Цель работы

1. Получить зависимость H и ΔPСЛ от скорости газа ω. Определить графически критическую скорость газа ωкр. Определить вес слоя GСЛ.

2.      Определить величину скорости начала взвешивания частиц теоретически и сравнить со значением ωкр, полученным экспериментально.

Методика проведения работы

1. Закрыли вентиль 4, запустили газодувку.

2.      Постепенно открывая вентиль 4, установили такой начальный расход воздуха, чтобы показание ротаметра соответствовало 2 делениям. При этом расходе измерили перепад давлений в слое по манометру 2 и линейкой - высоту слоя H. Записали результаты измерения в таблицу.

.        В той же последовательности провели дальнейшие измерения, увеличивая расход воздуха так, чтобы показания ротаметра увеличивались на 3 деления.

.        По окончании работы закрыли вентиль 4 и остановили газодувку.

Описание установки

Основные узлы установки представлены на схеме.

Основа лабораторной установки - стеклянная колонка с внутренним диаметром 103 мм. В колонке имеется металлическая решетка, на которой находится слой твердых частиц полистирола плотностью ρЧ = 1060 кг/м3 и диаметром dЧ = 0,6 мм.

Воздух, подаваемый газодувкой, поступая через ротаметр РС-3 в стеклянную колонку, приводит слой твердых частиц полистирола в состояние псевдоожижения.

Схема лабораторной установки:

- стеклянная колонка; 2 - манометр; 3 - ротаметр; 4 - вентиль; 5 - воздуходувка.

Обработка опытных данных

1. Находят по графику зависимости % ротаметра от Q, м3/с, расход воздуха. Для облегчения задачи удобнее пользоваться следующими приближенными значениями для расхода воздуха:

,

,

где x - показания ротаметра. Первая формула применима для значений xϵ[0; 40], вторая - для xϵ [40; 62.5].

.   Рассчитывают площадь сечения круглой стеклянной колонки по формуле:

,

где D - диаметр внутреннего сечения стеклянной колонки.

Далее рассчитывают скорость потока воздуха:

,

.   Строят графики зависимостей H - ω и ΔP - ω. Графически определяют ωкр и сравнивают с теоретическим результатом (далее).

4.      Рассчитывают теоретическое значение ωкр.д. (скорость начала взвешивания) по следующим формулам:

,

,

,

Где dЧ, ρЧ - соответственно диаметр частиц и их плотность; µС и ρС - динамический коэффициент вязкости среды (воздуха) и его плотность. Действительная ωкр находится следующим образом:

.   Определяют вес слоя частиц:

, Н.

слой скорость расход газ

Результаты измерений

№

Показания ротаметра, %

Расход воздуха, м3/ч

Скорость воздуха, м/с

Показания манометра, мм вод. ст.

Высота слоя H, мм

1

2

1,04

0,035

106

130

2

5

1,10

0,037

110

130

3

8

1,16

0,039

124

130

4

11

1,22

0,041

140

131

5

14

1,28

0,043

154

131

6

17

1,34

0,045

170

131

7

20

1,40

0,047

188

131

8

23

1,46

0,049

200

132

9

26

1,52

0,051

210

133

10

29

1,58

0,053

218

134

11

32

1,64

0,055

228

135

12

33

1,66

0,055

240

137

13

34

1,68

0,056

244

137

= 103 мм = 0,103 м;ρС = 1,29 кг/м3;ρЧ = 1060 кг/м3;Ч = 0,6 мм = 0,0006 м;µС = 17,3 ·10-6 Па·с;ε0 = 0,4.

Расчеты

1.      Вычислили значения Q (расход воздуха):

;

…

.   Площадь сечения стеклянной колонки:

.   Скорость поступающего воздуха:

,

…

4. Расчет ωкр.:

.

Коэффициент ε рассчитали следующим образом:

Далее рассчитали ωкр:

.

5. ωкр соответствует ΔP = 170 мм вод. ст. или 1667,7 Па. Отсюда вес слоя частиц равен:

График зависимости H от ω

График зависимости ΔP от ω

Расчетная таблица

ω, м/с

ΔP, мм вод. ст.

изм. ΔP, мм. вод. ст.

ΔPi-ΔP(i-1), мм вод. ст.

ΔP, Па

0,035

106

0

0

1039,86

0,037

110

4

4

1079,10

0,039

124

18

14

1216,44

0,041

140

34

16

1373,40

0,043

154

48

14

1510,74

0,045

170

64

16

1667,70

0,047

188

82

18

1844,28

0,049

200

94

12

1962,00

0,051

210

104

10

2060,10

0,053

218

112

8

2138,58

0,055

228

122

10

2236,68

0,055

240

134

12

2354,40

0,056

244

138

4

2393,64

График зависимости изменения ΔP относительно начального значения от ω

Зависимость колебаний ΔP от ω

Вывод:

Определили значения GСЛ и ωкр.

Зависимости H от ω и ΔP от ω не были определены с достаточной точностью и не были точно отображены. Это свидетельствует о больших погрешностях измерения, либо неисправности лабораторного оборудования. Наблюдается постоянное (почти линейное) увеличение ΔP при повышении скорости воздушного потока (аналогично для H). Учитывая погрешность в определении ωкр, достоверное значение ωкр лежит в интервале [0.0366; 0.0548].

На дополнительно построенных графиках видно, что зависимость ΔP от ω на участке от примерно 0,040 до 0,047 имеет изгиб, как и в теории. Это позволяет говорить о приблизительности проведенных вычислений.

А на последнем графике видно, что колебания ΔP становятся меньше от 0,047 до 0,055. Это свидетельствует о том, что в данном интервале ΔP должно быть равно константе - слой становится псевдоожиженным.

Возможно, при более тщательных измерениях можно получить почти идеальный результат.