Flow of fluid- Pharmaceutical Engineering

4,352 views 28 slides Jun 16, 2021
Slide 1
Slide 1 of 28
Slide 1
1
Slide 2
2
Slide 3
3
Slide 4
4
Slide 5
5
Slide 6
6
Slide 7
7
Slide 8
8
Slide 9
9
Slide 10
10
Slide 11
11
Slide 12
12
Slide 13
13
Slide 14
14
Slide 15
15
Slide 16
16
Slide 17
17
Slide 18
18
Slide 19
19
Slide 20
20
Slide 21
21
Slide 22
22
Slide 23
23
Slide 24
24
Slide 25
25
Slide 26
26
Slide 27
27
Slide 28
28

About This Presentation

Fluid flow-Mention fluid properties such as viscosity, compressibility and surface tension of fluids.
Hydrostatics (Fluidststics) influencing fluid flow.
Fluid dynamics‐ Bernoulli’s theorem, flow of fluids in pipes, laminar and turbulent flow.
A fluid is a substance that continually deforms (flo...


Slide Content

F L O W O F F L UID BY- SANCHIT DHANKHAR

D i s cl a ime r Pr e s e nt a ti o n sli d es a r e p r o v i d ed o n stu d e nt' s r e q u e s t fo r p ur po s e o f qu i c k r e f e r e n c e o n l y , h e n c e i t ca n n o t b e r e p l ac ed w it h st a n da r d stu d y m a t e ri a l o r boo k s th a t a r e m e nti o n ed i n s y ll ab u s o f r e s p e c ti ve su b j e c ts . S tu d e nt s a r e ex p e c t ed t o r e f er st a n da r d boo k s fo r stu d y fo r ex a m in a ti o n .

Fl u id f l o w M enti o n f l u i d p ro p e rt i e s su c h a s vis co sity , co mpr essi b ility a nd surf ac e te ns i o n o f f l u ids. H ydr o st a ti c s ( Fl u i ds t s t ic s ) infl u e n c i ng f l u i d f l o w . Fl u id d y na m ic s ‐ Bern o u lli’s the o re m, f l ow o f f l u i ds i n p i p es, l a m i n a r a nd turbulent f l o w .

V I S C O S I T Y :-

F l o w o f F l u i d s

FL U I D FLO W A f lui d i s a s ub st anc e t ha t con t inuall y d ef orm s ( f low s ) und er a n appli ed s h e a r st r e ss . F luid s ar e a s ub s et o f t h e pha s es o f ma tt er an d includ e liquid s , ga s e s . F lui d f lo w ma y b e d ef in ed a s t h e f lo w o f s ub st anc es t ha t d o no t p e rman e n t l y r e s i s t di st or t io n T h e s ubj e c t o f f lui d f lo w ca n b e di v id ed in t o f lui d st a t ic' s an d f lui d d y namic s

FL U I D ST A T I C S Ø F lui d st a t ic' s d e al s wi t h t h e f luid s a t r e s t i n e quilibriu m Ø B e ha v io r o f liqui d a t r e s t Ø Na t ur e o f pr e ss ur e i t e x e r t s an d t h e v aria t io n o f pr e ss ur e a t di ffe r e n t la y e r s Pr ess ure d i ff e r e nc e s b e t w ee n l a ye rs of li q ui d s h 2 h 1 Poi n t 2 Poi n t 1

C o n s i d e r a c ol u m n o f li qu i d w it h t w o o p e n i ngs Wh i c h a r e p r o v i d e d at t he w a l l o f t he v esse l at d i ff ere nt h e i ght T he r a t e o f f lo w t h r o ugh t h es e o p e n i ngs a r e d i ff ere nt due t o t he p r ess ure e x e rt e d a t the d i ff e r e nt h e i g hts a re d i ff e r e nt C o n s i d e r a s t a tion a ry colu m n t he p ress u r e P i s a c ti ng o n t he s u r f a c e o f t he f l u i d, c ol u m n i s m a i n t a i n e d at c o n s t ant p ress u r e by app l y i ng p ress u r e T he f o r c e a c ti ng b e lo w and ab o ve t he p oi nt 1 a r e e va l ua t e d S u b s tituting the f orce w ith p r ess ure x a re a o f c r o s s se c tio n i n t he ab o ve e qua tio n

