Определение коэффициента газодинамического сопротивления слоя окатышей и распределение температур по его высоте

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лабораторная работа

Определение коэффициента газодинамического сопротивления слоя окатышей и распределение температур по его высоте

(4часа)

Цель работы:

1. Определение коэффициента газодинамического сопротивления слоя окатышей в зависимости от высоты слоя и расхода газа.

2. Исследование распределения температуры по высоте слоя окатышей от времени при различных расходах газа.

Оборудование: емкость для загрузки окатышей с термопарами по ее высоте, нагреватель окатышей, жидкостный манометр, вольтметр, воздуходувка, трансформатор.

1. Теоретическое введение

Важнейшими геометрическими характеристиками зернистого слоя является порозность - отношение объёма газа, находящегося в слое, к объёму слоя, т.е. V:

s =

и удельная поверхность твёрдых частиц f, связанные между собой соотношением:

f=6(l-) /d,

где d - диаметр сферических частиц, образующих слой.

Для монодисперсного слоя сферических частиц наиболее плотная упаковка соответствует гексагональной упаковке с s = 0,259. В случае кубической -8 = 0,476. При случайной упаковке сферических монодисперсных частиц = 0,38-0,47. В полидисперсных слоях могут наблюдаться меньшие значения порозности [1]. Порозность слоя зависит от формы элементов, состояния их поверхности, характера упаковки, но не зависит от абсолютных размеров образующих слой элементов.

Решить задачу гидродинамики плотного слоя можно двумя методами:

1. Внутренняя задача. Рассматривать плотный слой необходимо как тело с различного вида "каналами". Но при решении данной задачи необходимо знать форму, протяжённость "каналов", что практически почти невозможно.

2. Внешняя задача. Рассматривается плотный слой как зернистый слой, т.е. как совокупность отдельных частиц, каждую из которых омывает газ или жидкость, движущиеся через слой.

На практике зернистый слой представляет собой полидисперсную систему частиц произвольной формы. Поэтому при решении гидродинамических задач реальный слой заменяется эквивалентным слоем монодисперсных частиц эквивалентного диаметра:

d = 100/- --для внутренней задачи, (1)

d = - для внешней задачи, (2)

где g _i - массовая доля данной фракции в слое;

d_i - диаметр монодисперсной фракции твёрдой частицы, входящей в полидисперсный слой.

При стеснённом движении частиц в дисперсных системах определяется относительная скорость скольжения:

.

Для поверхностных сферических частиц широко известна формула Ричардсона и Заки:

. (3)

Показатель является функцией критерия Re и отношения диаметра частицы к диаметру аппарата .

, (4)

В металлургической практике для плотного слоя используют обычно формулу Эргана:

, (5)

которая учитывает наличие инерционных сил в движущемся потоке (второе слагаемое в правой части уравнения).

Передача тепла в системе "Плотный слой - воздух"

Передача тепла в системе "Плотный слой - воздух" представляет собой довольно сложное явление, которое можно рассчитать различными способами [10]. коэффициент газодинамический сопротивление порозность

Самый простой способ определения усредненной температуры в слое основан на тепловом балансе. Зная температуру газа, поступающего в слой, можно определить его теплосодержание по формуле:

Qr = C_vVT_o, (6)

где С_v - удельная объемная теплоемкость газа, проходящего через плотный слой Дж/(К*м³), V - расход газа, м³/с, Т_о - начальная температура газа, К.

Плотный слой имеет свое теплосодержание, которое определится по формуле:

Qc=C_mM_mT_m, (7)

где C_m - удельная массовая теплоемкость плотного слоя, Дж/(кг*К), M_m - масса плотного слоя, Т_m - начальная температура слоя, К.

При продувке газом горячего плотного слоя, он будет охлаждаться, а газ - нагреваться.

