чем решение проблемы будет согласовано с физическими результатами.

Объемный расход

Объемный расход расход расход (V˙) системы — это мера объема жидкости, проходящей через точку в системе за единицу времени.Объемный расход можно рассчитать как произведение площади поперечного сечения (A) 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 приводит к объемному расходу, измеренному 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 замените площадь.

V˙ = (π r 2) v

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

V˙ = 1,22 фута ³ / сек

Масса Расход

Массовый расход (м²) системы — это мера массы жидкости, проходящей через точку в системе за 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 выражен в кубических футах в секунду, а плотность выражена в фунтах-массе на кубический фут, уравнение 3-2 приводит к массовому расходу, измеренному 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 из уравнения 3-1 позволяет напрямую рассчитать массовый расход.

m˙ = ρ A v (3-3)

Пример:

Вода в трубе из предыдущего примера имела плотность 62.44 фунт / фут3. Рассчитайте массовый расход.

Решение:

м˙ = ρ V˙

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

м˙ = 76,2 фунт / м²

Сохранение массы

Из термодинамики вы узнали, что энергия не может быть ни создана, ни уничтожена, а только изменена по форме. То же самое и с массой. 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.Математически этот принцип выражается уравнением 3-4.

м˙

_дюйм = м˙ _выход + ∆m / ∆t (3-4)

где:

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

Устойчивый поток

Устойчивый поток относится к состоянию, при котором свойства жидкости в любой отдельной 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 в каком-либо компоненте системы не происходит накопления массы.

Уравнение неразрывности

Уравнение неразрывности — это просто математическое выражение принципа сохранения массы. Для контрольного объема, который имеет один вход и один выход, принцип сохранения массы гласит, что для установившегося потока массовый расход в объеме должен равняться массовому расходу на выходе.Уравнение неразрывности для этой ситуации выражается уравнением 3-5.

м˙

_вход = м˙ _выход (3-5)

(ρAv) _вход = (ρAv) _выход

Для контрольного объема с несколькими входами и выходами принцип сохранения масса требует, чтобы сумма массовых расходов в контрольном объеме была равна сумме массовых расходов из контрольного объема. Уравнение неразрывности для этой более общей ситуации выражается уравнением 3-6.

∑ м˙

_входов = м˙ _{выходов} (3-6)

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

Пример: уравнение непрерывности — расширение трубопровода

Установившийся поток существует в трубе, которая постепенно расширяется с диаметра 6 дюймов до диаметра 8 дюймов. Плотность жидкости в трубе постоянна и равна 60 .8 фунт / фут3. Если скорость потока составляет 22,4 фута / сек в секции 6 дюймов, какова скорость потока в секции 8 дюймов?

Решение:

Из уравнения неразрывности мы знаем, что массовый расход в секции 6 дюймов должен равняться массовому расходу в секции 8 дюймов. Пусть нижний индекс 1 представляет 6-дюймовую секцию, а 2 — 8-дюймовую секцию, мы получим 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 _/ r ₁ ² ) (π / r ₂ ² )

v _{2 =} (22.4 фута / сек) [(3 дюйма) ² / (4 дюйма) ² ]

v _{2 =} 12,6 фута / сек

Таким образом, используя уравнение неразрывности, мы увеличиваем диаметр трубы от От 6 до 8 дюймов скорость потока снизилась с 22,4 до 12,6 футов / сек.

Уравнение неразрывности также можно использовать, чтобы показать, что уменьшение диаметра трубы приведет к увеличению скорости потока.

Пример: уравнение непрерывности — центробежный насос Рисунок 3: Уравнение непрерывности

Входной диаметр насоса охлаждающей жидкости реактора, показанный на рисунке 3, составляет 28 дюймов.в то время как поток на выходе через насос составляет 9200 фунтов / м3. Плотность воды составляет 49 фунт / фут3. Какая скорость на входе в насос?

Решение:

Вход = πr ² = (3,13) (14 дюймов ((1 фут / 12 дюймов)) ²

= 4,28 фута ²

м _вход = м ˙ _{на выходе} = 9200 фунтов / с

(ρAv) _{на входе} = 9200 фунтов / с

на входе = 9200 фунтов / с / Aρ

= (9200 фунтов / с) / [(4.28 футов 2) (49 фунт / фут ³ )]

v _вход = 43,9 футов / сек

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

Пример: уравнение непрерывности — несколько выходов Рисунок 4: Y-образная конфигурация для примера задачи

Трубопроводная система имеет Y-образную конфигурацию для разделения потока, как показано на рисунке 4. Диаметр входной ветви составляет 12 дюймов, и диаметры выпускных колен составляют 8 и 10 дюймов. Скорость в 10-дюймовых опорах составляет 10 футов / сек. Скорость потока через основную часть составляет 500 фунтов / м3. Плотность воды 62,4 фунта / фут3. Какова скорость на участке трубы диаметром 8 дюймов?

Решение:

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

= 0,349 фута ²

A ₁₀ = π [5 дюймов (1 фут / 12 дюймов)] ²

= 0,545 фута ²

Σm˙ _входов = Σm˙ _{выходов}

м˙ ₁₂ = m˙ ₁₀ + m˙ ₈

м˙ ₈ = m˙ ₁₂ — m˙ ₁₀

(ρAv) ₈ = m˙ ₁₂ — (ρAv) ₁₀

v ₈ = (m˙ ₁₂ — (ρAv) ₁₀ ) / (ρA) ₈

= [(500 фунт / сек) — (62.4 фунта / фут3) (0,545 фут 2) (10 фут / сек)] / (62,4 фунта / фут3) (0,349 фут ² )

v ₈ = 7,3 фут / сек

Основные положения данной главы кратко изложены на следующей странице.

• Изменения плотности жидкости обратно пропорциональны изменениям температуры.

• Плавучесть — это тенденция тела плавать или подниматься при погружении в жидкость.

• Давление , оказываемое водяным столбом, прямо пропорционально высоте столба и плотности воды.

P = ρ h г / г _c

• Закон Паскаля гласит, что давление, приложенное к замкнутой жидкости, передается в неизменном виде по замкнутому 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 масса в контрольном объеме.

• Для контрольного объема с одним входом и выходом уравнение неразрывности может быть выражено следующим образом:

м˙ на входе = м˙ на выходе

• Для контрольного объема с несколькими входами и выходов уравнение непрерывности:

m˙ входов = m выходов

Режимы потока

Весь поток жидкости подразделяется на одну из двух широких категорий или режимов.Эти два режима потока — ламинарный поток и турбулентный поток. Режим потока, будь то ламинарный или турбулентный, важен при проектировании и работе любой жидкостной системы. Величина гидравлического трения, которая определяет количество энергии, необходимой для поддержания желаемого потока, зависит от режима потока. Это также является важным соображением в некоторых приложениях, связанных с теплопередачей жидкости.

Ламинарный поток

Ламинарный поток также называют обтекаемым или вязким потоком.Эти термины описывают поток, потому что в ламинарном потоке (1) слои воды текут друг над другом с разными скоростями практически без перемешивания между слоями, (2) частицы жидкости движутся по определенным и наблюдаемым траекториям или линиям тока и (3) ) течение характерно для вязкой (густой) жидкости или является потоком, в котором вязкость жидкости играет значительную роль.

Турбулентный поток

Турбулентный поток характеризуется неравномерным движением частиц жидкости. Нет определенной частоты, как в волновом движении.Частицы движутся по неправильным траекториям, без видимого рисунка и 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 поток в трубе ламинарный, распределение скорости в поперечном сечении будет параболическим по форме с максимальной скоростью в центре, примерно вдвое превышающей среднюю скорость в трубе.В турбулентном потоке существует довольно равномерное 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, по существу равна нулю и увеличивается по мере удаления от стенки.

Рисунок 5: Профили скорости ламинарного и турбулентного потока

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

Средняя (объемная) скорость

Во многих задачах потока жидкости вместо определения точных скоростей в разных местах 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 по большей части поперечного сечения трубы. Разумно предположить, что средняя скорость равна скорости в центре трубы.

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

Вязкость

Вязкость — это свойство жидкости, которое измеряет сопротивление жидкости деформации из-за 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 существенно зависит от температуры жидкости и относительно не зависит от давления.Для большинства жидкостей, когда температура жидкости увеличивается, вязкость жидкости уменьшается. Пример этого можно увидеть в смазочном масле двигателей. Когда двигатель и его смазочное масло холодные, масло очень вязкое или густое. После запуска двигателя и повышения температуры смазочного масла вязкость масла значительно снижается, и масло кажется намного более жидким.

Идеальная жидкость

Идеальная жидкость — это несжимаемая жидкость без вязкости.Идеальных жидкостей на самом деле не существует, но иногда полезно рассмотреть, что случилось бы с идеальной жидкостью в конкретной задаче потока жидкости, чтобы упростить задачу.

Число Рейнольдса

Режим потока (ламинарный или турбулентный) определяется путем оценки числа Рейнольдса потока (см. Рисунок 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 (без единицы измерения)

v = средняя скорость (фут / сек)

D = диаметр трубы (футы)

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

ρ = массовая плотность жидкости (фунт-сила / фут3)

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

Для практических целей, если число Рейнольдса меньше 2000, поток является ламинарным.Если оно больше 3500, поток турбулентный. Потоки с числами Рейнольдса от 2000 до 3500 иногда называют переходными. Большинство жидкостных систем на ядерных установках работают с турбулентным потоком. Число Рейнольдса можно удобно определить с помощью диаграммы Moody Chart; пример которого приведен в Приложении B. Дополнительные сведения об использовании диаграммы Moody Chart представлены в последующем тексте.

