Лабораторная работа № Изучение гидродинамика взвешенного слоя, кипение и скорость витания твердых частиц Теоретические основы работы

Цель работы

Получение экспериментальной зависимости гидравлического сопротивления слоя от фиктивной скорости газа. Определение скорости газа, при которой неподвижной слой зернистого материала переходит в взвезенного состояния, среднего диаметра частиц, веса слоя и скорости уноса.

Описание установки

Установка (рис. 7.2) состоит из стеклянной колонки 1 с внутренним диаметром 79,4 мм и общей высотой 80 мм. Внутри колонки установлены две сетки 3, а на нижней сетке находится слой твердых частиц 6. Воздух, подаваемый вентилятором 8, поступает под решетку 3. Расход воздуха измеряют диафрагмой, присоединенной к дифманометру 7, и регулируют вентилем 2. Падение давления воздуха измеряют U – образным дифференциальным манометром 5, заполненной водой.

Методика проведения работы

Перед началом работы полностью открывают вентиль 4 и по разрешению преподавателя пускают в работу вентилятор. Открывая вентиль 2, устанавливают начальный, самый незначительный расход воздуха и по дифманометру 7 определяют ее величину. Замеряют гидравлическую сопротивлению и высоту слоя твердых частиц. Записав результат измерений в таблицу, производят в той же последовательности измерения при втором, большем расходе воздуха. Расход воздуха в колонке повышают до поступления режима уноса частиц, когда частицы накапливаются под верхней сеткой в колонке. Измерение начальной и конечной высот слоя производят с помощью шкалы с делением в 1 мм, укрепленной рядом с трубкой. Все измерения производят также и при уменьшении расхода воздуха.

Обработка опытных данных и составление отчёта
Гидравлическое сопротивление слоя зернистого материала в колонке, которое показывает дифманометр 5, в действительности представляет собой суммарное сопротивление сетки и собственного слоя. Но так как сопротивление сетки мало по сравнению с сопротивлением слоя, то падение давления, которое показывает дифманометр, с достаточной точностью можно приравнять сопротивлению слоя ΔР_сл.
По данным отчетной таблицы строят график зависимости ΔР_сл от скорости воздуха w_ф и определяют критическую скорость воздуха w_кр для данных частиц. Затем вычисляют критерий Лященко для критической скорости

Ly=w_кр³·ρ_с²/(μ_с·ρ·g) (7.12)

где ρ_с=1,29 кг/м³ - плотность воздуха; μ=18,15 · 10^-6 Па·с - вязкость воздуха; ρ-плотность испытуемых частиц, кг/м³; g-ускорение силы тяжести, м/с².
По графику зависимости критерия Лященко от критерия Архимеда находят при ε=0,4 соответствующее значение критерия Архимеда, по которому определяют средний диаметр частиц d. Далее по тому же графику находят предельное значение критерия Лященко при ε=1, позволяющее определить скорость уноса w_ун и расход воздуха V_ун, при котором происходит унос из колонки загруженных в нее твердых частиц.
Вес слоя частиц зернистого материала определяют по формуле (7.8):

G_сл = Δр_сл·f (7.13)

где f -площадь поперечного сечения аппарата, м²
Таблица 1. Опытные данные по гидравлическому сопротивлению слоя твердых частиц.

№	Показание дифманометра, мм вод.ст.	Расход воздуха, V, м³/с	Скорость воздуха, wф, м/с	Гидравлическое сопротивление, Δрсл, Па	Высота слоя, Нсл, мм