F orce act i n g on th e li qu i d = At poi n t 1 + F orc e o n t h e su r f a c e F orc e e xcr e t e d b y t h e liq u i d A bov e poi n t 1 Pr e ss u r e a t po i nt 2 x A r e a = (Pr e ss u r e o n th e s u r f ac e ar ea x s u r f ac e ar e a ) P 1 S = P 2 S + v o l u m e x d ens i t y x g = P 2 S + h e i gh t x ar ea x d e n si t y x g Pr e ss u r e a t po i nt 1 x A r ea = (Pr e ss u r e o n th e s u r f ac e ar ea x s u r f ac e ar e a ) + ( mas s x g )

P 1 s = P 2 s + vo l u m e x d e n si t y x g = P 2 s + h ei g h t x a r e a x d e n si t y x g P 2 s + h 1 S ρ g P 1 s = S i n c e s u r f ac e a r e a i s s am e P 1 = P s + h 1 ρ g P r ess u re act i n g o n p o i n t 2 ma y be w r i tt e n a s P 2 = P s + h 2 ρ g Di ffe r e nc e i n t h e pr e ss ur e i s - - P 2 - P 1 = g ( P s + h 2 ρ ) – ( P s + h 1 ρ ) g ∆ P = ( P s + h 2 ρ – P s ∆P = ∆ h ρ g - h 1 ρ ) g [ F= Volu me. ρ g ]

F L D U I Y D NA M I C S Ø F luid d y n a m ics d e a ls w ith the s tu d y of f lui d s in m otion Ø T his kno w l e dg e is i m p ort a nt f or li q ui d s , g e l s , oint me nts w hich w ill ch a n g e th e ir f low b e h a v ior w h e n e x p o se d to d i ff e r e nt s tr es s con d itions M I X I NG F L O W T HR OU G H P I PE S F I LLE D I N C O NTA I N E R

I m p or t a n c e Identi f ica t ion o f ty pe o f f lo w is i mpo rt a nt i n Ma nuf ac ture o f d o s a ge f o rms ü Ha nd li ng o f drugs f o r adm i n istr a t ion The f lo w o f f l u i d thr o ugh a p i pe ca n be vis co us o r turbu lent a nd it ca n be dete rm i n e d by Rey nolds numb er Rey nolds numb er h a v e no un it

R e yn o l d s Ex p e r i m e n t Gla ss tube is co nn e c te d to reserv oi r o f wa ter, r a te o f f lo w o f wa ter is a d juste d by a v al ve , A reserv oi r o f colo re d s ol ut ion is co nn e c te d to o ne e nd o f the gla ss tube wi th h el p o f n o zz le . Colo re d s ol ut ion is intr o du c e d i nto the n o zz l e a s f i ne stre a m thr o ugh jet tub e .

w a t er v al v e C olor ed li qu i d L AM I N A R O R V I SC OU S F L O W TUR B U L E NT F L O W