Основные положения этой главы кратко изложены ниже.

• Ламинарный поток Слои воды текут друг над другом с разной скоростью, практически без перемешивания 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 Поток характеризуется неравномерным движением частиц жидкости. Профиль скорости турбулентного потока довольно плоский в центральной части 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 из-за силы сдвига. Для большинства жидкостей температура и вязкость обратно пропорциональны.

• Идеальная жидкость — это несжимаемая жидкость без 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 использовался для разработки общего уравнения энергии в модуле по термодинамике. Уравнение 3-8 представляет собой формулировку общего уравнения энергии для открытой системы.

Q + (U + PE + KE + PV) _дюйм =

W + (U + PE + KE + PV)

_выход + (U + PE + KE + PV) _{сохраненный} (3-8 )

где:

Q = тепло (британские тепловые единицы)

U = внутренняя энергия (британские тепловые единицы)

PE = потенциальная энергия (фут-фунт-сила)

KE = кинетическая энергия (фут-фунт-сила)

P = давление ( фунт-сила / фут ² )

V = объем (фут ³ )

W = работа (фут-фунт-сила)

Упрощенное уравнение Бернулли

Уравнение Бернулли является результатом применения общего уравнения энергии и первого закона термодинамики к системе с установившимся потоком, в которой никакая работа не выполняется с жидкостью или ею, тепло не передается к 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 Equation 3-10.

мгц

_1/ г _c + mv ₁ ^2/ 2g _c + P ₁ V ₁ = мгz _2/ г _c + mv ₂ ^2/ 2g _c + P ₂ V ₂ (3-10)

где:

m = масса (фунт-м)

z = высота над ссылка (фут)

v = средняя скорость (фут / сек)

g = ускорение свободного падения (32.17 футов / сек ² )

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

Примечание: коэффициент g _c требуется только при использовании английской системы измерения и Масса измеряется в фунтах массы. По сути, это коэффициент преобразования, необходимый для непосредственного вывода единиц измерения. Нет необходимости в множителе, если масса измеряется в пробках 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, и наоборот.

Умножение всех членов в уравнении 3-10 на коэффициент gc / mg дает форму уравнения Бернулли, показанного уравнением 3-11.

z

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 для всех различных форм энергии в уравнении 3-11 измеряются в единицах расстояния, эти термины иногда называют «Напоры» (напор, напор и напор).Термин «напор» используется инженерами применительно к давлению. Это ссылка на высоту, обычно в футах, водяного столба, который будет выдерживать данное давление. Каждую из энергий, которыми обладает жидкость, можно выразить через голову. Высота напора представляет потенциальную энергию жидкости из-за ее возвышения над контрольным 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.Напор представляет собой энергию потока столба жидкости, вес которой эквивалентен давлению жидкости.

Сумма подъемного напора, скоростного напора и напора жидкости называется общим 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 площади 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 лежит горизонтально, напор не меняется; следовательно, уменьшение скоростного напора должно быть компенсировано 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 отметки, результат будет таким же, но по разным причинам. В этом случае скорость потока и скоростной напор должны быть постоянными, чтобы удовлетворять уравнению неразрывности массы.

Таким образом, уменьшение напора можно компенсировать только увеличением напора. Опять же, жидкость несжимаема, поэтому увеличение напора должно приводить к увеличению давления.

Хотя уравнение Бернулли налагает на него несколько ограничений, существует множество задач с физической жидкостью, к которым оно применяется.Как и в случае сохранения массы, уравнение Бернулли может применяться к задачам, в которых более одного потока могут одновременно входить в систему или выходить из нее. Особо следует отметить тот факт, что задачи последовательной и параллельной системы трубопроводов решаются с помощью уравнения Бернулли.

Пример: уравнение Бернулли

Предположим, что поток без трения в длинной горизонтальной конической трубе. Диаметр составляет 2,0 фута на одном конце и 4,0 фута на другом. Напор на меньшем конце составляет 16 футов водяного столба.Если вода течет через этот конус со скоростью 125,6 фут3 / сек, 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 футов ³ / сек / π (1 фут) ² v ₂ = 125,6 футов ³ / сек / π (2 фута) ²

v ₁ = 40 фут / сек v ₂ = 10 фут / сек

z 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

P ₂ ν ₂ г _{c /} g = P ₁ ν ₁ г _c / g + (z ₁ — z ₂ ) + (v ₁ ² — v ₂ ² ) / 2g

= 16 футов + 0 футов + [(40 футов / сек) ² — (10 футов / сек) ² /2 (32.17 фут-фунт-сила / фунт-сила — сек ² )]

= 39,3 фута

Ограничения упрощенного уравнения Бернулли

Практическое применение упрощенного уравнения Бернулли к реальным трубопроводным системам невозможно из-за двух ограничений. Одно серьезное ограничение уравнения Бернулли в его нынешней форме состоит в том, что трение жидкости недопустимо при решении проблем трубопроводов. Следовательно, уравнение 3-10 применимо только к идеальным жидкостям. Однако в действительности общий напор жидкости не может быть полностью перенесен из одной точки в другую из-за трения.Учет этих потерь напора даст гораздо более точное описание того, что происходит физически. Это особенно верно, потому что одна из задач насоса в гидравлической системе — преодоление потерь давления из-за трения трубы.

Второе ограничение в уравнении Бернулли состоит в том, что нельзя выполнять какую-либо работу с жидкостью или с ней. Это ограничение предотвращает анализ двух точек в потоке жидкости, если между двумя точками существует насос. Поскольку большинство проточных систем включает насосы, это существенное ограничение.К счастью, упрощенное уравнение Бернулли можно модифицировать таким образом, чтобы удовлетворительно учитывать потери напора и работу насоса.

Расширенное Бернулли

Уравнение Бернулли можно модифицировать, чтобы учесть прибыли и убытки напора. Полученное уравнение, называемое расширенным уравнением Бернулли, очень полезно при решении большинства задач потока жидкости. Фактически, расширенное уравнение Бернулли, вероятно, используется больше, чем любое другое уравнение потока 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 = высота над исходным уровнем (футы)

v = средняя скорость жидкости ( фут / сек)

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

ν = удельный объем жидкости (фут ³ / фунт · м)

л.с. = напор, добавляемый насосом (фут)

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

g = ускорение свободного падения (фут / сек ² )

Потеря напора из-за гидравлического трения (Hf) представляет собой энергию, используемую для преодоления трения, вызванного стенками трубка.Хотя это представляет собой потерю энергии с точки зрения потока текучей среды, обычно это не означает значительную потерю общей энергии текучей среды. Это также не нарушает закон сохранения энергии, поскольку потеря напора из-за трения приводит к эквивалентному увеличению внутренней энергии (u) жидкости. Эти потери являются наибольшими, 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 (основанными почти исключительно на экспериментальных данных) и основаны на константе пропорциональности, называемой коэффициентом трения (f), который будет обсуждаться в следующем разделе.

Пример: Extended Bernoulli

Вода перекачивается из большого резервуара в точку на 65 футов выше резервуара. Сколько футов напора должно быть добавлено насосом, если через 6-дюймовую трубу проходит 8000 фунтов / час, 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 ² .

Решение:

Чтобы использовать модифицированную форму уравнения Бернулли, ориентиры 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, то есть атмосферное давление. Скорость в точке 1 будет практически равна нулю.

Использование уравнения 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 фунт / час / (62,4 фунт / фут ³ ) 0,2006 фут ²

v ₂ = 639 фут / час (1 час / 3600 сек)

v ₂ = 0.178 фут / с

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

H _{p =} (z _{2 —} z ₁ ) + (v ₂ ² — v ₁ ² ) / 2g + (P ₂ — P ₁ ) ν (g _c / g) + H _f

H _p = 65 футов + [(0.178 фут / сек) ² — (фут / сек) ² ] / [2 (32,17 фут-фунт-сила / фунт-сила-сек ² )] + 0 футов + 2 фута

H _p = 67 футов [/ box]

Следует отметить, что решение этой примерной задачи имеет числовое значение, которое «имеет смысл» из данных, приведенных в задаче. Общее увеличение напора на 67 футов в основном связано с увеличением оценки на 65 футов и увеличением напора трения на 2 фута.

Применение уравнения Бернулли к трубке Вентури

Многие компоненты установки, такие как трубка Вентури, могут быть проанализированы с использованием уравнения Бернулли и уравнения неразрывности.Вентури — это устройство для измерения расхода, которое состоит из постепенного сжатия с последующим постепенным расширением. Пример трубки Вентури показан на рисунке 6. Измеряя перепад 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.

Рисунок 6: Измеритель Вентури

Уравнение Бернулли утверждает, что общий напор потока должен быть постоянным. Так как высота не изменяется значительно, если вообще не изменяется между точками 1 и 2, высота напора в этих двух точках будет по существу одинакова и будет исключена из уравнения.Таким образом, уравнение Бернулли упрощается до уравнения 3-13 для трубки Вентури.

v

₁ ² / 2g + P ₁ ν ₁ г _c / g = v ₂ ² / 2g + P ₂ ν ₂ г _{c /} g (3-13)

Применение уравнения неразрывности к точкам 1 и 2 позволяет нам выразить скорость потока в точке 1 как функцию скорости потока в точке 2 и отношения двух областей потока.

