Описание экспериментальной установки

Установка (рис. 1.3) 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 дифференциального U-образного манометра 5 для измере­ния 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 h_о. 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 воздуходувку 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, дифференциального 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.

Ly

Рис. 1.2. Зависимость критерия Лященко

от критерия Архимеда для шаровых частиц

Рис. 1.3. Схема экспериментальной установки

для исследования гидродинамики взвешенного слоя

Таблица 1.1

Номер опыта

Показания ротаметра

Высота слоя h, м

Показания U-образного дифференциального манометра h, м вод. ст.

Температура воздуха, ^0С

В ходе опытов необходимо внимательно следить за поведением слоя. При скорости воздуха, близкой к критической ω_кр, измерение расхода воздуха производить на I деление шкалы ротаметра для обнаружения пика на кривой псевдоожижения ΔР_сл=f(ω₀). После перехода слоя во взвешенное состояние расход воздуха вновь увеличивать на 2-3 деления шкалы ротаметра до достижения скорости уноса ω_ун и разрушения взвешенного слоя.

Работу заканчивают, выключив воздуходувку 2 и закрыв вентиль 4.

Обработка результатов эксперимента

По градуировочному графику ротаметра 3 (рис. 1.4) найти численные значения расхода воздуха (V_r, м³/с), соответствующие полученным в опытах делениям шкалы ротаметра.

По формуле (1.4) определить фиктивную скорость воздуха.

По формуле (1.5) рассчитать порозность зернистого слоя.

По формуле (1.1) пересчитать показания дифференциального манометра Δh, м вод. ст. в ΔР, Па.

На миллиметровой бумаге построить в масштабе кривые псевдоожижения, соответствующие результатам эксперимента:

ΔР_сл ⁼ f(ω_о), h_эксп = f(ω_о), ε_эксп=f(ω_о). Построения можно выполнять на совмещенном графике.

По кривым псевдоожижения определить экспериментальные значения критической скорости ω_кр и скорости уноса ω_ун.

По прил. 1 выбрать необходимые физические свойства воздуха ( μ, ρ).

V10³

Деления шкалы ротаметра

Рис. 1.4. Градуировочный график ротаметра

По формуле (1.13) рассчитать критерий Архимеда и определить соответствующее ему значение критерия Лященко Ly по рис. 1.2.

По найденному графически критерию Лященко Ly из формулы (1.14) определить значение критической скорости ω_кр.

Сопоставить опытное и расчетное значения критической скорости, сделать соответствующие выводы.

По формуле (1.13) и (1.5) определить расчетное значение высоты взвешенного слоя h и порозности слоя ε.

Установить режим движения воздуха в каналах неподвижного слоя зернистого материала, рассчитав значение критерия Рейнольдса по формуле (1.9).

Для всех значений ω₀, имевших место в опытах, рассчитать сопротивление неподвижного слоя по формулам (1.10) или (1.11) при 0<ω_о<ω_кр, и взвешенного слоя по уравнению (1.12) при ω_кр<ω_о<ω_ун.

Построить зависимости ΔР_сл = f(ω_о) h_расч= f(ω_о); ε_расч= f(ω_о) на одних графиках с ΔР_{сл.эксп.} = f(ω_о);, h_эксп= f(ω_о);, ε_эксп= f(ω_о).

Сравнивая значения экспериментальных данных ΔР_{сл.эксп}, h_эксп , ε_эксп с рассчитанными величинами ΔР_{сл.расч}, h_расч, ε_расч в диапазоне изменения скоростей ω_о, сделать выводы, соответствующие целям работы. Особое внимание при этом уделить проверке основного уравнения взвешенного слоя.

Результаты экспериментов и расчетов записать в табл. 1.2

Таблица 1.2

Номер опыта	Расход воздуха Vr, м^3/с	Фиктивная скорость ωо, м/с	Критическая скорость, м/с		Высота слоя, м		Порозность слоя, м^3/м^3		Сопротивление слоя, Па
			ωкр экс	ωкр расч	hэкс	hрас	εэксп	εрасч	ΔРсл.экс	ΔРсл.расч