TY P E S O F FLO W è Lamina r f lo w i s o n e i n w h i c h t h e fl u i d p a r t i c le s mov e i n l ay e rs o r l am i n a r w i t h o n e l ay e r sli d i n g w i t h ot h e r è T h e re i s n o e xc h a n ge o f fl u i d p a r t i c le s f r o m o n e l ay e r t o ot h e r è A v g v el oc i t y è R e < 200 = 0. 5 V m a x è W h e n v el oc i t y o f t h e wat e r i s i n c r e a se d t h e t h r e a d o f t h e co l o r e d wat e r d is a pp e a rs a n d ma s s o f t h e wat e r g e t s un if o r m l y co l o r e d è T h e re i s com p le t e m i x i n g o f t h e s o l u t i o n a n d t h e fl o w o f t h e fl u i d i s ca lle d a s t urbul e n t f lo w è A v g v el oc i t y = 0. 8 V m a x è R e > 4 00 T h e v e l oc i t y a t w h i ch th e f l u i d chang es f r o m l a mi na r f l ow t o tu r bu l e n t f l ow tha t v e l oc i t y i s ca ll ed a s c r i t ic a l v eloci ty

R EY N OL D S NU MBE R I n Re y n o l ds e x p e r i m e n t t h e fl o w co n d i t i o n s a re a ffe ct e d by Ø Di am e t e r o f p i pe Ø A v e r a ge v el oc i t y Ø De n si t y o f li q u i d Ø V is co si t y o f t h e fl u i d T h i s f o u r f acto rs a re com b i n e d i n o n e wa y a s R e yn ol ds nu m b e r R e= Ø I n e r t ia l f orc es a re d u e t o ma s s a n d t h e v el oc i t y o f t h e fl u i d p a r t i c le s t r y i n g t o d iff u s e t h e fl u i d p a r t i c le s Ø v i s cou s f orc e i f t h e f r i ct i o n a l f o r c e d u e t o t h e v is co si t y o f t h e fl u i d w h i c h mak e t h e mot i o n o f t h e fl u i d i n p a r a llel . D u ρ η I N ER T I AL F O R C E S = ------------------------------ V IS C OU S F O R C E S

¬ A t lo w ve loci ties the i n ert ia l f o r c es a re less w h e n compa re d to the fr ic t ion a l f o r c es ¬ Re su lti ng f lo w wil l be vis co us i n n a ture ¬ Oth er h a nd w h e n i n ert ia l f o r c es a re pre d o m i n a nt the f l u i d la yers bre a k up due to the i n c re a se i n ve loci ty h e n c e turbu lent f lo w t a kes plac e . ¬ If R e < 200 the f lo w I s aid to be la m i n a r ¬ If R e > 400 the f lo w is s aid to be turbu lent ¬ If R e lies b et w ee n 200 to 400 the f lo w c h a nge b et w ee n la m i n a r to turbu lent

APP L I C A T I O NS Ø R e yn ol ds nu m b e r i s u se d t o p re d i c t t he na t u r e o f t he f lo w Ø S to c k s l aw e qua tio n i s m o d i f i e d t o i n c l ude R e yn ol ds nu m b e r t o s t udy t he r a t e o f se d i me n t a tio n i n s u s p e n s io n Wh e n v e lo c it y i s p lott e d aga i n s t t he d i s t an c e f r o m t he w a l l f ollo w i ng c o n c l u s io ns c an be d r a w n Ø T he f lo w o f f l u i d i n t he m i dd l e o f t he p i pe i s f a s t e r t h e n t he f l u i d n e ar t o t he w a l l Ø A t t he a c t ual s u r f a c e o f t he p i pe – w a l l t he v e lo c it y o f t he f l u i d i s z er o

Pi p e w al l R e la t i v e d is t a n c e f ro m th e c e nt er o f th e p i p e U / U m a x T u r bu l e n t f lo w V isco u s f lo w

BE RN O U LL I 'S T H EO R E M W h e n t h e pr i n c i p a l s o f t h e l a w o f e n e rgy i s a pp lie d t o t h e fl o w o f t h e fl u i ds t h e r es u l t i n g e q u at i o n i s a B e r n o u lli ' s t h e o r e m Ø C o n si d e r a p u m p wo r k i n g un d e r is ot h e r ma l co n d i t i o n s b e tw ee n p o i n t s A a n d B Ø B e r n o u lli ' s t h e o r e m s tat e m e n t , " I n a s t e a dy s tat e t h e tota l e n e rgy p e r un i t ma s s con s i st s o f pr e ss ur e, k in e t i c an d po t e n t ia l e n e rgi es ar e con st an t " K i n e t i c e n e r g y = u 2 / 2 g P u m p Pr e ss u r e e n e r g y = P a / ρ A g F ric t io n e n e r g y = F