ρ ₁ A ₁ v ₁ = ρ ₂ A ₂ v ₂

v ₁ = ρ ₂ A ₂ v ₂ / ρ ₁ A ₁

v _{1 =} v ₂ A ₂ / A ₁

Использование алгебры для преобразования уравнения 3-13 и замена вышеприведенного результата на v ₁ позволяет нам решить для v ₂ .

v ₂ ² — v ₁ ² / 2g = (P ₁ –P ₂ ) ν g _{c /} g

v ₂ ² — (v ₂ A ₂ / A ₁ ) ² = (P ₁ — P ₂ ) 2 ν g _c

v ₂ ² (1 — (A ₂ / A ₁ ) ² ) = (P ₁ — P ₂ ) 2 ν g _c

v ₂ ² = (P ₁ — P ₂ ) 2 ν g _c / (1 — (A2 / A1) ² )

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

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

Следовательно, скорость потока в горловине трубки Вентури и объемный расход являются прямыми y пропорционально квадратному корню из перепада давления.

Давления на участке выше по потоку и в горловине являются фактическими давлениями, а скорости из уравнения Бернулли без потерь являются теоретическими скоростями. Когда потери учитываются в уравнении энергии, 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 коэффициент Вентури (C _v ), который учитывает потери на трение и равен 0.98 для большинства 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 рисунке 6. Показание R ‘манометра пропорционально падению давления и, следовательно, скорости жидкости.

Основные положения этой главы кратко изложены ниже.

• Краткое изложение уравнения Бернулли

• Уравнение Бернулли представляет собой приложение Первого закона термодинамики.

• Уравнение Бернулли представляет собой приложение общего уравнения энергии к системе с установившимся потоком, в которой никакая работа не совершается с жидкостью или жидкостью, тепло не передается к жидкости или от нее, и не происходит никаких изменений внутренней энергии жидкости.

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

• Поскольку жидкость течет в системе трубопроводов, изменения высоты, скорости и напора должны быть согласованными, чтобы удовлетворялось уравнение Бернулли.

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

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

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

Потеря напора

Потеря напора — это мера уменьшения общего напора (сумма подъемного напора, скоростного напора и напора) жидкости при ее движении через жидкостную систему. В реальных жидкостях потеря напора неизбежна. Это происходит из-за: трения между жидкостью и стенками трубы; трение между соседними частицами жидкости при их движении относительно друг друга; и турбулентность, вызываемая всякий раз, когда поток перенаправляется или каким-либо образом влияет на такие компоненты, как входы и выходы трубопроводов, насосы, клапаны, редукторы потока и фитинги.

Потери на трение — это часть общей потери напора, которая возникает, когда жидкость течет 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

Коэффициент трения, как было установлено, 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 Moody Chart (Рисунок A). Диаграмму Moody Chart можно использовать для определения коэффициента трения на основе числа Рейнольдса и относительной шероховатости.

Рисунок A: Moody Chart Пример:

Определите коэффициент трения (f) для потока жидкости в трубе с числом Рейнольдса 40 000 и относительной шероховатостью 0.01.

Решение:

Используя диаграмму Moody Chart, 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 (без агрегата)

L = длина трубы (футы)

D = диаметр длины трубы (футы)

v = скорость жидкости (фут / сек)

g = ускорение свободного падения (фут / сек ² )

Пример:

Уравнение потери напора Дарси Труба длиной 100 футов и диаметром 20 дюймов содержит воду при температуре 200 ° F, текущую с массовым расходом 700 фунтов / м3.Вода имеет плотность 60 фунтов / фут ³ и вязкость 1,978 x 10 ^-7 фунт-сила-сек / фут ² . Относительная шероховатость трубы 0,00008. Рассчитайте потерю напора для трубы.

Решение:

Для решения этой проблемы необходимо сначала определить скорость потока. Во-вторых, используя скорость потока и заданные свойства жидкости, вычислите число Рейнольдса. В-третьих, определите коэффициент трения по числу Рейнольдса и относительной шероховатости.Наконец, используйте уравнение Дарси, чтобы определить потерю напора.

м˙ = ρ A v

v = м˙ / ρ A

= (700 фунт / сек) / (60 фунт / фут ³ ) π (10 дюймов) ² (1 фут ² / 144 дюйма ²⁾

v = 5,35 фут / с

N _R = ρ v D / мкг _c

N _R = (60 фунтов / фут ³ ) (5,35 футов / сек) (20 дюймов) (1 фут / 12 дюймов) / (1,978 x 10 ^-7 фунт-сила-сек / фут ² ) (32,17 фут-фунт-сила / фунт-сила-фут-сек ²⁾ =

N _R = 8.4 x 10 ⁷

Используйте диаграмму Moody 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 фута

Незначительные потери

Потери, возникающие в трубопроводах из-за изгибов, локти, суставы, клапаны и т. д.иногда называют незначительными потерями. Это неправильное название, потому что во многих случаях эти потери более важны, чем потери из-за трения трубы, рассмотренные в предыдущем разделе. Для всех незначительных потерь в турбулентном потоке потеря напора изменяется пропорционально квадрату скорости. Таким образом, удобный метод выражения незначительных потерь потока — это коэффициент потерь (k). Значения коэффициента потерь (k) для типовых ситуаций и арматуры можно найти в стандартных справочниках. Форма уравнения Дарси, используемого для расчета незначительных потерь отдельных компонентов жидкостной системы, выражается уравнением 3-15.

H

_f = kv ² / 2g (3-15)

Эквивалентная длина трубопровода

Незначительные потери могут быть выражены через эквивалентную длину (Leq) трубы, которая будет иметь такую ​​же потерю напора для такая же скорость нагнетаемого потока. Эту связь можно найти, установив две формы уравнения Дарси равными друг другу.

f L v ² / D 2g = kv ² / 2g

Это дает два полезных соотношения

L

_eq = k D / f (3-16)

k = f L

_eq / D (3-17)

Типичные значения L _eq / D для общих компонентов трубопроводной системы перечислены в таблице 1.Эквивалентная длина трубопровода, которая вызовет такие же потери напора, как и конкретный компонент, может быть определена путем умножения значения L _экв. / D для этого компонента на диаметр трубы. Чем выше значение L _eq / D, тем длиннее эквивалентная длина трубы.

Таблица 1: Типичные значения Leq / D Пример:

Полностью открытая задвижка находится в трубе диаметром 10 дюймов. Какая эквивалентная длина трубы вызовет такую ​​же потерю напора, как и задвижка?

Решение:

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

L _eq = (L / D) D

= 10 (10 дюймов)

= 100 дюймов

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

Основные положения этой главы кратко изложены ниже.

• Потеря напора — это уменьшение общего напора (сумма потенциального напора, скоростного напора и напора) жидкости, вызванное трением, присутствующим при движении жидкости.

• Потери на трение — это часть общей потери напора, которая возникает, когда жидкость течет по прямым трубам.

• Незначительные потери — это потери напора, возникающие из-за изгибов, колен, соединений, клапанов и других компонентов. Каждый раз, когда поток изменяет направление или изменяется площадь поперечного сечения, он испытывает потерю напора.

• Коэффициент трения для потока жидкости можно определить с помощью диаграммы Moody Chart, 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.

• Длину трубы, которая может вызвать такую ​​же потерю напора, как у клапана или фитинга, можно определить, умножив значение L / D для компонента, указанного в справочниках или руководствах поставщиков, на диаметр трубы.

Принудительная и естественная циркуляция

В предыдущих главах, посвященных потоку жидкости, было объяснено, 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 обозначается как принудительная циркуляция .

Некоторые жидкостные системы можно спроектировать таким образом, чтобы не было необходимости в насосах для обеспечения циркуляции. Напор, необходимый для компенсации потерь напора, создается градиентами плотности и перепадами высоты.Поток, возникающий в этих условиях, называется естественной циркуляцией .

Тепловая приводная головка

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

Рассмотрим два равных объема жидкости одного и того же типа. Если два объема имеют разную температуру, тогда 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 оказываться меньшая сила тяжести. Эта разница в силе тяжести, действующей на жидкость, будет приводить к тому, что более горячая жидкость поднимается, а более холодная жидкость опускается.

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

Тепло, добавляемое 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 вне воздушного шара. Это означает, что горячий воздух менее плотный и легкий, чем окружающий воздух. Поскольку воздух в воздушном шаре менее плотный, сила тяжести оказывает на него меньшее влияние. В результате воздушный шар весит меньше окружающего воздуха.Гравитация втягивает более холодный воздух в пространство, занимаемое воздушным шаром. Движение более холодного воздуха вниз выталкивает воздушный шар из ранее занятого пространства, и он поднимается.

Условия, необходимые для естественной циркуляции

Естественная циркуляция будет иметь место только при наличии правильных условий. Даже после того, как естественное кровообращение началось, устранение любого из этих условий приведет к остановке естественного кровообращения. Условия естественной циркуляции следующие.

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

2. Источник тепла находится ниже радиатора.

3. Жидкости должны контактировать друг с другом.

Должны быть два тела жидкости с разными температурами. Это также может быть одно жидкое тело с участками с разной температурой. Разница в температуре необходима для разницы 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 происходить в зоне с высокой температурой. В области низких температур должен существовать непрерывный отвод тепла радиатором. В противном случае температуры в конечном итоге выровнялись бы, и дальнейшая циркуляция прекратилась.

Источник тепла должен располагаться ниже радиатора. Как показано на примере воздушного шара, более теплая жидкость менее плотна и будет иметь тенденцию подниматься, а более холодная жидкость более плотная и будет иметь тенденцию опускаться.Чтобы воспользоваться преимуществом естественного движения теплых и холодных жидкостей, источник тепла и радиатор должны располагаться на соответствующей высоте.

