Изучение гидродинамики взвешенного слоя

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 ω_кр; 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 ρ_тв=1330 кг/м³ из шарообразных частиц диаметром d=1·10^-3 м, образующего слой высотой h₀. 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	Показанияротаметра, 10^-3	Высота слоя h, м, 10^-3	ПоказанияU-образного дифференциального манометра Δ h, м.вод. ст.	Темпе-ратура,⁰С	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

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;

ρ_тв=1330 кг/м³;

ρ=1,217 кг/м³;

μ=18,25·10^-6 Па·с.

5. Графически находим критерий Лященко

L_y=0,4

6. Рассчитываем ω_кр по формуле:

;

м/с

7. Строим графики зависимости ΔР_сл=f(ω₀); h_расч= f(ω₀); ε_расч= f(ω₀); ΔР_{сл.эксп}= f(ω₀); h_эксп= f(ω₀); ε_эксп= f(ω₀).

8. Определяем ω_кр=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 воздухаV_r, м/с³, 10^-3	Фиктивная скорость, ω₀, м/с	Критическая скорость, м/с		Высота слоя, м		Порозность слоя		Сопротивление слоя, Па
№	Расход воздухаV_r, м/с³, 10^-3	Фиктивная скорость, ω₀, м/с	ω_{кр экс}	ω_{кр рас}	h_экс	h_рас	ε _эксп	ε_рас	ΔР _экс	ΔР_рас
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 ω_кр.