ובחישה ערבוב מעבדה

ואבנר אייל

מבוא:.1הניסוי: מטרת1.1

סטנדרטית. בחישה מערכת של ואפיון הכרה- הניסיוניות התוצאות והשוואת ריינולדס במספר כתלות הכוח פונקציית של גרף קביעת-

הספרותיים. לנתוניםשונים. בוחשים של זרימה , קוויVortexכגון: בבחישה יסודיים מושגים והגדרת הכרת- בחוש. הפרמטרים במיכל המנוע הספק על פרמטרים מספר של השפעתם חקירת-

הם: לבוק שניתןהבוחש. גודל השפעתא.הבוחש. צורת השפעתב.הבוחש. מיקום השפעתג.ציר. אותו על הבחושים מספר השפעתד.הסיבוב. מהירות השפעתה.(.baffles) המחיצות השפעתו.

תיאורטי: רקע1.2

)אנרגיה(, בד"כ תנועה כלשהו לזורם מעניק אשר תהליך הינו וערבוב: בחישה בחישה1.2.1 חום מעבר לעידוד בד"כ משמשת חיצוני. בחישה גורם ע"י מיכל בתוך סיבובית תנועה

בקווי שימוש תוך חלקיקים הרחפת זורמים בין מגע שטח למיכל, הגדלת זורם בין אקראית תנועה בו נוצרת אשר תהליך הינו שונים. ערבוב בוחשים של השונים הזרימה

בד"כ מזה זה נבדלים בערבוב השני. הזורמים בתוך שונים, אחד זורמים שני של זורמים מספר של מערכת הבאת כלל בדרך הרכב. משמש בפאזה, טמפ' או

בזה. זה מסיסים לא נוזלים שני של או בנוזל גז של הומוגנית, דיספרסיה לתערובת

הבוחש. הבוחש מורכב במרכזו אשר גלילי ממיכל בד"כ מורכב סטנדרטי בחישה מיכל1.2.2 על להתגבר וכדי לבחישה\ערבוב הדרוש הכוח את המספק המנוע אל בציר מחוברעיקריים: זרימה קווי3 לאפיין ניתן בחישה לכך. בתהליך המתנגדים הכוחות

הבוחש, למטה לציר במקביל אנכית בתנועה נע אקסיאלית: הנוזל זרימהא.הדפנות. באזור ולמעלה הבוחש ציר באיזור

1

הדפנות. לכיוון המיכל ממרכז זורם רדיאלית: הנוזל זרימהב.

1

הרדיאלי. לכיוון המשיקה מעגלית בתנועה נע הנוזל – משיקית זרימהג.

1

עליו. המשפיעים והגורמים הספק1.2.3 החיכוך החיכוך, כוח כוח על להתגבר בחישה תנועת המייצר המנוע על

הוסחאות: ידי על נתון בוחש של זרוע כל על הזורם ידי על המופעל

1.

2.

הנוזל. - צפיפותכאשר:

יחוס. בנקודת לזורם הבוחש בין יחסית - מהירות

הזרימה. לכיוון בניצב הבוחש זרוע היטל - שטח

ובמס' ריינולדס. בצורתו הזרוע, תלוי של הגרר - מקדם

צורת )ההספק( לבין הכוח בין תלות שישנה לראות ניתן המשוואות מתוך עמיד ומצב ההתחלתי המצב בין בכוח הבדלים ישנם ריינולדס. כמו-כן ומספר הבוחש

עמיד. למצב להגעה בניסוי מחכים המערכת, ולכן של

3.

כוח. מד ידי על הבוש, נמדד על המנוע שמפעיל - הכוחכאשר:

הבוחש. לציר הכוח ביןמד המחברת הזרוע - אורך

הבוחש. סיבוב - תדירות

בוחשים. סוגי1.2.4

נבדלים ומשוט. הבוחשים עיקריים: פרופלור, טורבינה בחושים סוגי3 קיימים במיכל. לכן יוצרים שהם הזרימה בקווי נבדלים מכך וכתוצאה בצורתם מזה זה

1 http://www.wellman.co.th/dt02.html

מותאמת שהצורה כך – והערבוב הבחישה צורכי לפי הבוחש את נבחרלשימוש.