Две области должны соприкасаться, чтобы был возможен поток между ними. Если путь потока заблокирован или заблокирован, 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 извлечения из реактора.Источником тепла является тепловыделяющая сборка. Радиатор — это основная часть воды в бассейне.

Вода в нижней части тепловыделяющей сборки поглощает энергию, генерируемую сборкой. Температура воды увеличивается, а плотность уменьшается. Сила тяжести втягивает более холодную (более плотную) воду в нижнюю часть узла, 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 сборке. По мере продвижения воды по длине сборки она поглощает больше энергии.Вода становится все светлее и светлее, непрерывно выталкиваясь вверх более плотной водой, движущейся под ней. В свою очередь, более холодная вода поглощает энергию от узла и также вынуждена подниматься по мере продолжения естественного циркуляционного потока. Вода, выходящая из верхней части топливной сборки, отдает свою энергию, смешиваясь с большей частью воды в бассейне. Основная часть воды в бассейне обычно охлаждается путем циркуляции через теплообменники в отдельном процессе.

Расход и разница температур

Тепловая приводная головка, которая вызывает естественную циркуляцию, возникает из-за изменения плотности, вызванного разницей температур.Как правило, чем больше разница температур между горячей и холодной областями жидкости, тем больше тепловая приводная головка и результирующая скорость потока. Однако рекомендуется держать горячую жидкость переохлажденной, чтобы предотвратить изменение фазы. Можно иметь естественную циркуляцию в двухфазном потоке, но, как правило, поддерживать поток труднее.

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

1. RCS ∆T (T _Hot — T _Cold ) должен составлять 25-80% от значения полной мощности и должен быть постоянным или медленно уменьшаться. Это указывает на то, что остаточное тепло удаляется из системы с достаточной скоростью для поддержания или снижения внутренней температуры.

2. RCS Температура горячих и холодных ног должна быть постоянной или медленно снижаться. Опять же, это указывает на то, что тепло удаляется, а тепловая нагрузка распада, как и ожидалось, уменьшается.

3. Давление пара парогенератора (давление вторичного контура) должно соответствовать температуре RCS. Это подтверждает, что парогенератор отводит тепло от охлаждающей жидкости RCS.

Если естественная циркуляция для PWR происходит или неизбежна, можно выполнить несколько действий, чтобы обеспечить или улучшить возможности охлаждения активной зоны. Во-первых, уровень в компенсаторе давления может поддерживаться выше 50%. Во-вторых, поддерживайте переохлаждение RCS на уровне 15 ^– F или выше.

Оба эти действия помогут предотвратить образование паровых карманов в RCS, где они будут ограничивать поток RCS.В-третьих, поддерживайте уровень воды в парогенераторе ≥ нормального диапазона. Это обеспечивает соответствующий теплоотвод, чтобы гарантировать, что отвод тепла будет достаточным для предотвращения закипания RCS.

Основные положения этой главы перечислены ниже.

• Естественный циркуляционный поток — это циркуляция жидкости без использования механических устройств.

• Принудительный циркуляционный поток — это циркуляция жидкости в системе с помощью насосов.

• Тепловая приводная головка является движущей силой для естественной циркуляции, вызванной разницей в плотности между двумя областями жидкости.

• Для поддержки естественной циркуляции необходимы три элемента:

• Должны быть теплоотвод и источник тепла.
• Источник тепла должен располагаться под радиатором.
• Между теплой и холодной жидкостью должны существовать пути потока.

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

• Естественная циркуляция в PWR может быть проверена путем мониторинга:

• RCS ∆T — 25% -80% значение полной мощности
• T _Hot / T _Cold — постоянно или медленно снижение
• Давление пара S / G — отслеживание температуры RCS

• Естественная циркуляция в PWR может быть увеличена за счет:

• поддерживать уровень компенсатора давления> 50%
• поддерживать RCS ≥ 15o F переохлаждение
• поддерживать адекватный теплоотвод, уровень S / G ≥ нормальный диапазон

Двухфазный поток жидкости

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

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, зависит от типа потока и является результатом увеличения скорости потока.Потери на двухфазное трение экспериментально определяются путем измерения перепада давления на различных элементах трубопровода.

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

R = H

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

где:

R = двухфазный множитель трения (без единиц)

H _f, два -фаза = двухфазная потеря напора из-за трения (футы)

H _f, насыщенная жидкость = однофазная потеря напора из-за трения (футы)

Множитель трения (R) оказался намного выше при более низких давлениях, чем при более высоких давлениях.Двухфазная потеря напора может быть во много раз больше, чем однофазная потеря напора.

Хотя для моделей двухфазного потока использовался широкий диапазон названий, мы определим только три типа потока. Используемые схемы потока определены следующим образом:

1. Пузырьковый поток: происходит рассеяние пузырьков пара в непрерывном потоке жидкости.

2. Пробковый поток: в пузырьковом потоке пузырьки растут за счет коалесценции и в конечном итоге становятся того же диаметра, что и труба. При этом образуются типичные пузыри 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 его реверсирования. Колебания потока — это изменения потока из-за образования пустот или механических препятствий при проектировании и производстве. Колебания потока в одном канале теплоносителя реактора иногда вызывают колебания потока в окружающих каналах теплоносителя из-за перераспределения потока.Колебания потока нежелательны по нескольким причинам. Во-первых, устойчивые колебания потока могут вызвать нежелательную вынужденную механическую вибрацию компонентов. Это может привести к выходу этих компонентов из строя из-за усталости. Во-вторых, колебания потока могут вызвать проблемы управления системой, имеющие особое значение в ядерных реакторах с жидкостным охлаждением, поскольку теплоноситель также используется в качестве замедлителя. В-третьих, колебания потока влияют на местные характеристики теплообмена и кипение. В ходе испытаний было обнаружено, что критический тепловой поток (CHF), необходимый для отклонения от пузырькового кипения (DNB), может быть снижен на целых 40%, когда поток колеблется.Это сильно снижает тепловой предел и плотность мощности по длине активной зоны реактора. Опять же, путем тестирования было обнаружено, что колебания потока не являются серьезной проблемой для некоторых реакторов с водой под давлением, если мощность не превышает 150% для нормальных условий потока. Колебания потока могут быть проблемой во время операций с естественной циркуляцией из-за присутствующих низких скоростей потока.

Во время естественной циркуляции пузырьки пара, образующиеся при колебаниях потока, могут иметь достаточно влияния, чтобы фактически вызвать полное реверсирование потока в затронутом канале.

И колебания потока, и реверсирование потока приводят к очень нестабильному состоянию, поскольку паровые покровы, образующиеся на нагретых поверхностях, напрямую влияют на способность отводить тепло от этих поверхностей.

Штыревой патрубок

В случае разрыва трубы сила реакции, создаваемая высокоскоростной струей жидкости, может вызвать смещение трубопровода и серьезное повреждение компонентов, контрольно-измерительных приборов и оборудования в зоне разрыва. Эта характеристика аналогична необслуживаемому садовому шлангу или пожарному шлангу, который непредсказуемо «хлестает».Этот тип отказа анализируется, чтобы свести к минимуму повреждение, если бы труба изгибалась поблизости от оборудования, связанного с безопасностью.

Гидравлический молот

Гидравлический удар — это ударная волна жидкости, возникающая в результате внезапного начала или остановки потока. На него влияют начальное давление в системе, плотность жидкости, скорость звука в жидкости, эластичность жидкости и трубы, изменение скорости жидкости, диаметр и толщина трубы и клапана. рабочее время.

Во время закрытия клапана кинетическая энергия движущейся жидкости преобразуется в потенциальную энергию. Эластичность жидкости и стенки трубы создает волну положительного давления, направленную обратно к источнику жидкости. Когда эта волна достигнет источника, масса жидкости будет в покое, но под огромным давлением. Сжатая жидкость и растянутые стенки трубы теперь начнут выпускать жидкость из трубы обратно к источнику и вернуться к статическому давлению источника. Это высвобождение энергии сформирует еще одну волну давления, возвращающуюся к клапану.Когда эта ударная волна достигает клапана, из-за импульса жидкости стенка трубы начинает сокращаться. Это сжатие передается обратно источнику, в результате чего давление в трубопроводе ниже статического давления источника. Эти волны давления будут перемещаться вперед и назад несколько раз, пока трение жидкости не демпфирует переменные волны давления до статического давления источника. Обычно весь процесс молота занимает менее одной секунды.

Первоначальный толчок внезапной остановки потока может вызвать переходные изменения давления, превышающие статическое давление.Если клапан закрывается медленно, потеря кинетической энергии будет постепенной. Если его закрыть быстро, потеря кинетической энергии будет очень быстрой. Из-за быстрой потери кинетической энергии возникает ударная волна. Ударная волна, вызванная гидравлическим ударом, может иметь достаточную силу, чтобы вызвать физическое повреждение трубопроводов, оборудования и персонала. Гидравлический удар в трубах, как известно, срывает опоры труб с их креплений, разрывает трубопроводы и вызывает их растрескивание.

Скачок давления

Скачок давления — это результирующий резкий рост давления выше статического, вызванный гидроударом.Максимальный всплеск давления будет в момент изменения расхода и регулируется следующим уравнением.

