Обработка опытных данных

Теоретический анализ вопроса и результаты опытов показывают, что мощность зависит от вязкости и плотности перемешиваемой жидкости, ускорения свободного падения, числа оборотов мешалки, от размеров аппарата и мешалки [1-3].

Следует различать: 1 – мощность, потребляемую в пусковой период; 2 – мощность, потребляемую в рабочий период.

Мощность, потребляемая в пусковой период, - N_п затрачивается на преодоление инерционных сил жидкости: чтобы вывести жидкость из состояния покоя – N₁ и на преодоление сил трения жидкости – N₂, т.е. N_п = N₁ + N₂.

Энергия живых сил, сообщаемая элементарной массе жидкости элементом лопасти,

dN = dm ω²/2, (1)

где dm – масса жидкости, захватываемая элементом лопасти в единицу времени; ω – окружная скорость элемента.

После интегрирования уравнения (1) для всей лопасти с диаметром d получим [1]:

N₁ = 3,87·h·d⁴·n³·ρ, (2)

где ρ – плотность жидкости; h – высота лопасти.

Обозначая далее h/d = K и 3,87 K = a, получим:

N₁ = a·d⁵·n³·ρ (2а)

Энергия, затрачиваемая на преодоление сил трения, может быть определена из критерия мощности (коэффициента сопротивления), разрешенного относительно N₂:

N₂ = ξ·d⁵·n³·ρ. (3)

Полная пусковая мощность будет равна:

N_п = N₁ + N₂ = (a + ξ) d⁵·n³·ρ. (4)

Следовательно, задача расчета как пусковой, так и рабочей мощности сводится к определению коэффициента сопротивления (критерия мощности) из зависимости [3, рис. 7]:

ξ = ƒ (Re) или ξ = N_р/d⁵·n³·ρ = ƒ(n·d²·ρ/μ). (5)

При значениях n, d, ρ, μ вычисляется критерий Рейнольдса и для заданного типа мешалки по графику [3, рис. 7] находят значение ξ, откуда и определяется рабочая расчетная мощность N_р.

Пусковая расчетная мощность определяется из соотношения

N_п/N_р = (a + ξ) d⁵·n³ρ/ξ·d⁵·n³·ρ = a + ξ/ξ = a/ξ + 1, (6)

откуда

N_п = (a/ξ + 1) N_р, (7)

где N_р = N₂.

Опытные данные для расчета пусковой и рабочей мощностей определяются отдельно по данным, полученным из показаний динамометра и тахометра, который замеряет частоту вращения вала мешалки.

По этим данным рассчитывается крутящий момент:

M_кр. = g·P·R_ш, Дж, (8)

где g – ускорение свободного падения, м/с²; P – усилие на динамометре, кг; R_ш – радиус натяжного шкива, м.

По величине крутящего момента рассчитывают опытную пусковую и рабочую мощности по формуле:

N = M_кр·2π·n, (9)

где n – частота вращения вала мешалки, 1/с.

Составление отчета

Отчет по лабораторной работе оформляется на листах формата II (297х210). Титульный лист должен соответствовать титульному листу методических указаний к работам с указанием кафедры, названия работы, ее номера, фамилии, и.о. студента, группы, специальности и фамилии, и.о. преподавателя, принявшего работу.

В отчете должны быть представлены:

• описание цели работы,

• схема лабораторной установки,

• описание работы установки,

• методика проведения работы,

• полученные экспериментальные данные,

• результаты обработки опытных данных,

• выводы.

Рис. Схема перемешивающей установки с мешалкой: 1 – корпус; 2 – вал червячного колеса и лопасти; 3 – редуктор червячный и эл. двигатель, свободно закрепленные на корпусе; 4 – динамометр; 5 – шкив натяжного устройства.

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. До начала работы:

• убедиться в отсутствии явных повреждений лабораторной установки;

• проверить наличие сухого резинового коврика на полу перед установкой.

2. Во время работы:

• руководствоваться методическими указаниями;

• не прикасаться руками к вращающимся элементам установки;

• не оставлять работающую установку без присмотра;

• поддерживать чистоту на рабочем месте.

3. По окончании работы:

• выключить электропитание автотрансформатора;

• сдать установку дежурному учебному мастеру (лаборанту).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ДЛЯ ДОПУСКА К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. Какова цель предстоящей работы?

2. Объяснить устройство и принцип действия элементов установки.

3. Каков порядок выполнения работы?

4. Какие экспериментальные данные фиксируются при выполнении работы?

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ВОПРОСОВ НА ЗАЩИТЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

1. Назначение процесса перемешивания.

2. Типы мешалок, область их применения.

3. Вид и значение общего критериального уравнения.

4. Порядок проведения работы и анализ опытных данных.

5. Выбор размеров мешалок: диаметра, ширины лопасти, числа лопастей.

6. Действующие нагрузки на конструктивные элементы мешалки и их расчет на прочность.

7. Конструкции мешалок с экранированным приводом.

8. Какие переменные влияют на величину мощности? Как именно?

9. Как видоизменяются критерии Эйлера, Рейнольдса и Фруда в случаях перемешивания в жидкой среде механическими мешалками?