Работа 4. Экспериментальные исследования истечения воздуха при его нагреве

Истечение газов из отверстий и насадок, фурм, сопел подчиняется строгим закономерностям. На основании этих закономерностей получена формула для расчета удельной дутьевой нагрузки, отнесенной к 1 см² площади сечения отверстия, через которое происходит истечение газа:

_уд = 72,8 m  Р₁ , нм³/см²мин (1)

где  – коэффициент аэродинамики фурменной системы – зависит от геометрической формы и качества изготовления элементов этой системы; m – степень чистоты рабочего отверстия фурмы, насадки сопла; Т – температура струи, К; Р₁ и Р₂ – давление истечения и давление в среде, куда происходит истечение, ата; k – коэффициент адиабаты.

Из приведенного выражения следует, что нагрев газа приводит к снижению пропускной способности сопел, фурм и т.д.

Цель работы. Экспериментальная проверка зависимости удельной дутьевой нагрузки отверстия от температуры.

Описание установки

Количество воздуха, поступающего от компрессора, измеряется с помощью дисковой диафрагмы, дифференциального манометра и манометра; далее воздух направляется в однотрубный рекуператор, обогреваемый электрической печью. Он представляет собой трубу из нержавеющей стали, внутри которой для увеличения поверхности теплообмена вмонтированы штыри, также из нержавеющей стали.

Рекуператор данной конструкции выдерживает нагрев до 1000-1100С, при этом воздух может нагреваться до 600-800С.

Для того, чтобы шланговое подсоединение воздуха к рекуператору не испытывало чрезмерного нагрева, входной конец рекуператора снабжен специальным радиатором.

Для регулирования температуры в нагревательной электропечи служит автотрансформатор, питающий нагревательную печь через амперметр. Меняя силу тока, можно изменить режим нагрева печи. Для контроля за температурой нагрева рекуператора служит хромель-алюмелевая термопара с передачей ЭДС на милливольтметр, градуированный непосредственно в градусах Цельсия.

Участок воздухопровода от рекуператора до исследуемой насадки выполнен из медной трубки и теплоизолирован. Температура воздуха перед насадкой измеряется с помощью жидкостного термометра и термопары, помещенных в тонкий медный патрон, вмонтированный в измерительную колодку. Давление воздуха перед насадкой измеряется пружинным манометром, подсоединенным к измерительной колодке металлическим импульсопроводом. ЭДС термопары, предназначенной для измерения температуры воздуха, передается на милливольтметр, градуированный как в милливольтах, так и в градусах Цельсия.

Схема установки аналогична схеме на рисунке 5 (стр. 37).

Порядок выполнения работы

До включения силового щита изучить схему установки, убедиться в наличии заземления электроприборов, в том числе корпуса электропечи и трансформатора.

Выполнить расчет теоретического расхода воздуха. Для этого преобразуем формулу (1), обозначив выражение

72,8m через суммарный коэффициент К_.

m – примем равным 1, поскольку в условиях опыта сечение отверстия сохраняется чистым,  = 0,8.

Тогда, _уд = К_ , нм³/см²мин (2)

Поскольку К_ – есть только функция давления, для дальнейшего расчета вычислим его значение в зависимости от давления в диапазоне от 0 до 9 кГ/см² (докритический режим).

Не включая нагревательной печи, подать от компрессора воздух и установить на манометре последовательно значения от 0,2 до 0,8 кГ/см² с шагом 0,2. На каждом из этих режимов измерить перепад на диафрагме h и давление на диафрагме Р_д.

Отключить компрессор и включить нагревательную печь. Установить через трансформатор силу тока по амперметру 5 А. Следить за показаниями милливольтметра, измеряющего температуру печи, а тем временем заготовить таблицу следующей формы.

Таблица результатов эксперимента

по определению условий истечения воздуха при нагреве

№	tвозд, С	Показания диафрагмы		Расход по диафраг. , м³/час	Удельная нагрузка,уд м³/см²мин	Давление истечения Р1, кГ/см²	Расчетная удельная нагрузка
		h	Рд

Формулы для расчета:  = К_д , м³/час

_уд = /F, м³/см²мин

При обработке первых результатов наблюдать за температурой печи. При температуре 200С повторить эксперимент на ранее принятых значениях Р₁, доведя нагрев печи до 400С, вновь повторить измерения. Аналогично провести измерения при температуре в печи 600С.

Окончив работу, отключить печь и заполнить таблицу. Далее построить графики _уд = f(Т) по расчету и эксперименту. Сделать выводы по результатам.