∆P = ρ _c ∆v / g _c

где:

∆P = скачок давления (фунт-сила / фут ² )

ρ = плотность жидкости (фунт / фут ³ )

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 с плотностью 62,4 фунт / фут ³ и давлением 120 фунтов на квадратный дюйм течет по трубе со скоростью 10 футов / сек. Скорость звука в воде 4780 футов / сек. Внезапно закрылся обратный клапан. Какое максимальное давление жидкости в фунтах на квадратный дюйм?

Раствор

P _Макс = P _{статический} + ΔP _Пик

P _Макс = 120 фунт-сила / дюйм ² + ρ _c ΔV / g _c

P _Макс = 120 фунт-сила / дюйм ² + (62.4 фунта / фут ³ ) (4780 фут / с) (10 фут / с) / (32,17 фунт-фут / фунт-сила с ² )

P _Макс. = 120 фунт-сила / дюйм ² + 64,3 фунта-силы / в ²

P _Макс = 76,3 фунта / кв. дюйм

Паровой молот

Паровой молот похож на гидравлический молот, за исключением того, что он предназначен для паровой системы. Паровой молот — это газовая ударная волна, возникающая в результате внезапного запуска или остановки потока. Паровой молот не так силен, 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, включают термический удар и водяные пробки (то есть конденсацию в паровой системе) в результате неправильного нагрева.

Рекомендации по эксплуатации

Гидравлический и паровой молот — не редкость на промышленных предприятиях.Изменения расхода в трубопроводных системах должны производиться медленно, что является частью надлежащей практики оператора. Чтобы предотвратить гидравлический и паровой удар, операторы должны обеспечить надлежащую вентиляцию жидкостных систем и обеспечить надлежащий слив газовых или паровых систем во время запуска. Если возможно, инициируйте запуск насоса при закрытом нагнетательном клапане и медленно откройте нагнетательный клапан, чтобы запустить поток в системе. Если возможно, запускайте насосы меньшей производительности перед насосами большей производительности. По возможности используйте клапаны разогрева вокруг запорных клапанов основного потока.Если возможно, закройте нагнетательные клапаны насоса перед остановкой насосов. Периодически проверяйте правильность работы влагоуловителей и воздухоотводчиков во время работы.

Основные положения этой главы кратко изложены ниже.

Комбинация жидкости и пара, протекающей по трубе, называется двухфазным потоком.

Типы двухфазного потока включают:

• Пузырьковый поток: происходит рассеяние пузырьков пара в непрерывном потоке жидкости.

• Пробковый поток: пузырьки растут за счет слияния и в конечном итоге становятся того же диаметра, что и труба, образуя пузырьки в форме пули.

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

Колебания и нестабильность основного потока могут вызвать:

• нежелательную механическую вибрацию компонентов.

• уменьшение теплового потока, необходимого для возникновения DNB.

• прерывание фактического циркуляционного потока.

Колебания и нестабильность потока могут возникать в следующих условиях:

• сердечник находится вне расчетных условий, мощность> 150%

• механический отказ, вызывающий закупорку потока

• недостаточное охлаждение активной зоны во время естественная циркуляция, при которой происходит кипение

Изгиб трубы — это смещение трубопровода, создаваемое реакционными силами высокоскоростной струи жидкости после разрыва трубы.

Гидравлический удар — это ударная волна жидкости, возникающая в результате внезапного начала или остановки потока.

Преобразование энергии в центробежном насосе

Жидкость, поступающая в центробежный насос, сразу же направляется в зону низкого давления в центре или в проушине рабочего колеса. При вращении крыльчатки и лопастей они передают импульс поступающей жидкости. Передача количества движения движущейся жидкости увеличивает скорость жидкости. По мере увеличения скорости жидкости увеличивается ее кинетическая энергия.Жидкость с высокой кинетической энергией вытесняется из области рабочего колеса и попадает в улитку.

Улитка — это область с постоянно увеличивающейся площадью поперечного сечения, предназначенная для преобразования кинетической энергии жидкости в давление жидкости. Механизм этого преобразования энергии такой же, как и для дозвукового потока через расширяющуюся часть сопла. Математический анализ потока через улитку основан на общем уравнении энергии, уравнении неразрывности и уравнении, связывающем внутренние свойства системы.Ключевыми параметрами, влияющими на преобразование энергии, являются увеличивающаяся площадь поперечного сечения улитки, более высокое противодавление системы на выходе улитки и несжимаемый дозвуковой поток жидкости. В результате взаимозависимости этих параметров поток жидкости в улитке, аналогичный дозвуковому потоку в расширяющемся сопле, испытывает уменьшение скорости и увеличение давления.

Рабочие характеристики центробежного насоса

Рис. 7: Типичные характеристики центробежного насоса Кривая

Обычно центробежный насос создает относительно небольшое повышение давления в жидкости.Это повышение давления может составлять от нескольких десятков до нескольких сотен фунтов на квадратный дюйм в центробежном насосе с одноступенчатым рабочим колесом. Термин PSID (фунт-сила на квадратный дюйм дифференциала) эквивалентен ∆P. В данном контексте это разница давлений на всасывании и нагнетании насоса. PSID также можно использовать для описания перепада давления в компоненте системы (сетчатые фильтры, фильтры, теплообменники, клапаны, деминерализаторы и т. Д.). Когда центробежный насос работает с постоянной скоростью, увеличение противодавления системы на текущий поток приводит к уменьшению величины объемной скорости потока, которую центробежный насос может поддерживать.

Анализ взаимосвязи между объемным расходом (), который центробежный насос V˙ может поддерживать, и перепадом давления на насосе (∆Ppump) 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 жидкости и вязкость жидкости. Результат этого сложного анализа для типичного центробежного насоса, работающего на одной конкретной скорости, показан на графике на рисунке 7.

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

Кавитация

Когда перекачиваемая жидкость попадает в проушину центробежного насоса, давление значительно снижается. Чем больше скорость потока через насос, тем больше перепад давления.Если перепад давления достаточно велик или если температура жидкости достаточно высока, перепад давления может быть достаточным, чтобы заставить жидкость мгновенно превращаться в пар, когда местное давление падает ниже давления насыщения для перекачиваемой жидкости. Эти пузырьки пара перемещаются вдоль рабочего колеса насоса вместе с жидкостью. По мере уменьшения скорости потока давление жидкости увеличивается. Это вызывает внезапное схлопывание пузырьков пара на внешних частях крыльчатки. Образование этих пузырьков пара и их последующее схлопывание — кавитация.

Кавитация может быть очень серьезной проблемой для центробежных насосов. Некоторые насосы могут быть рассчитаны на работу с ограниченным количеством кавитации. Большинство центробежных насосов не могут выдерживать кавитацию в течение значительных периодов времени; они повреждаются из-за эрозии рабочего колеса, вибрации или других проблем, вызванных кавитацией.

Чистый положительный напор на всасывании

Чтобы избежать кавитации во время работы насоса, можно контролировать чистый положительный напор на всасывании насоса.Чистый положительный напор на всасывании (NPSH) для насоса — это разница между давлением всасывания и давлением насыщения перекачиваемой жидкости. NPSH используется для измерения того, насколько жидкость близка к насыщенным условиям. Уравнение 3-19 можно использовать для расчета чистой положительной высоты всасывания, доступной для насоса. Единицы NPSH — футы воды.

NPSH = P

_{всасывание} — P _{насыщение} (3-19)

где:

P _{всасывание} = давление всасывания насоса

P _{насыщение} = давление насыщения для жидкости

При поддержании доступный NPSH на уровне больше, чем NPSH, требуемый производителем насоса, кавитации можно избежать.

Законы о насосах

Центробежные насосы обычно подчиняются так называемым законам о насосах. Эти законы гласят, что скорость потока или производительность прямо пропорциональны скорости насоса; напор прямо пропорционален квадрату скорости насоса; а мощность, требуемая двигателем насоса, прямо пропорциональна кубу скорости насоса. Эти законы суммированы в следующих уравнениях.

V˙ ∝ n (3-20)

H

_P ∝ n ² (3-21)

P ∝ n

³ (3-22)

где:

n = скорость рабочее колесо насоса (об / мин)

V = объемный расход насоса (галлонов в минуту или фут3 / час)

H _p = напор, развиваемый насосом (фунты на квадратный дюйм или футы)

p = мощность насоса (кВт)

Использование этих пропорциональности, можно разработать уравнения, связывающие условия на одной скорости с условиями на другой скорости.

V˙

₁ (n ₂ / n ₁ ) = V ₂ (3-23)

H

_p1 (n ₂ / n ₁ ) ² = H _p2 (3-24)

P

₁ (n ₂ / n ₁ ) ³ = P ₂ (3-25) Пример: законы о насосах

Насос охлаждающей воды работает со скоростью 1800 об / мин. Его расход составляет 400 галлонов в минуту при напоре 48 футов. Мощность насоса составляет 45 кВт.Определите расход, напор и потребляемую мощность насоса, если скорость насоса увеличится до 3600 об / мин.

Решение:

Расход

V˙ ₂ = V˙ ₁ (n ₂ / n ₁ )

= (400 галлонов в минуту) (3600 об / 1800 об / мин)

= 800 галлонов в минуту

Напор

H _p2 = H _p1 (n ₂ / n ₁ ) ²

= 48 футов (3600 об / 1800 об / мин) ²

= 192 футов

Мощность

P ₂ = P ₁ (n ₂ / n ₁ ) ³

= 45 кВт (3600 об / 1800 об / мин) ³

= 360 кВт

Рисунок 8 : Изменение скоростей центробежного насоса

Можно построить характеристическую кривую для новой скорости насоса на основе кривой для его исходной скорости.Метод состоит 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 расхода, которая возникает в результате изменения скорости насоса, графически проиллюстрирована на Рисунке 8.