Ø At p oi n t a o n e k ilo g ra m o f li qu i d i s ass u m ed t o b e e nt e ri n g a t p oi n t a , Pr e ss u r e e n e r g y = P a /g ρ A Wh e r e P a = Pr e ss u r e a t p oi n t a g = A cc e l e ra t io n du e t o g ra v i t y ρ A = D e n si t y o f th e li qu i d Po t e nt ia l e n e r g y o f a b o d y i s d ef i n ed a s th e e n e r g y p oss e ss ed b y th e b o d y b y th e v ir tu e o f i t s p osi t io n Po t e nt ia l e n e r g y = X A K i n e t i c e n e r g y o f a b o d y i s d ef i n ed a s th e e n e r g y p oss e ss ed b y th e b o d y b y v ir tu e o f i t s mo t io n , k i n e t i c e n e r g y = U A / 2 g 2 T o t a l e n e r g y a t p oi n t A = Pr e ss u r e e n e r g y + Po t e nt ia l e n e r g y + K . E T o t a l e n e r g y a t p oi n t A = P a V + X A + U A / 2 g 2

A ccor d i n g t o th e Be r n o u lli ' s th e or em th e t o t a l e n e r g y a t p oi n t A i s co n s t a n t T o t a l e n e r g y a t p oi n t A = P A V +X A + ( U A / 2 g ) = C o n s t a n t 2 Af t er th e s y s t em r e ac h es th e s t e a d y s t a t e, w h e n e v er o n e k ilo g ra m o f li qu i d e nt e r s a t p oi n t A, a n o th er o n e k ilo g ra m o f li qu i d l e a v es a t p oi n t B T o t a l e n e r g y a t p oi n t B = P B V + X B + U B / 2 g 2 P A V + X A + ( U A 2 / 2 g ) + E n e r g y a dd ed b y th e pu m p = P B V + X B + ( U B 2 / 2 g ) T h e or e t icall y al l k i nd s o f th e e n e r g i es i nv ol v ed i n f l u i d f lo w s h o u l d b e acco unt e d , pu m p h a s a dd ed c e r t ai n amo un t o f e n e r g y

D u r i n g t h e t r a n s p o rt s om e e n e rgy i s co n v e r t e d t o h e a t d u e t o f r i ct i o n a l Fo r c e s E n e rg y lo s s du e t o f ric t io n i n t h e lin e = F E n e rg y add ed b y pum p = W P a / ρ A + X A + U A 2 / 2 g – F + W = P B / ρ B + X B + U B / 2 g 2 T his e q u a tion is c a ll e d a s Be rnoulli's e q u a tion

E N E RGY LOS S A cc o r d i ng t o t he l aw o f c o nv ers a tio n o f e n er gy, e n er gy ba l an c e have t o be p r o p er l y c a l c u l a t e d f l u i ds e xp er i e n c e s e n er gy lo sse s i n se v er al w ays w h il e f lo w i ng t h r o ugh p i p es , t h e y a r e Ø Fr i c tio nal lo sse s Ø L o sse s i n t he f itti ng Ø E n l a r g eme nt lo sse s Ø C o n t r a c tio n lo sse s

A pplica t io n o f B E R NO U LL I ' S T H EO R E M Ø U s ed i n th e m e a sur e m e n t o f r a t e o f f lui d f l o w usin g f l o wm e t e r s Ø It app li ed i n th e w o rkin g o f th e c e ntri f u ga l p u m p , i n thi s kin e ti c e n e r g y i s co n ve rt ed i n t o p r e ssur e.

THANK-YOU