Гидромеханические процессы (стр. 7 из 9)

Рис.5.2 Схема экспериментальной установки

1 - вентилятор, 2 - электродвигатель, 3 - всасывающая труба,

4 - нагнетательная труба, 5 - плавный раструб, 6 - сетка,

8 - вольтметр, 9 - амперметр, 10 - тахометр, 11, 12 - реостаты,

14 - трубка Пито, 16, 17 - манометры.

Необходимые для построения характеристик вентилятора и сети значения величин Q, H, N, hопределяют путем соответствующей обработки показаний контрольно-измерительных приборов, полученных во время испытаний.

Показания приборов: дифф. манометра 16 (1 рабочее место) и диф. манометра 17 (2 рабочее место), вольтметра 8 и амперметра 9 (3 рабочее место), после того как диафрагма 7 переставлена в новое положение и восстановлено реостатами заданное число оборотов.

После ознакомления с описанием работы и с установкой распределяют рабочие места, проверяют правильность положения трубок Пито в трубопроводах, нулевое положение жидкости в диф. манометрах и с разрешения преподавателя пускают вентилятор, включают рубильник и плавно выводят сначала пусковой реостат 2, а затем регулировочный 12. Остановку вентилятора после окончания работы производят в обратном порядке.

5.4 Обработка опытных данных

1. Повышение давления Н, создаваемое вентилятором или называемый "полный напор" вентилятора, определяется (в мм вод. ст.) непосредственно замером по диф. манометру 16.

2. Мощность N, потребляемую вентиляционной установкой, рассчитывают по формуле:

(5.6)

где: V - напряжение постоянного тока, В;

I - сила тока, А.

3. Производительность вентилятора Qопределяют:

(5.7)

где:

- площадь поперечного сечения трубопровода, м².

Среднюю скорость воздуха wво всасывающем трубопроводе находят следующим образом. Диф. манометр 17, присоединенный к трубке Пито 15, которая установлена по оси всасывающего трубопровода, показывает скоростное давление DР_СК (в мм вод. ст.) в центре этого трубопровода. Скорость элементарной струйки воздуха (в м/с), проходящей в центре трубопровода (осевая или максимальная скорость) будет равна:

(5.8)

где: r - плотность воздуха, кг/м³; 9,81 - коэффициент пересчета DР_СКс мм вод. ст. в н/м². Для турбулентного потока отношение средней скорости к максимальной

составляет в среднем 0,9.

Таблица 5.1 Протокол измерений

№№пп	число оборотов вентилятораn, об/мин.	положение диафрагмы 7	Показания приборов				Рассчитанные величины
			H,мм вод. ст.	DPСК, мм вод. ст	V,В	I,А	Q,м3/с	h,%	N,Вт	Re
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
а) характеристика вентилятора
1
2
3
4
5
б) характеристика сети
1
2
3
4
5

Примечания:

1. Число Рейнольдса Reвычисляют при определении характеристик вентилятора только для первого и последнего расходов воздуха.

2. При определении характеристик сети замеряют только показания диф. манометров 16, 17 и вычисляют только Q_C.

3. КПД вентилятора h (с электродвигателем) определяют по уравнению:

(5.9)

где: Q - расход воздуха, м³/с;

Н - "полный напор", создаваемый вентилятором, Па;

N - потребляемая мощность, Вт.

5.5 Контрольные вопросы

1. Как устроен и работает центробежный вентилятор?

2. Разность каких давлений показывает диф. манометр, установленный во всасывающем трубопроводе вентилятора?

3. Почему при определении характеристик вентилятора можно изменять расход воздуха затвором, а при определении характеристик сети нельзя?

4. Какой физический смысл имеют характеристика сети и рабочая точка?

5. Почему плотность воздуха во всасывающем и нагнетательном трубопроводах считают одинаковой?

6. Что нужно сделать на установке, чтобы характеристика сети стала бы мене крутой?

7. В чем преимущество диф. манометра с наклонной шкалой по сравнению с обычным U-образным диф. манометром?

8. Если убрать сетку из всасывающего трубопровода, то при том же открытии затвора как это отразится на положении рабочей точки (для данного числа оборотов вентилятора)?

9. Для чего служит тахометр?

Лабораторная работа № 6

6. Определение констант процесса фильтрования суспензии

Цель работы. Определение констант процесса фильтрования суспензии, а также удельного сопротивления осадка и сопротивления фильтровальной перегородки.