Кривая характеристик системы

Рисунок 9: Типичная кривая потери напора в системе

В главе, посвященной потере напора, было определено, что оба фрикционные потери и незначительные потери в системах трубопроводов были пропорциональны квадрату скорости потока.Поскольку скорость потока прямо пропорциональна объемному расходу, потеря давления в системе должна быть прямо пропорциональна квадрату объемного расхода. Исходя из этого соотношения, можно построить кривую потери напора в системе в зависимости 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 от расхода и потери напора этой системы.Для данной системы объемный расход сравнивается с потерями напора в системе на характеристической кривой. Построив график характеристической кривой системы и характеристической кривой насоса в одной и той же системе координат, можно определить точку, в которой насос должен работать. Например, на рисунке 10 рабочая точка центробежного насоса в исходной системе обозначена пересечением кривой насоса и кривой системы (h _Lo ).

Система имеет расход, равный V˙ ₀ , и полную потерю напора в системе, равную ∆P ₀ .Для поддержания расхода V˙ ₀ напор насоса должен быть равен ∆P _o . В системе, описанной системной кривой (h _L1 ), в системе был открыт клапан, чтобы уменьшить сопротивление системы потоку. В этой системе насос поддерживает большой расход (V˙ ₁ ) при меньшем напоре насоса (∆P ₁ ).

Использование в системе 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 пневмодвигатели. Центробежные насосы, как правило, имеют небольшие размеры и могут быть изготовлены с относительно низкими затратами. Кроме того, центробежные насосы обеспечивают высокий объемный расход при относительно низком давлении.

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

Рисунок 11: Кривая характеристик насоса для двух идентичных центробежных насосов, используемых в параллельном соединении

Центробежные насосы, включенные параллельно

Так как вход и выход каждого насоса, показанные на рисунке 11, находятся в идентичных точках в системе, каждый насос должен производить один и тот же насос голова. Однако общий расход в системе является суммой индивидуальных расходов для каждого насоса.

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

Рисунок 12: Рабочая точка для двух параллельных центробежных насосов

Центробежные насосы серии

Центробежные насосы используются последовательно для преодоления больших потерь напора в системе, чем один насос может компенсировать по отдельности.Как показано на Рисунке 13, два идентичных центробежных насоса, работающих с одинаковой скоростью и одинаковым объемным расходом, создают одинаковый напор. Поскольку вход второго насоса является выходом первого насоса, напор, создаваемый обоими насосами, является суммой отдельных напоров. Объемный расход от входа первого насоса до выхода второго остается прежним.

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

Как показано на Рисунке 14, использование двух насосов последовательно не увеличивает сопротивление потоку в системе вдвое.Два насоса обеспечивают достаточный напор для новой системы, а также поддерживают немного более высокий объемный расход.

Рис. 14: Рабочая точка для двух центробежных насосов серии

Основные моменты этой главы кратко изложены ниже.

• Чистый положительный напор на всасывании — это разница между давлением всасывания насоса и давлением насыщения жидкости.

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

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

V˙ ₁ (n ₂ / n ₁ ) = V˙ ₂

H _p1 (n ₂ / n ₁ ) ² = H _p2

P ₁ (n ₂ / n ₁ ) ³ = P ₂

• Кривая комбинированного насоса для двух центробежных насосов, подключенных параллельно, может быть определена путем сложения индивидуальные потоки для любой данной головы.

• Комбинированная характеристика насосов для двух последовательно включенных центробежных насосов может быть определена путем добавления отдельных напоров для любого заданного расхода.

• Рабочая точка (напор и расход) системы может быть определена путем построения кривой насоса и кривой потери напора системы на одних и тех же осях. Система будет работать на пересечении двух кривых.

Эксперимент по биоминерации космической станции демонстрирует извлечение редкоземельных элементов в условиях микрогравитации и гравитации Марса

Эксперимент BioRock

Эксперимент BioRock был предложен Европейскому космическому агентству (ESA) в ответ на объявление о международных исследованиях в области биологических наук в 2009 году (ILSRA-2009). ).Проект был выбран в качестве кандидата для полета в 2010 году, и была описана последующая конструкция оборудования биореактора ⁶¹ . Эксперимент начался на Международной космической станции 30 июля 2019 г. и завершился 20 августа 2019 г.

Микроорганизмы и питательная среда

Для исследования биовыщелачивания использовались три вида бактерий. Критериями были: (1) они могли выдерживать высыхание, необходимое для подготовки эксперимента, (2) они могли расти на твердых поверхностях и / или образовывать биопленки, (3) они могли взаимодействовать с поверхностями горных пород и / или биовыщелачиванием, и (4) все они могут быть выращены в идентичной среде в одних и тех же экспериментальных условиях, что позволяет проводить сравнения между организмами.

Использовали следующие микроорганизмы:

Sphingomonas desiccabilis CP1D (DSM 16792; типовой штамм), грамотрицательные, неподвижные, устойчивые к высыханию, неспорообразующие бактерии, которые были выделены из почвенных корок в Колорадо. плато ⁶² .

Bacillus subtilis NCIB 3610 (DSM 10; типовой штамм), грамположительные, подвижные, спорообразующие и образующие биопленки бактерии, естественным образом встречающиеся в различных средах, включая горные породы ⁶³ .Организм был использован в нескольких космических экспериментах ^28,33 .

Cupriavidus Metallidurans Ch44 (DSM 2839; типовой штамм), грамотрицательная, подвижная, неспорообразующая бактерия. Штаммы этого вида были выделены из загрязненных металлами и горных пород ^{64,65,66,67,68,69} . Организм ранее использовался в космических экспериментах ⁷⁰ .

В эксперименте BioRock использовалась среда R2A ⁷¹ с концентрацией 50%, поскольку она поддерживала рост всех трех микроорганизмов. ⁶¹ , что позволяло проводить сравнения.Состав был (г л ^-1 ): дрожжевой экстракт 0,25; пептон 0,25; казаминовые кислоты 0,25; глюкоза 0,25; растворимый крахмал 0,25; Na-пируват 0,15; К ₂ HPO ₄ , 0,15; MgSO ₄ .7H ₂ O, 0,025 при pH 7,2.

NOTOXhisto (Лаборатория научных устройств, Иллинойс, США), фиксатор, совместимый с требованиями безопасности на Международной космической станции (МКС), использовали для остановки метаболизма бактерий в конце эксперимента.

Субстрат для биовыщелачивания

Базальт был использован для биовыщелачивания, состав РЗЭ которого, определенный с помощью ICP-MS (масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой), и объемный состав, определенный с помощью рентгеновской флуоресценции (XRF), показан в таблице 1 и Дополнительная таблица 1 соответственно.Материал представлял собой оливиновую базальтовую породу, собранную около Гуфунеса, Рейкьявик в Исландии (64 ° 08′22,18′′N, 21 ° 47′21,27′′W), выбранной потому, что она имеет химический состав, подобный базальтам, обнаруженным на Луне и Марс ^36,37,38 . Камень разрезали на слайды размером 1,5 см × 1,6 см и толщиной 3 мм. Масса 15 из этих слайдов составляла 1,871 ± 0,062 г (среднее значение ± стандартное отклонение). Камень не был раздроблен, как это могло бы быть выполнено при крупномасштабном биовыщелачивании, потому что проект BioRock также был связан с количественной оценкой образования микробных биопленок на непрерывной минеральной поверхности.

Подготовка образца к полету

Слайды базальтовых горных пород стерилизовали сухим жаром в сушильном шкафу с горячим воздухом (Carbolite Type 301, Великобритания) в течение 4 часов при 250 ° C. Эта обработка не изменила минералогию горных пород, определенную с помощью рентгеновской дифракции (XRD).

Отдельные штаммы культур каждого организма высушивали на предметных стеклах следующим образом:

S. desiccabilis . Ночную культуру штамма выращивали в R2A 100% при 20–22 ° C до достижения стационарной фазы (OD600 = 0.88 ± 0,09; примерно 10 ⁹ колониеобразующих единиц на мл). Затем на каждое базальтовое предметное стекло вносили по 1 мл культуры и образцы сушили на воздухе при комнатной температуре (≈20–25 ° C) в стерильных условиях в ламинарном вытяжном шкафу.

B. subtilis . Споры получали, как описано ранее. ⁷² . Для каждого базальтового предметного стекла в качестве инокулята использовали 10 мкл раствора ≈ 1 × 10 ⁸ спор / мл, т.е. 1 × 10 ⁶ спор на предметное стекло, и высушивали на воздухе при комнатной температуре (≈20–25 ° C. ) в ламинарном вытяжном шкафу.

C. Metallidurans . Образцы готовили с использованием протокола сублимационной сушки (Бельгийская координированная коллекция микроорганизмов, BCCM). Клетки культивировали на твердой среде с триптон-соевым агаром (TSA, Oxoid CM0131, BCCM). При конфлюэнтном росте клетки собирали с помощью ватного тампона и суспендировали в криопротекторном средстве, состоящем из стерильной лошадиной сыворотки с добавлением 7,5% трегалозы и бульонной среды No. 2 (625 мг л ^-1 ; Oxoid CM0131, BCCM). Тридцать миллилитров бактериальной суспензии переносили в чашку Петри диаметром 90 мм, базальтовые предметные стекла погружали в бактериальную суспензию и осторожно встряхивали в течение ночи.Базальтовые слайды, каждое из которых содержит примерно 10 ⁹ колониеобразующих единиц на мл, затем переносили в 6-луночный планшет (1 слайд на лунку), закрывали газопроницаемым уплотнением и помещали на предварительно охлажденную до -50 ° полку. C с последующей фазой замораживания в течение 90 минут при температуре полки −50 ° C. Первичная сушка проводилась при температуре полки –18 ° C и давлении в камере 400 мТорр. Вторичную сушку проводили при температуре полки 20 ° C и давлении в камере ниже 10 мТорр.После сублимационной сушки 6-луночный планшет закрывали крышкой и оборачивали парафильмом.