2שונים: בוחשים

משוט: טורבינה:פרופלור:

לרוב ישמש אקסיאלים, ולכן זרימה בקווי בעיקר המתאפיין בוחשפרופלור: נומכה. צמיגות בעלי בזורמים גבוהה מהירות וליצירת מוצקים של להרחפה

גדולים, וקבל בנפחים גם לערבל ניתן לזה זה מפריעים אינם הזרימה וקווי היותטובות. ערבוב תוצאות

פרופלור: בוחש של זרימה קווי

3

זרימה קווי בעיקר המשוט. יוצר לבוחש במבנהו הדומה בוחשטורבינה: להיות יכולים אקסיאלים. הלהבים קווים גם לייצר יכול ומשיקיים, אך רדיאלים

או פתוח להיות יכול עצמו משופעים. הבוחש או מעקומים, אנכיים או ישרים של זרימה נוזלים. קווי צמיגיות של רחב לטווח המתאים מכוסה. בוחש

טורבינה:

4

אנכי ציר על שטוחים משוטים ארבעה או משניים בד"כ המורכב בוחשמשוט: ומשיקיים. רדיאלים זרימה בקווי בעיקר הבוחש. מתאפיין לציר המקביל

פשוטות ערבוב לבעיות ומשמש ובינוניות איטיות למהירויות בד"כ משמש

2 McCabe and Smith, 1967, p. 2433 Holland and Chapman, 1966, p. 144 Holland and Chapman, 1966, p. 14

לתנועה הופך וחלק בדופן משיקית לזרימה הופכת הרדיאלית יחסית. הזרימההמדחף. אל שחוזרת אקסיאלית

: Vortex – מערבולת1.2.5 בד"כ הכובד, נוצר כוח על גובר הצנטריפוגלי הכוחות בו מצב הינה מערבולת דפנות אל נדחק הנוזל זה הסיבובית. במצב התנועה של גבוהה במהירות

ובמרכזו עולה הכלי בדפנות נוזל. המפלס של אחד כגוף בעצם ונע המיכל או בחישה מתבצע לא מערבולת שנוצרת המפלס. בזמן יורד הסיבוב ציר סביב

שהצמיגות ככל תקטן המערבולת נתונה הזורם\זורמים. במהירות של ערבובעולה.

המערבולת: של זרימה קווי

5

ידי: על התופעה את למנוע ניתןלציר בזווית הצבתו המיכל, או של הסימטריה מציר הבוחש ציר הזזת

הזורם. של המשיקית התנועה את להקטין הסימטריה, ובכךמחיצות הוספת (Bafflesבמקביל ) ומשבשות הבוחש, מקטינות לציר

המשיקית. הזרימה אתלאקסיאלית, ולכן משנית המשיקית הזרימה בו פרופלור בבוחש שימוש

יותר. גבוהות בחישה במהירות תיווצר המערבולת

בבחישה: מימד חסרי מספרים1.2.6 מבניים פרמטרים של רב מספר ידי על ומאופיינת מוגדרת הבחישה מערכת

הבוחש. של הזוויתית ובתדירות בבוחש, במיכל, בזורם הקשורים ופיזיקלייםהבאים: המשתנים של פונקציה הוא ההספק לכן

4.

5 McCabe and Smith, 1967, p. 246

המערכת. לתיאור של המבניים הפרמטרים את מבטאיםl1,l2,…,lm כאשר חסרת באנליזה נשתמש האפשרי ביותר הקטן המשתנים במספר המערכת

וכו'(. חום בצנרת, מעברי )זרימה שונות הנדסיות למערכות מימד, בדומה

5.

ריינולדס: מספר ניתן ריינולדס מספר בזורם. בעזרת החיכוך לכוחות האינרציה כוחות בין היחס

, עבור תתקבל למינרית זרימה ערבוב זרימה. במיכל משטר לאפיין

. כאשר טורבולנטית וזרימה

6.

פראוד: מספר של בהקשר רלוונטי זה הכובד. מספר כוח לבין האינרציה כוחות בין היחס את מבטא

הכובד. כוח על עולה הצנטריפוגלי הכוח שבו מצב וזה מערבולת, היות היווצרות

7.

וובר: מספר בנוזלים הנוזל. משמעותי של הפנים מתח לבין האינרציה כוחות בין היחס את מבטאבמיוחד. גבוהה פנים מתח בעלי

8.

כוח: מספרהאינרציה. כוחות לבין המנוע הספק יחס את מבטא

9.

הכוח: פונקציית(:5) משוואה להצגת נוספת דרך

10.אז: קבועים הינם המערכת מבנה של הפרמטרים כל כאשר

11.

הכוח: פונקציית מוגדרת ולכן

12.

ידי: על מוגדר y כאשר

13.