Cчитая, что часть тепла расходуется в окружающую среду, введем коэффициент К, который показывает долю тепла, отданную окружающей среде. Тогда можно составить уравнение теплового баланса:

Q_oт~Q_noл

C_vV (Т -Т₀) = К* С_mМ _m(Т _m-ТL), (8)

где Т_о - температура газа на выходе из слоя; Т - температура плотного слоя после прохождения газа. Из этого уравнения можно найти температуру слоя после прохождения газа.

Описание экспериментальной установки

Определение коэффициента проводится на лабораторной установке (рис. 1).

Рис. 1. Лабораторная установка для определения коэффициента сопротивления плотного слоя.1- воздуходувка, 2- патрубок с холодным воздухом, 3- колпак, 4- термопара, 5- переключатель напряжения, 6- полая подставка, 7- вольтметр, 8- трубка вывода нагретого воздуха, 9- жидкостный манометр, 10- плотный слой, 11- емкость для загрузки плотного слоя.

2. Порядок проведения работы

Прежде чем включать установку, необходимо определить средний диаметр окатышей, взяв произвольно 5 штук и измерив их диаметры. Средний диаметр занести в таблицу. Затем определить порозность слоя окатышей, используя установку рис. 1.

Рис. 1. Определение насыпной плотности.

1- воронка-конус, 2- заслонка

Порозность материала

Порозность (?) для зернистых и порошкообразных материалов рассчитывается по формуле: где ?_н - насыпная плотность материала, г/см³; ? _о - объемная плотность материала, г/см³.

Для этого взять окатыши насыпать в конус окатышей и окатыши должны ссыпаться в литровую банку, затем сдвигая линейкой окатыши оставить объем ровно 1 л. Взвесить окатыши и определить их насыпную плотность, разделив массу окатышей на объем. Объемная плотность окатышей задается преподавателем. Заполнить таблицу:

Собрать установку, как показано на рис. 1 и произвести подогрев окатышей на лабораторной плитке до заданной преподавателем температуры. Измерение температуры окатышей во время подогрева осуществляется при помощи лабораторного термометра, помещенного в слой окатышей.

Засыпать окатыши в цилиндрическую ёмкость. На первом этапе работы берем высоту слоя окатышей 6,5 см.

Включить воздуходувку. Расход газа изменяется при помощи вращения рукоятки трансформатора. В данной работе каждый опыт проводится при двух режимах продувки - по указанию преподавателя.

В течение 5 минут, через каждые 30 секунд, необходимо фиксировать температуру термопар и внести показания в таблицу 2.

Повторить пункты 1-4 с высотой слоя окатышей 15 см и 21 см, и рассчитать коэффициент газодинамического сопротивления по формуле и заполнить таблицу 2.

Рассчитать коэффициент сопротивления плотного слоя по формуле 5.

Рассчитать скорости воздуха без учета и с учетом порозности.

Рассчитать температуры в слое разной высоты и при разном расходе воздуха, используя формулу (8), коэффициент К выдается преподавателем. Расчеты представить в отчете.

Для определения температуры с помощью термопар необходимо воспользоваться таблицей, в которой приведено соответствие показаний милливольтметра температуре.

Таблица 1.

1 р/э - температура слоя 6,5см в числителе расчетная, в знаменателе по эксперименту, 2 р/э- для высоты слоя 15см, 3 р/э -для слоя 21см.

Таблица 2.

Контрольные вопросы

1. Как можно определить коэффициент сопротивления плотного слоя?

2. От чего зависит перепад давления в слое?

3. Как влияет порозность материала на потери давления в слое?

4. От чего зависит охлаждение плотного слоя?

5. Как происходит теплообмен в плотном слое?

6. От чего зависит температура слоя?

7. Какие принимаются допущения при рассмотрении теплообмена в неподвижном плотном слое?

8. Особенности в передаче тепла в системе "продуваемый плотный слой - воздух".

Литература

1. Теплофизика металлургических процессов, Б.С. Мастрюков, Г.С. Сборщиков. