Описание установки

«Образцом» (т.е. натуральным объектом исследования) является печь взвешенной плавки с диаметром шахты 4,0 м и внутренними размерами горизонтальной части (отстойника) 1852 м. Модель выполнена в масштабе 1:40 с соблюдением геометрического подобия основных элементов. Расплав в отстойной зоне моделируется слоем воды.

Сечение «подсводового» пространства, ограниченное боковыми стенками, сводом и поверхностью расплава является каналом для прохода объема газа _t в рабочих условиях и размера сечения «подсводового» пространства F . Согласно закону сплошности:

W_t = _t/F

Из этого соотношения, при заданной производительности печи и соответствующем этой производительности расходе газа, может быть вычислено необходимое сечение печи.

F = _t/W_t

Величину скорости W_t следует выбрать исходя из следующих факторов:

• Слишком малая скорость потребует большого сечения F и, следовательно, печь потребуется больших размеров и ее сооружение обойдется дороже. Кроме того, при малой скорости газов менее интенсивной является теплоотдача от расплавленных газов на поверхность расплава, т.е. будет пониженный термический КПД печи.

• При чрезмерной скорости газовый поток захватывает большое количество мелких частиц шихты и выносит их из рабочего пространства, что приводит к перегрузке пылеуловительной системы и увеличению потерь ценных компонентов. От значения W_t зависит также и гидравлическое сопротивление печи, обуславливающее необходимую величину создаваемого в конце газоходного тракта разрежения, которое обеспечивает удаление газов из печи.

Задачей предлагаемого эксперимента на модели является изучение зависимости сопротивления печи от скорости газа в ней и далее – от ее производительности.

Порядок выполнения работы

Модель печи заполняется водой слоем 20 мм. К штуцерам диафрагмы подсоединяется дифференциальный манометр. Проверяется плотность всех соединений. При кратковременном включении пылесоса проверяется работа микроманометров.

Измерительной линейкой снимают размеры сечения подсводового пространства и вычисляют следующие величины: сечение подсводового пространства F_п, гидравлический диаметр D_г = 4F_п/S, где S – периметр, м.

Включают пылесос. Блок питания устанавливают на 40 В. Проводят измерения значения Р на микроманометре (с учетом коэффициента наклона) и значения h на манометре. Измерения повторяют от 40 В до 220 В с шагом 20 В по показаниям напряжения, тем самым увеличивая расход воздуха.

Из полученных измерением величин h и Р расчетом находят значения расхода воздуха , скорости воздуха в сечении модели, значения критерия Рейнольдса и критерия Эйлера, соответственно Re = , Eu = . D_г = 0,05 м,  = К_д , W = /F.

В выражениях критериев Re и Eu:  – коэффициент кинематической вязкости, м²/сек;  – плотность воздуха, кГсек²/м⁴ ( = /g, если , кГ/м³). Физические данные воздуха приведены ниже в таблице.

Свойства воздуха при 760 мм рт. Ст.

Температура, С	Удельный вес , кГ/м³	Плотность , кГ сек^2/м^4	Кин. вязкость, 10^-6 м²/с
0	1,293	0,1318	13,28
50	1,093	0,1114	17,95
100	0,946	0,0964	23,13
150	0,846	0,0862	28,99
200	0,746	0,0760	34,85
250	0,674	0,0687	40,61
300	0,615	0,0627	48,33
350	0,566	0,0577	55,46
400	0,524	0,0534	63,09
500	0,456	0,0465	79,38
600	0,404	0,0412	96,89
700	0,362	0,0369	115,40
800	0,329	0,0335	134,80
900	0,310	0,0316	155,10
1000	0,277	0,0282	177,10
1100	0,257	0,0262	199,30
1200	0,239	0,0244	233,70

Результаты эксперимента и вычислений аэродинамического сопротивления печи и котла-утилизатора заносятся в таблицу.

№	Измерения		Расчеты
	Р, мм в.ст.	h, мм в.ст.	Расход воздуха, 	Скорость в сечении модели, W	Критерий Рейнольдса, Re	Критерий Эйлера, Eu

Табличные значения Eu и Re обобщаются их графической зависимостью Eu = f(Re).

При доброкачественном выполнении эксперимента и расчетов, на графике после достижения некоторого значения критерия Рейнольдса обнаруживается наличие постоянства критерия Эйлера, и критериальное уравнение Eu = f(Re) приобретает частное значение: Eu = const = С,

где C – имеет конкретное числовое значение, отсчитываемое на графике.

Использование результатов моделирования для определения характеристик моделируемого «образца». Согласно теории подобия, критериальные уравнения справедливы для всех подобных между собою явлений. Модель печи ПВП выполнена с соблюдением геометрического подобия, в эксперименте достигнута стабильность газового потока, а режим течения достигает области автомодельности. Поэтому полученное критериальное уравнение Eu = С справедливо для образца, т.е. для подлинной печи.

Развертываем критериальное уравнение: = С,

где ∆Р_обр – сопротивление печи, кГ/м²; W_обр – рабочая скорость газов в печи, м/сек; _обр – плотность печных газов, кГсек²/м⁴.

Из полученного выражения получим зависимость сопротивления печи от скорости газов в печи: ∆Р_обр = СW²_обр_обр

Значение же сопротивления печи (сюда включено и сопротивление ее газового «хвоста») является исходной величиной для выбора характеристик тягового устройства (дымососа, эксгаустера). Вернувшись к описанию технологических особенностей ПВП, вспомним, что количество газов в печи является функцией состава шихты по сульфидным компонентам и производительности печи. Скорость же газов является функцией расхода газов, их температуры и размера сечения печи.

Таким образом, сопротивление печи (или характеристика дымососа) могут быть с помощью результатов моделирования вычислены для моделируемой печи в зависимости от состава шихты и дутья, заданной производительности и температуры газов.