Отрицательный контроль представлял собой стерильные базальтовые слайды без инокуляции клеток.

После приготовления все образцы хранили при комнатной температуре (20–25 ° C) до интеграции в культуральные камеры биореактора.

Летно-экспериментальная установка

Конструкция оборудования, сборка и процедура заполнения были описаны ранее ⁶¹ . Каждая экспериментальная установка (EU) прибора BioRock была разработана для размещения двух независимых базальтовых слайдов в двух независимых камерах для образцов (рис.1). Каждый ЕС содержал культуральную среду и фиксирующие резервуары (рис. 1а). Чтобы обеспечить диффузию кислорода без загрязнения культур, каждая камера была оборудована деформируемой газопроницаемой силиконовой мембраной (рис. 1b, c) ⁶¹ . После объединения базальтовых слайдов резервуары со средой и фиксатором были заполнены 5 мл среды и 1 мл фиксатора для каждого образца соответственно. Камеры для культивирования и окружающие каналы продували стерильным сверхчистым газом N ₂ .

Все образцы были интегрированы в ЕС в соответствии со строгими асептическими процедурами. Было 36 образцов в 18 EU для летного эксперимента и 12 образцов в 6 EU для наземного эксперимента. ЕС были интегрированы во вторичный контейнер, который обеспечивал необходимое двухуровневое удержание фиксатора (рис. 1а). ЕС в контейнере называется экспериментальным контейнером (EC).

После интеграции 18 полетных ЭК хранились при комнатной температуре (≈20–25 ° C) в течение 2 суток.ЭК были запущены на МКС на борту капсулы Space X Dragon, ракеты Falcon-9 во время миссии CRS-18 (Commercial Resupply Services) 25 июля 2019 года из Космического центра НАСА Кеннеди на мысе Канаверал, Флорида. По прибытии на МКС ЭК хранились на борту при температуре 2,1 ° C.

В день начала эксперимента (30 июля 2019 г.) астронавт Лука Пармитано установил ЭК в два инкубатора установки KUBIK, предварительно подготовленных к температуре 20 ° C (рис. 1d). Ввод среды производился роботом, запускался внутренними часами, встроенными в ЭК, питаемыми электричеством от инкубатора KUBIK.После этого астронавт удалил ЭК и сфотографировал все камеры для культивирования, чтобы получить доказательства наличия среды и провести сравнение с той же камерой после периода экспериментального выращивания. После получения изображения ЭК были снова подключены к KUBIK. Два инкубатора KUBIK использовались для BioRock, работающих параллельно: один был настроен на имитацию земной гравитации (1 × г = 9,81 м / с ² ) на поверхности базальтовой горки, где происходит биовыщелачивание, а второй был установлен для имитации гравитации Марса (0.4 × г = 3,71 м / с ² ; Сила тяжести Марса составляет строго 0,38 × г г, но более точное разрешение г невозможно установить в KUBIK) на поверхности базальтовой горки. Уровни силы тяжести измерялись каждые 10 минут во время активной фазы эксперимента с помощью акселерометра (ADXL313, Analog Devices), установленного на печатной плате, прикрепленной к нижней части ЭК. Расстояние между верхней гранью базальтового суппорта и плоскостью верхней грани печатной платы составляло 10.3 мм. Был применен поправочный коэффициент для учета большего радиуса вращения у базальтового оползня. Эти значения акселерометра (силы тяжести) показаны в дополнительной таблице 8. ЭК, подвергшиеся воздействию микрогравитации, были разделены поровну между обоими KUBIK и вставлены в статические слоты, доступные в помещении. Эксперимент длился 21 день.

Для остановки роста культур 20 августа 2019 г. в камеры для культивирования был автоматически введен фиксатор. Образцы были извлечены из инкубаторов KUBIK и сделаны снимки камер для культивирования.После этого ЭК хранились в холодильнике, как описано ниже.

Температура во время космического эксперимента

Температура ЭК от предполетного до послеполетного измерения была измерена с помощью регистраторов температуры (датчики Signatrol SL52T, Signatrol, Великобритания) на задней части четырех ЭК. Эти данные показали, что температура не превышала 7,1 ° C от предполетной передачи до хранения после прибытия на МКС. Во время хранения на борту, как до, так и после 21-дневного периода культивирования, температура была постоянной на уровне 2.1 ° С. Во время культивирования логгеры зафиксировали температуру 20,16 ° C в обоих кубиках. ЭК были загружены с МКС и упакованы в «двойную холодную сумку», предоставленную НАСА. Обводнение произошло в Тихом океане 27 августа, а передача ЭК следователям произошла 29 августа в аэропорту Лонг-Бич, штат Луизиана, США. Между удалением из хранилища 26 августа на МКС и передачей научной группе 29 августа термометры зафиксировали температуру 6,6 ° C, которая временно повысилась до 7.1 ° С. ЭК хранились в охлаждаемом изолированном ящике и переданы в Исследовательский центр NASA Ames Research Center для извлечения образцов 30 августа.

Наземный эксперимент

Параллельно с экспериментом, проводимым на МКС, наземный эксперимент 1 × г (истинная Земля) gravity) был запущен для сравнения с образцами, имитирующими гравитацию Земли на МКС. Шесть ЭК для наземного эксперимента были отправлены из Космического центра Кеннеди НАСА в Исследовательский центр НАСА Эймса в охлажденных (4 ° C) условиях.Шесть ЭК были подключены к системе питания (станция моделирования интерфейса KUBIK, KISS) с выводами, идущими от системы в лабораторный инкубатор с температурой 20 ° C (инкубатор Percival E30BHO). Наземный эталонный эксперимент начался через 2 дня после начала космического эксперимента, и процедура космического эксперимента была воспроизведена: ввод среды, получение первого изображения, 21-дневный эксперимент, фиксация, получение второго изображения и хранение в холодильнике при 4 ° C. Температуры ЭК, измеренные регистратором температуры (см. Выше) на двух ЭК, составили 3.58 и 4,54 ° C при отправке в НАСА Эймса. В течение 21 дня основной экспериментальной фазы логгеры зафиксировали температуру 20,62 ° C. Во время хранения после эксперимента температура составляла 3,06 ° C.

Извлечение образца

Удаление жидких и базальтовых стекол из ЭК было выполнено в Исследовательском центре Эймса NASA. Из общего объема 6 мл жидкости на ЭК, была взята аликвота 3 мл и добавлена ​​65% азотная кислота до конечной концентрации 4% для фиксации ионов и минимизации прикрепления и потерь на стенках контейнера.Эти образцы хранили в холоде при 4 ° C до дальнейшего анализа.

Инъекция фиксатора была успешной для всех космических ЭК. Однако инъекция фиксатора не удалась в четырех наземных экспериментальных камерах: в одной камере B. subtilis , в двух камерах C. Metallidurans и в одном небиологическом контрольном образце. В этих случаях перед вышеупомянутыми процедурами к жидким образцам добавляли 1 мл NOTOXhisto.

Во всех ЭК было обнаружено загрязнение в двух камерах для культивирования: небиологическая контрольная камера ISS в условиях микрогравитации, расположенная рядом с камерой B.subtilis была заражена клетками, морфологически идентичными B. subtilis . В наземных контрольных образцах камера небиологического контроля, расположенная рядом с камерой B. subtilis , содержала клеточный контаминант в низкой концентрации, который при центрифугировании образовывал белый осадок, который морфологически отличался от B. subtilis . Фиксация NOTOXhisto помешала успешному извлечению и идентификации ДНК в обоих случаях. Эти точки данных были удалены из расчетов.

Все образцы были отправлены обратно в Эдинбургский университет в холодном хранилище компанией Altech Space (Турин, Италия).

Анализ образцов методом ИСП-МС

По возвращении в Эдинбург, Великобритания, 3 мл фиксированного кислотой образца готовили следующим образом: каждый образец последовательно (тремя партиями) центрифугировали в пробирке объемом 1,5 мл при 10000 × г (центрифуга IEC MicroCL 17, Thermo Scientific) в течение десяти минут для осаждения клеток и клеточного дебриса. Супернатант собирали в пробирку на 15 мл и анализировали с помощью ICP-MS (масс-спектрометрия с индуктивно связанной плазмой).По полученным жидкостям определялись объемные концентрации РЗЭ во флюиде. Осадки клеточного дебриса промывали два раза в ddH ₂ O и эту сброшенную жидкость объединяли. К объединенной жидкости добавляли азотную кислоту до конечной концентрации 4%, и образцы анализировали с помощью ICP-MS. Эту жидкость использовали для определения концентраций РЗЭ, смытых с клеточного вещества. Осадок переносили в промытую кислотой стеклянную бутыль для сыворотки, предварительно запеченную при 450 ° C в печи (Carbolite Type 301, UK) в течение 4 часов для удаления органических молекул.Флакон с осадком нагревали при 450 ° C в течение еще 4 ч для улетучивания углерода и оставления остаточных ионов. После охлаждения к 1,5 мл ddH ₂ O добавляли азотную кислоту до конечной концентрации 4%, и образцы анализировали с помощью ICP-MS. Эту жидкость использовали для определения концентраций РЗЭ, связанных с клеточным материалом.

