ИЗУЧЕНИЕ ГИДРАВЛИКИ ВЗВЕШЕННОГО СЛОЯ

 

Цель работы: Экспериментально определить скорости начала псевдоожижения и уноса частиц при стесненных условиях в потоке воздуха и сопоставить их с рассчитанными значениями. Проследить условия перехода зернистого слоя из неподвижного состояния во взвешенное и в режим пневмотранспорта.

 

Основные определения и теория процесса

 

Если через неподвижный слой зернистого материала на решетке пропускать газ, постепенно увеличивая его расход, то при некоторой скорости газа, называемой скоростью псевдоожижения W_по, слой переходит из неподвижного во взвешенное состояние. В таком слое твердые частицы интенсивно движутся и слой напоминает кипящую жидкость. Как и жидкость, он может течь, обладает вязкостью.

С увеличением скорости слой становится более рыхлым, т.е. увеличивается его порозность ε, представляющая собой долю объема, занятого ожижающим агентом

              (1)

где V_сл – общий объем слоя, м³;

V_ч – объем твердых частиц, м³.

Для неподвижного слоя частиц ε ≈ 0, 4; для псевдоожиженного - 0, 4 < ε < 1, 0; для пневмотранспорта ε ≈ 1, 0.

Многие процессы, например сушка, протекают гораздо быстрее в псевдоожиженных слоях по сравнению с неподвижными.

При достижении второй критической скорости, называемой скоростью уноса, частицы приобретают однонаправленное движение и уносятся потоком газа из аппарата. На практике это используют для пневмотранспорта сыпучего материала.

Скорость псевдоожижения определяется из равенства гидравлического сопротивления слоя весу частиц, приходящихся на единицу площади сечения аппарата

Δ P = G/S       (2)

Значения порозности слоя ε, скорости газа W и диаметра частиц d находятся из зависимости Ly = f(Ar, ε ) [1]..

 Критерий Лященко и Архимеда определяются по формулам:

L_y=Re³/Ar=w³ρ ²_г / μ _г(ρ _ч-ρ _г)g         (3)

           (4)

Верхняя граница псевдоожиженного состояния (ε ≈ 1) соответствует скорости свободного витания одиночных частиц.

Очевидно, что при скорости потока большей, чем скорость витания начнется унос частиц из слоя.

В инженерной практике важно определить обе критические скорости. Для этого можно, в частности, воспользоваться формулами Тодеса:

         (5)

             (6)

Значение W_по и W_ун находят из критических значений критерия Рейнольдса.

 

Описание установки

 

Схема установки представлена на рис. 1. Она включает в себя две прозрачные колонки 3 и 8 диаметром 5см. В колонках установлены сетки, на некоторых из них помещен зернистый материал.

В нижние части колонок из общего коллектора поступает сжатый воздух, расход которого измеряется ротаметрами 4 и 7 и регулируется вентилями 5 и 6.

К каждой из колонок присоединено по два дифманометра, заполненные водой. Дифманометры 2 и 9 измеряют гидравлическое сопротивление сеток, а манометры 1 и 10 гидравлические сопротивления сеток и слоев зернистого материала

Порядок выполнения работы, обработка результатов измерения и содержание отчета

Работу проводят на одной из двух колонок.

9. Осторожно открывают вентиль 5 (6), увеличивают расход воздуха в колонке через 2 – 5 делений ротаметра 4 (7), наблюдают при этом за состоянием слоя, одновременно записывая показания дифманометров.

10. Определяют расход газа соответствующий скорости начала псевдоожижения.

11. Полученные данные заносят в табл. 1 и строят график зависимости гидравлического сопротивления слоя от скорости W.

12. Зная скорость псевдоожижения рассчитывают критическое значение критерия Лященко Ly_по и из графика [1].. определяют значение критерия Архимеда при ε = 0, 4. Из критерия Ar находят диаметр частиц.

13. Режимы псевдоожижения и начало уноса устанавливают визуально, повторяя опыт 3 – 4 раза и одновременно измеряя перепад давления в слое и расход воздуха.

14. После усреднения расхода воздуха, соответствующего началу уноса частиц, по уравнению расхода определяют экспериментальное значение скорости уноса. Полученное таким образом значение (W_ун)_э сравнивают с рассчитанным из критерия Рейнольдса по уравнению (6). Полученные данные заносят в табл. 2.

Таблица 1.

 

Показание ротаметра

Расход воздуха V, м3/с

Скорость воздуха W, м/с

Сопротивление слоя

Сопротивление сетки