הבוחש. ולסוג הבחישה מערכת למבנה הקשורים קבועים הם - ו כאשר

מוגדר זה ריינולדס. גרף מספר כנגדlog-log בגרף כלל בדרך מוצגת הכוח פונקצייתכוח. כדיאגרמת

מחיצות ועם טורבינה, ללא בוחש על סטנדרטי מיכל עבור כוח לדיאגרמת דוגמאלצורך. בהתאם

ניתן ולכן משמעותית מערבולת נוצרת , לא300מ- נמוך ריינולדס מספר בו בתחוםכ: נשארת והיא הכוח פונקציית על פראוד מספר השפעת את להזניח

14.

ריינולדס. במספר העליה עם יורדת זה בתחום הכוח פונקציית של העקומה

שיפוע עם הכוח עקומת של לינאריות וישנה למינרית היא , הזרימה בו בתחום

1.ע"י: הניתן הכוח מספר לבין ריינולס בין הקשר נוצר

15.

מבניים. בפרמטריים רק ותלוי קבוע הינו כאשר

בעקומה מחיצות ללא למיכל מחיצות עם מיכל בין הפרדה נוצרת בו בתחום

הכוח בגלל המחיצות בלי מהחלק גבוהה המחיצות של הכוח. החלק פונקציית שלהמחיצות. שיוצרות הנוסף החיכוך

במספר עוד תלויה איננה הכוח , פונקציית בו הטורבולנטי בתחום

פראוד. מספר גם תלות מחיצות, אין פראוד. בנוכחות במספר אלא ריינולדס( מתקבלת:7) משוואה ומתוך קבוע ערך בעלת הכוח פונקציית מתקבלת

16.סטנדרטי בחישה מיכל1.2.7

מבניים בפרמטרים תלויה4 ובמשוואה הקודם בחלק שרואים כפי הבחישה מערכת הוא השונים הפרמטרים בין היחס בו מיכל הינו סטנדרטי בחישה המערכת. מיכל של

המיכלים לכל המתאימה אחת כוח דיאגרמת לשרטט ניתן ומוגדר, ולכן קבועאלו. הגדרות המקיימים

: - הבוחש לקוטר- המיכל קוטר בין היחסא.

.הבוחש: לקוטר שווה- המיכל מתחתית האימפלר גובהב.

.המיכל: לקוטר שווה- במיכל הנוזל גובהג.

.הוא: המיכל לקוטר- המחיצות רוחב בין היחסד.

.הוא: הבוחש לקוטר- הבוחש להב רוחב בין היחסה.

.הוא: הבוחש לקוטר- הלהב אורך בין היחסו.

.הלהבים: מורכבים עליה המרכזית הדיסקה קוטרז.

סטנדרטית: בחישה למערכת תרשים

הניסוי: ציוד.2סכמטי(: )ציור הניסוי מערכת2.1

והמכשירים: הציוד תיאור2.2בניסוי. נקבעו וצמיגותה שצפיפותה מים-גליצרין תמיסת , מכילPVC עושי גלילי מיכל-הבוחש. מנוע- החלק בין המחבר קפית על המבוסס כוח , מד של קריאה בדיוק כוח מד-

במכשיר. הקבוע החלק לבין בנוזל הבוחש מתנועה כתוצאה המרכזיהנע

. בקריאה דיגיטלי, הדיוק תדירות מד הכולל סיבוב מהירות וסת-

– , בינוני0.1016m – שונים: גדול קטרים בשלושה ופרופלור טורבינה – בוחשים-0.0762m0.0635 – , קטןm .

והרכבה. לפירוק הניתנות סטנדרטיות מחיצות-m^2/S^2 6^-10*2.4 של קבוע בעל קינמטית צמיגות מד- בנפח צפיפות למדידת פיקנומטר- של דיוק עם אנליטיים חצי מאזניים- של בדיוק עצר שעון-

הניסוי: מהלך.3המערכת: של הכוח פונקציית על והשפעתם פרמטרים מספר בדקנו בניסוי3.1

ופרופלורים. טורבינות של גדלים3 הבוחש: נבדקו גודל השפעת-זהה. בגודל ופרופלור משופעת, ישרה טורבינה הבוחש: נבדקו צורת השפעת- אחת ס"מ7 במרחק טורבינות זוג ציר: נבדקו אותו על הבוחשים מספר השפעת-

בודדה. טורבינה מול אל מהשנייהמחיצות. ובלי מחיצות עם טורבינה המחיצות: נדבקו השפעת-

והביצוע: הניסוי מהלך3.2למיכל. בניסוי, והוכנסו הבוחשים מן אחד כל הורכבו- עוברים לא מקרה , בכל1 בנספח לראות שנית כפי העבודה מהירויות טווח נמדדו-

של נמדד כוח , בין650rpm של מהירות-