Анализ ICP-MS проводился, как описано ниже, для R2A 50%, NOTOXhisto и ddH ₂ O. Невозможно было исследовать выделенный криопротектор для C.Metallidurans . Однако, поскольку значимого повышения значимости в биологических экспериментах по сравнению с контролем для этого организма не наблюдалось, мы делаем вывод, что защитное средство не добавляло дополнительных РЗЭ.

Все образцы были проанализированы с помощью ICP-MS с использованием Agilent 7500ce (с октопольной реакционной системой), используя РЧ (радиочастотную) прямую мощность 1540 Вт и отраженную мощность 1 Вт, с потоками газообразного аргона 0,81 л / мин. и 0,20 л / мин для потоков носителя и подпитки соответственно. Растворы образцов забирались в распылитель микротумана перистальтическим насосом со скоростью примерно 1.2 мл / мин. Скиммер и конусы для образцов были изготовлены из никеля.

Прибор работал в режиме сбора данных с несколькими настройками спектра, и для каждого образца использовались три повторных прогона. Изотопы: ¹³⁹ La, ¹⁴⁰ Ce, ¹⁴¹ Pr, ¹⁴⁶ Nd, ¹⁴⁷ Sm. ¹⁵³ Eu, ¹⁵⁷ Gd, ¹⁵⁹ Tb. ¹⁶³ Dy, ¹⁶⁵ Ho, ¹⁶⁶ Er, ¹⁶⁹ Tm, ¹⁷² Yb, ¹⁷⁵ Lu были проанализированы в режиме «без газа» с каждой массой, проанализированной в режиме полного количественного определения и трех точек на единицу масса.РЗЭ Pm (прометий) не измерялся, поскольку элемент является радиоактивным, и стандарт не был доступен.

Для калибровки прибора были приготовлены многоэлементные калибровочные стандарты, содержащие каждый элемент, с использованием многоэлементного стандарта REE (Multi-Element Calibration Standard-1, Agilent Technologies, США) плюс одноэлементного урана 1000 мг L ^{-1. Стандарт} (SPE Science, Канада), разбавленный 2% об. / Об. HNO ₃ (класс Aristar, VWR International, Великобритания). Стандартный справочный материал NIST, SRM1640a, был использован в качестве справочного стандарта для некоторых элементов.Пределы обнаружения РЗЭ были разделены на две группы: La, Ce, Pr, Tb, Ho, Tm, Lu: 0,0025–0,005 частей на миллиард. Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Er, Yb: 0,001-0,005 частей на миллиард.

Необработанные данные ICP-MS (определяемые в мкг / л) были преобразованы для получения абсолютного количества данного элемента в культуральной камере с учетом факторов разбавления, применяемых во время анализа ICP-MS.

Для определения концентраций РЗЭ в базальтовом стекле в тефлоновые сосуды Savillex добавляли от 25 до 50 мг гомогенизированного образца.Стандарты горных пород (эталоны базальтовые БИР-1, БЭ-Н, БЦР-2, БХВО-1) готовились аналогично. Были включены две заготовки (, т.е. ., образец без базальта). В каждый из сосудов добавляли три миллилитра дважды дистиллированной HNO ₃ , 2 мл HCl и 0,5 мл HF. HF добавляли после других кислот, чтобы предотвратить диссоциацию, образование и осаждение фторидов алюминия. Образцы помещали на горячую плиту для разложения на ночь (температура 100–120 ° C) и проверяли на полное разложение.Образцы упаривали на горячей плите. В каждый сосуд добавляли пять миллилитров 1 М HNO ₃ . Крышки закрывали, и образцы возвращали на горячую плиту для второго этапа разложения. Далее образцы разбавляли 2–5% HNO ₃ для анализа ICP-MS.

Анализ проводился на ИСП-МС с высоким разрешением в секторном поле (Nu AttoM). Измерения РЗЭ методом ICP-MS были выполнены в низком разрешении (300) в режиме скачка дефлектора с временем задержки 1 мс и 3 циклами по 500 разверток.Данные представлены в микрограммах РЗЭ на грамм базальта.

pH летного эксперимента и наземного эксперимента pH

Небольшую аликвоту (≈0,3 мл) жидкости из камер использовали для измерения pH растворов в конце эксперимента после добавления фиксатора. PH измеряли с помощью калиброванного pH-метра Mettler Toledo Semi-Micro-L. Окончательные значения роста клеток в эксперименте приведены ранее ³¹ , и значения показаны в дополнительной таблице 9.

В ходе космического эксперимента были получены только конечные значения pH. Таким образом, на земле был проведен эксперимент для изучения изменений pH, которые могли произойти в ходе эксперимента (ограничены условием 1 × г ), и влияния базальтовой породы на любые наблюдаемые изменения pH.

Стерильные базальтовые слайды, использованные в летном эксперименте, были приготовлены в 5 мл 50% R2A в шестилуночных планшетах (Corning, UK), а лунки были засеяны одним из трех микроорганизмов, использованных в этом исследовании.Контрольные эксперименты проводились без организмов, используя только свежий 50% R2A, с базальтовым предметным стеклом или без него. Эксперимент проводился при 20 ° C в течение 21 дня. По истечении этого периода в каждую лунку добавляли 1 мл NOTOXhisto и хранили при 4 ° C еще неделю. В ходе эксперимента значения pH измеряли через фиксированные интервалы (день 0, 1, 4, 7, 14, 21). На 21-й день эксперимента pH измеряли дважды, до и после добавления фиксатора.

Статистический анализ и программное обеспечение

Анализ данных выщелачивания был выполнен на нескольких уровнях детализации с использованием SPSS Statistics (IBM, версия 26).Двух- и однофакторный дисперсионный анализ ANOVA использовался для оценки значительных различий между условиями гравитации, организмами, наземными и космическими образцами, а также между контролями в комбинациях, описанных в результатах. В этих анализах использовались данные по всем РЗЭ (тесты не различали РЗЭ). Данные были преобразованы в журнал ₁₀ и выполнены тесты на нормальность данных и равные дисперсии (тесты Левена). При необходимости выполнялись тесты Тьюки для изучения парных сравнений.

Для исследования различий между условиями силы тяжести и организмами или контролями для конкретных РЗЭ был использован двухвыборочный независимый двусторонний тест Стьюдента t между парами условий для конкретных РЗЭ, принимая во внимание, что небольшие размеры выборки делают эти тесты менее надежными. чем совокупный анализ ANOVA.

RStudio 1.2.5033 использовался для анализа и визуализации эксперимента с pH грунта. Microsoft Excel (2016) использовался для сбора данных, а Microsoft Word (2016) использовался для подготовки рукописи и связанных текстовых файлов.

Определение удельного веса мочи

Определение

Определение удельного веса мочи — это лабораторный тест, который показывает концентрацию всех химических частиц в моче.

Альтернативные названия

Плотность мочи

Как проводится тест

После того, как вы предоставите образец мочи, его сразу же исследуют.Врач использует щуп с цветочувствительной подушечкой. Цвет, на который меняет щуп, сообщит врачу об удельном весе вашей мочи. Проверка масломерного щупа дает лишь приблизительный результат. Для получения более точного результата ваш врач может отправить образец мочи в лабораторию.

Как подготовиться к тесту

Ваш врач может сказать вам, что вам необходимо ограничить потребление жидкости за 12–14 часов до теста.

Ваш поставщик медицинских услуг попросит вас временно прекратить прием любых лекарств, которые могут повлиять на результаты теста.Обязательно сообщите своему врачу обо всех лекарствах, которые вы принимаете, включая декстран и сахарозу. НЕ прекращайте принимать какие-либо лекарства, пока не поговорите со своим врачом.

На результаты теста могут влиять и другие факторы. Сообщите своему провайдеру, если вы недавно:

• Переносили какой-либо тип анестезии перед операцией.
• Получили внутривенное введение красителя (контрастного вещества) для визуализации, например, компьютерной томографии или МРТ.
• Используемые травы или натуральные средства, особенно китайские травы.

Как будет себя чувствовать тест

Тест включает только нормальное мочеиспускание.Никакого дискомфорта.

Почему проводится тест

Этот тест помогает оценить водный баланс вашего тела и концентрацию мочи.

Нормальные результаты

Осмоляльность мочи — это более специфический тест на концентрацию мочи. Определение удельного веса мочи проще и удобнее, и обычно оно является частью обычного анализа мочи. Проверка осмоляльности мочи может не потребоваться.

Нормальный диапазон удельного веса мочи составляет от 1,005 до 1,030. Нормальные диапазоны значений могут незначительно отличаться в разных лабораториях.Некоторые лаборатории используют разные измерения или тестируют разные образцы. Поговорите со своим врачом о значении ваших конкретных результатов теста.

Что означают отклонения в результатах биологические жидкости (обезвоживание)

Сужение почечной артерии (стеноз почечной артерии)

Шок

Сахар (глюкоза) в моче

Синдром несоответствующей секреции АДГ (SIADH)

Снижение удельного веса мочи может быть связано с :

• Повреждение клеток почечных канальцев (некроз почечных канальцев)
• Несахарный диабет
• Употребление большого количества жидкости
• Почечная недостаточность
• Низкий уровень натрия в крови
• Тяжелая инфекция почек (пиелонефрит)

Риски

Риски С этим тестом нет никаких рисков.