Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО «Уфимская  государственная  академия экономики  и сервиса»

Институт  техники и технологии сервиса

Кафедра Машины, аппараты, приборы и технологии сервиса 

 
 

Гидромеханические процессы в бытовых  машинах и приборах

(тема) 
 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по теоретическим процессам в БМП 
 

(обозначение  документа) 
 
 

 
 
 
 
 
 

УФА-2011 

СОДЕРЖАНИЕ 

Введение 3

1 Гидромеханические процессы в активаторных стиральных машинах 5

2 Гидромеханические процессы в барабанных стиральных машинах 11

3 Изучение работы фильтрирующей центрифуги периодического действия 24

Заключение 28

Список литературы 29 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ

     Современный уровень и дальнейшее развитие техники  неразрывно связаны с интенсификацией  режимов работы, как отдельных машин, аппаратов, станков, так и целых систем. Первоочередными становятся проблемы оптимизации, которые включают обеспечение наилучших энергетических характеристик различных устройств, уменьшение затрат на их изготовление и эксплуатацию, повышение надежности и долговечности, автоматизацию управления и др. Методы оптимизации лежат в основе автоматизированного проектирования устройств и технических систем, для осуществления которого необходимо иметь математические модели, адекватные реальным устройствам и системам. Создание таких моделей невозможно без глубокого знания физических процессов, протекающих при работе машин, аппаратов, станков и систем, составными частями которых они являются.

     Все процессы можно разделить на стационарные и нестационарные. Стационарными  называются процессы, при которых  характеризующие эти процессы физические величины не изменяются во времени. Нестационарными  называются процессы, при которых  характеризующие их величины являются функциями времени. В действительности стационарные процессы, полностью соответствующие  приведенному здесь определению, встречаются  сравнительно редко в связи с  тем, что обычно всегда имеют место  случайные возмущения, вызывающие изменение  каких-либо физических величин. Поэтому  к стационарным относят также  такие процессы, при которых математические ожидания наблюдаемых величин не изменяются во времени или эти  изменения можно считать пренебрежимо малыми.

     Гидромеханические процессы возникают при взаимодействии жидкостей или газов с какими-либо элементами или рабочими органами машин  аппаратов, станков. Для этих устройств  жидкости и газы служат рабочими средами, которые в дальнейшем для краткости  будут именоваться просто средами. В общем случае физическими величинами, характеризующими гидромеханические  процессы, являются давление, скорость движения среды, плотность среды, ее температура и вязкость, а также  величины, определяющие состояние границ среды — их перемещения, скорости, температуры. При конкретных нестационарных гидромеханических процессах не все из перечисленных величин могут быть переменными во времени или некоторые из величин могут изменяться значительно меньше других, не оказывая своим изменением существенного влияния на данный процесс. Тогда эти величины принимают постоянными. Такой подход к изучению нестационарных процессов, причем не только гидромеханических, позволяет, во-первых, выделить основные факторы, определяющие рассматриваемое явление, и, во-вторых, упростить модель явления при его математическом описании. [1]

1 ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В АКТИВАТОРНЫХ СТИРАЛЬНЫХ МАШИНАХ

     На  процесс стирки в активаторных стиральных машинах наряду с химическим воздействием моющих средств и температуры воды большое влияние оказывает механическое воздействие потока моющего раствора. В результате загрязнитель отделяется от ткани и уносится потоком воды.

Так как  положение кома ткани в процессе стирки непрерывно изменяется, то гидродинамический процесс в стиральном баке представляет собой сложное движение, называемое перемешиванием. При этом в баке возникают два основных режима течения жидкости: ламинарное и турбулентное. Ламинарным называют гидродинамический режим, при котором элементарные частицы жидкости двигаются параллельно в направлении движения потока. Турбулентным называют гидродинамический режим, при котором возникают вихри, хаотически перемещающиеся в объеме движущейся жидкости. Если в ламинарном потоке из одного слоя в другой переходят только молекулы, то в турбулентном — элементарные массы жидкости. Поэтому для получения наибольшей эффективности с точки зрения отстирываемости необходимо создавать турбулентное движение.

     В гидродинамике движение жидкостей  описывают основным уравнением движения жидкости (уравнение Бернулли):

                                              , [Дж]                            (1)

где — потенциальная энергия положения элементарной частицы жидкости;                                                                                                          — потенциальная энергия давления жидкости;

 —  кинетическая энергия элементарной точки жидкости.

     Если  в трубопроводе установившийся процесс, то в единицу времени протекает одна и та же масса жидкости, которую определяют по уравнению непрерывного потока:

 ,                 (2)

где и — сечения трубопровода;

 и — массовые скорости в сечения трубопровода;

 и  — плотности жидкости.

     Исходя  из этих уравнений, можно сделать  вывод, что при установившемся режиме движения массовые и энергетические характеристики для любого сечения трубопровода остаются постоянными.

     При движении реальной жидкости необходимо учитывать потери энергии на преодоление трения и других сопротивлений. В этом случае уравнение Бернулли преобразовывают в выражение, характеризующее изменение напоров:

      = ,                                  (3)

где и — геометрические напоры, определяемые высотой столба жидкости над рассматриваемой точкой;

 и — пьезометрический и скоростной напоры в разных точках;

— потери напора.

     Пользуясь уравнением Бернулли, определяют скорость, расход жидкости, напор, временные характеристики и другие параметры. Кроме того, из этих уравнений следует, что одинаковые условия течения жидкости можно создать в разных (например, по размерам) установках. Условия, необходимые для создания подобных процессов, излагаются в теории подобия. Так, условием подобия двух змеевиков является соблюдение двух равенств:

  = и = ,                                                    (4)

где , — длина труб;

, — радиусы змеевиков;

, — диаметры труб.

     Имеется ряд чисел (критериев) подобия, названных  именами ученых, сделавших большие открытия  в  гидродинамике  и  теплотехнике.

     Критерии  Нуссельта  определяет интенсивность конвективного теплообмена на границе стенка – жидкость. Чем интенсивнее происходит теплообмен, тем больше число и тем больше коэффициент теплоотдачи:

 ,                                                              (5) 

где S — площадь,  в границах которой происходит теплообмен;

λ — теплопроводность жидкости.

Критерий Рейнольдса Re определяет характер движения жидкости:

=,                                                               (6)

где — средняя скорость жидкости;

 — кинематическая  вязкость жидкости.

     Для стиральных машин критерий Рейнольдса может быть записан в виде:

  = ,                                                 (7)

где и — плотность и вязкость стирального раствора;

 —  угловая скорость активатора;

n — частота вращения активатора;

d — диаметр активатора.

     Экспериментальные исследования показали, что при Re < 2 000 ÷ 10 000 обеспечивается интенсивное трехмерное движение жидкости, а при                 Re > 10 000 — турбулентное движение, при котором мгновенно изменяется скорость отдельных частиц и ее направление, т. е. происходит пульсация скорости. Именно этот режим благоприятен для стирки.

     При вращении активатора в стиральном баке цилиндрической формы возникают  три основных потока моющего раствора (рис. 1): осевой 1, направленный по оси вращения активатора, радиальный 2, направленный по радиусу активатора и тангенциальный 3, направленный по касательной и окружности активатора.