- •Введение
- •Работа 1. Экспериментальное исследование условий псевдосжижения в системе дисперсный материал – газ применительно к работе печей для обжига в «кипящем слое»
- •Описание установки
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Результаты эксперимента и вычислений заносить в таблицу.
- •Работа 2. Определение характеристик воздухораспределительной системы горизонтального конвертера методом физического моделирования
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Работа 3. Исследование режима движения газов в печи взвешенной плавки на физической модели
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Свойства воздуха при 760 мм рт. Ст.
- •Работа 4. Экспериментальные исследования истечения воздуха при его нагреве
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Работа 5. Оценка условий подачи дутья в слой расплава при различных вариантах
- •1) Зона окисления – зона непосредственного контакта расплава с дутьевой струей:
- •Теоретический расход кислорода:
- •Соответственно расход воздуха при 21% кислорода:
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Работа 6. Исследование конвективной теплопередачи в металлургическом рекуператоре
- •Описание установки
- •П орядок выполнения работы
- •Работа 7. Исследование динамики свободной струи
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Работа 8. Исследование условий внедрения верхней непогруженной струи в слой расплава
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Работа 9. Моделирование электрического поля электрической печи для обеднения шлаков при различных вариантах состава шлака
- •Описание установки
- •Порядок выполнения эксперимента
- •Работа 10. Экспериментальное исследование аэродинамических условий работы шахтной печи
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Работа 11. Определение аэродинамического сопротивления в трубопроводах различной конфигурации
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Работа 12. Исследование механического процесса многоподовой печи
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Средняя теплоемкость воздуха и газов
- •Свойства воздуха при 760 мм рт. Ст.
- •Содержание
Работа 7. Исследование динамики свободной струи
«Свободной» называется струя, истекающая из отверстия насадки в бесконечно большой (по сравнению с диаметром отверстия) объем и не испытывающая воздействий каких-либо ограничивающих поверхностей. «Затопленной» считается струя, истекающая в среду, заполненную веществом (газом, жидкостью) с теми же физическими свойствами, что и вещество самой струи.
Различается истечение, происходящее в докритическом и сверхкритическом режимах. Критическим барьером является обратное отношение величины абсолютного давления, под действием которого возникает струя – Р1, к величине абсолютного давления в той же среде, куда происходит истечение – Р2, Р2/Р1 = 0,528.
Абсолютным называется давление, равное сумме избыточного давления, т.е. давления, отличающегося от атмосферного Ри и величины барометрического давления Рб.
Для случая истечения воздушной струи в воздушное пространство Р1 = Ри + Рб, а Р2 = Рб.
Образование газовой струи, истекающей из системы, находящейся под давлением, подчиняется закону Бернулли. При истечении струя приобретает динамический напор hдин. Если величина первоначального избыточного давления в системе Р1, то в самом начале струи hдин + hпот = h1, где hпот – потери напора на преодоление трения в отверстии насадки, откуда hдин = h1 – hпот.
Условные обозначения, размерности и расчетные формулы.
hст – статический напор в ресивере, кГ/м²;
hдин – динамический напор струи в плоскости насадки, кГ/м²;
Wи – скорость истечения струи, м/сек;
Wх – скорость струи на расстоянии х от плоскости насадки, м/сек;
– динамический напор свободной струи в сечении х, кГ/м²;
– сила динамического напора, действующая на взвешенную частицу, кГ;
= Fа,
где Fа – активная поверхность частицы, воспринимающая динамический напор.
Р1 = Рб + hст
где Р1 – абсолютное давление в системе, кГ/м²; Рб – среднее значение атмосферного давления, кГ/м²;
Для свободной струи, истекающей в воздух Р2 = Рб,
где Р2 – абсолютное давление в среде, куда происходит истечение.
При истечении струи из емкости, находящейся под давлением Р1, в среду, имеющую давление Р2, в общем случае имеет место падение плотности газа от 1 до 2, если – удельный вес [кГ/м³], то = /g,кГсек²/м4 (1)
изменение плотности происходит по уравнению политропы:
= 1 ,
где k – показатель политропы, для всех двухатомных газов k = 1,4, трехатомных – k = 1,3.
При истечении струи через насадку происходит переход статистического напора, имеющегося в системе, в динамический напор струи при затрате некоторой доли энергии на преодоление сопротивления насадки:
hст = hдин + hпот
откуда hдин = hст – hпот
Принято потерю напора учитывать коэффициентом потери напора – к; тогда, hдин = кhст.
Поскольку hдин = , скорость истечения будет равна:
Wи = , м/сек или Wи = 1,41 , м/сек (2)
где – носит название коэффициента насадки. Его числовое значение зависит от геометрии насадки и качества обработки ее поверхности.
Значение плотности газа, входящее в формулу (2), в общем случае следует вычислить по формуле (1).
Для систем, находящихся под давлением до 1000 кГ/м², коэффициент изменения плотности составит всего 0,96. Такой погрешностью можно пренебречь и расчет скорости производить по формуле (2) при значении = 2, т.е. при плотности газа в окружающей среде.
Для случая воздушной струи при t = 20С: = t/g = 1,2/9,8 = 0,122 кГсек²/м4, тогда
Wи = 1,41 = 4 , м/сек (3)
По мере удаления от насадки, скорость свободной струи убывает и в сечении х составит:
Wх = затWи = 4зат , м/сек (4)
где зат – коэффициент затухания.
Динамический напор струи в сечении х составит:
= = 8 2hст1 (5)
при 1 = 0,122 кГсек²/м4,
= 0,98 2hст (6)
при действии газовой струи на частицу известного веса G последняя будет находиться в состоянии равновесия при условии:
G = , где – сила динамического напора, действующая на частицу:
= Fa = 0,98 2hстFa, кГ (7)
где Fа – активная поверхность частицы, воспринимающая динамический напор, м².
из формулы (7) находим значение коэффициента затухания:
зат = = (8)
Полученный экспериментальный результат следует сравнить с расчетом по эмпирической формуле Абрамовича:
, (9)
где d – диаметр насадки и, соответственно, х/d – число «калибров», определяющих высоту расположения сечения в размерности диаметра насадки.