6.1 Теоретическая часть

Фильтрованием называется процесс разделения неоднородных систем при помощи пористых перегородок, которые задерживают одни фазы систем и пропускают другие.

При разделении суспензии частицы твердой фазы задерживаются на твердой перегородке, образуя осадок, а жидкая фаза проходит через слой осадка и через поры фильтровальной перегородки. Таким образом, суспензия разделяется на чистый фильтрат и влажный осадок.

Фильтрование может быть:

· с закупориванием пор - на поверхности фильтровальной перегородки осадок почти не образуется: твердые частицы задерживаются внутри пор;

· с образованием осадка - на фильтровальной перегородке, когда твердые частицы почти не проникают внутрь перегородки.

Процесс фильтрования осадка на практике встречается значительно чаще. Фильтрование является гидродинамическим процессом, скорость которого прямо пропорциональна разности давлений, создаваемой по обе стороны фильтровальной перегородки (движущей силе процесса) и обратно пропорциональна сопротивлению, испытываемому жидкостью при ее движении через поры перегородки и слой образовавшегося осадка. Разность давлений на фильтровальной перегородке создают при помощи компрессоров, вакуум-насосов и жидкостных насосов (поршневых, центробежных и др.). Также для этой цели используются гидростатическое давление разделяемой суспензии. Фильтрующие перегородки изготовляют из х/б тканей (бязь, диагональ и др.), шерстяных тканей (сукно, байка, войлок), тканей из синтетических волокон (полиамидные, перхлорвиниловые).

Все шире применяются металлические, керамические и металлокерамические фильтрующие перегородки. Выбор той или иной фильтровальной перегородки обусловлен:

1 пористостью (размеры пор должны быть такими, чтобы частицы осадка задерживались на перегородке);

2 химической стойкостью к действию фильтруемой среды;

3 достаточной механической прочностью;

4 теплоемкостью при температуре фильтрования.

Сопротивление фильтрования является суммой сопротивлений фильтровальной перегородки и слоя осадка, т.е.:

R= Rф. п. + Rос. (6.1)

Сопротивление осадка потоку жидкости зависит от свойств твердых частиц и жидкой фазы суспензии, а также от условий фильтрования. Из условий фильтрования, влияющих на его течение, наибольшее значение имеет разность давлений по обеим сторонам фильтровальной перегородки.

Осадки, получаемые на фильтровальной перегородке при разделении суспензии, подразделяются на несжимаемые и сжимаемые. Под несжимаемыми понимают такие осадки, в которых пористость, т.е. отношение объема пор к объему осадка, не уменьшается при увеличении разности давлений.

Практически под несжимаемыми можно считать осадки, состоящие из частиц песка, кристаллов карбоната и бикарбоната натрия.

Скорость фильтрования суспензии существенным образом зависит от физических свойств крупности твердых частиц суспензии, которые делятся на:

а) грубые - dч > 100 мкм

б) тонкие - 0,5 < dч< 100 мкм

в) мути - 0,1 < dч< 0,5 мкм

г) коллоидные растворы - dч < 0,1 мкм.

При фильтровании с образованием несжимаемого осадка на сжимаемой фильтровальной перегородке опытным путем установлено, что объем фильтрата, получаемый за малый промежуток времени с единицы поверхности фильтра, прямо пропорционален разности давлений и обратно пропорционален вязкости фильтрата, а также общему сопротивлению осадка и фильтровальной перегородки:

dV/[Fdt] = DP/[m(R_ос+ R_ф.п)], (6.2)

где: V - объем фильтрата, м3;

F - поверхность фильтрования, м2;

tпродолжительность фильтрования, с;

DP - разность давлений, Па;

m - динамический коэффициент вязкости жидкости, Па*с;

Rос - сопротивление слоя, м-1;

Rф. п. - сопротивление фильтровальной перегородки, м-1.

При этом величина dV/ [Fdпредставляет собой переменную скорость фильтрования, выраженную в м/сек. Чтобы проинтегрировать уравнение (6.2) нужно установить зависимость между объемом слоя осадка Vос и фильтрата Vф,выразив их отношение через х0=Vос/Vф, что равно концентрации суспензии. Тогда объем осадка будет равен х0 Vф. Вместе с тем, объем может быть выражен произведением hос Fф, где hос - высота слоя осадка в м.