Лабораторная работа №4
"Изучение гидродинамики взвешенного слоя"
Цель работы
: получение экспериментальной и расчетной зависимостей гидравлического сопротивления слоя ΔР,
высоты слоя h
и порозности ε
от скорости газа ωкр
; проверка основного уравнения взвешенного слоя.
Описание установки
Установка (рис 1.1) состоит из стеклянной колонки 1 с внутренним диаметром D=0,055 м, воздуходувки 2 для подачи воздуха в колонку, ротаметра 3 для измерения расхода воздуха, регулировочного вентиля 4 и дифферинциального U-образного манометра 5 для гидравлического сопротивления слоя. На газопроницаемую поддерживающую решетку в нижней части колонки помещено 0,23 кг твердого материала плотностью ρтв
=1330 кг/м3
из шарообразных частиц диаметром d
=1·10-3
м, образующего слой высотой h
0
. Для предотвращения уноса частиц в атмосферу в верхней части колонки установлена сетка, а для измерения температуры воздуха – термометр 6.
Методика проведения работы
Открыть вентиль 4 и включить воздуходовку 2, перемешивая частицы твердого материала в режиме псевдоожиженного слоя 2–3 мин. После этого установить такой начальный расход воздуха в колонке, при котором поплавок ротаметра занимал бы положение в начале шкалы. Затем измерить высоту слоя h
,
снять показания ротаметра 3, дифферинциального манометра 5 и термометра 6. Записав результаты измерений в табл. 1.1, повторить эту операцию, каждый раз увеличивая расход воздуха на 2–3 деления шкалы ротаметра.
Обработка измерений результатов
Таблица опытных данных
№
опыта
|
Показания
ротаметра, 10-3
|
Высота слоя h, м, 10-3
|
ПоказанияU-образного дифференциального манометра Δ h, м.вод. ст. |
Темпе-
ратура,0
С
|
Расход воздуха, м/с·10-3
|
| 1 |
0 |
140 |
0,028 |
23
|
0 |
| 2 |
3 |
140 |
0,032 |
0,3 |
| 3 |
6 |
140 |
0,037 |
0,39 |
| 4 |
9 |
140 |
0,043 |
0,45 |
| 5 |
12 |
140 |
0,054 |
0,52 |
| 6 |
15 |
140 |
0,068 |
0,58 |
| 7 |
18 |
144 |
0,072 |
0,67 |
| 8 |
21 |
155 |
0,074 |
0,71 |
| 9 |
24 |
157,5 |
0,076 |
0,78 |
| 10 |
27 |
175 |
0,078 |
0,85 |
| 11 |
30 |
180 |
0,079 |
0,91 |
| 12 |
33 |
183 |
0,071 |
0,97 |
| 13 |
36 |
190 |
0,071 |
1,03 |
| 14 |
39 |
200 |
0,071 |
1,1 |
1. Определяем фиктивную скорость воздуха по формуле
 , м/с
 м/с  м/с
 м/с  м/с
 м/с  м/с
 м/с  м/с
 м/с  м/с
 м/с  м/с
 м/с  м/с
2. Рассчитываем порозность зернистого слоя по формуле:
3. Пересчитываем показания дифференциального манометра Δh, м вод. ст. в ΔР, Па
где ΔР – сопротивление, выраженное перепадом давления, Па;
ρ – плотность жидкости, высотой которой выражено Δh
, кг/м3
;
g – ускорение свободного падения, м/с2
;
Δh
-сопротивление, выраженное перепадом высот, м.
4. Рассчитываем критерий Архимеда по формуле:
 ;
где d-диаметр шарообразных частиц, d=1·10-3
м;
ρтв
=1330 кг/м3
;
ρ=1,217 кг/м3
;
μ=18,25·10-6
Па·с.
5. Графически находим критерий Лященко
Ly
=0,4
6. Рассчитываем ωкр
по формуле:
 ;
 м/с
7. Строим графики зависимости ΔРсл
=f(ω0
); hрасч
= f(ω0
); εрасч
= f(ω0
); ΔРсл.эксп
= f(ω0
); hэксп
= f(ω0
); εэксп
= f(ω0
).
8. Определяем ωкр
=0,315 м/с
9. Рассчитываем значения числа Рейнольдса по формуле:
 
 
 
 
 
 
 
Рассчитав значение критерия Рейнольдса, можно сделать вывод, что режим движения воздуха в каналах неподвижного слоя зернистого материала турбулентный, т. к. Re>2.
Результаты расчетов заносим в таблицу 1.1
Таблица 1.1
| № |
Расход воздуха
Vr
, м/с3
, 10-3
|
Фиктивная скорость, ω0
, м/с |
Критическая скорость, м/с |
Высота слоя, м |
Порозность слоя |
Сопротивление слоя, Па |
| ωкр экс
|
ωкр рас
|
hэкс
|
hрас
|
ε эксп
|
εрас
|
ΔР экс
|
ΔРрас
|
| 1 |
0 |
0 |
0,315
|
0,4
|
0,140 |
0,162 |
0,48 |
0,55 |
364,95 |
411,50 |
| 2 |
0,3 |
0,126 |
0,140 |
0,162 |
0,48 |
0,55 |
470,09 |
473,38 |
| 3 |
0,39 |
0,164 |
0,140 |
0,162 |
0,48 |
0,55 |
482,26 |
547,82 |
| 4 |
0,45 |
0,189 |
0,140 |
0,162 |
0,48 |
0,55 |
560,46 |
631,90 |
| 5 |
0,52 |
0,219 |
0,140 |
0,162 |
0,48 |
0,55 |
703,84 |
793,70 |
| 6 |
0,58 |
0,244 |
0,140 |
0,162 |
0,48 |
0,55 |
886,34 |
1000,09 |
| 7 |
0,67 |
0,282 |
0,144 |
0,169 |
0,49 |
0,57 |
938,45 |
1058,69 |
| 8 |
0,71 |
0,299 |
0,155 |
0,198 |
0,53 |
0,63 |
964,52 |
1088,00 |
| 9 |
0,78 |
0,328 |
0,158 |
0,206 |
0,54 |
0,65 |
990,58 |
1117,30 |
| 10 |
0,85 |
0,358 |
0,175 |
0,250 |
0,58 |
0,71 |
1016,65 |
1146,60 |
| 11 |
0,91 |
0,383 |
0,180 |
0,267 |
0,595 |
0,73 |
1029,69 |
1161,89 |
| 12 |
0,97 |
0,408 |
0,183 |
0,276 |
0,602 |
0,74 |
925,41 |
1043,41 |
| 13 |
1,01 |
0,434 |
0,190 |
0,300 |
0,62 |
0,76 |
925,41 |
1043,41 |
| 14 |
1,1 |
0,464 |
0,200 |
0,330 |
0,64 |
0,78 |
925,41 |
1043,41 |
Вывод: в ходе лабораторной работы были получены экспериментальные и расчетный зависимости гидравлического сопротивления слоя ΔР, высоты слоя h и порозности ε от скорости газа ω0
; была определена критическая скорость газа ωкр
.
|
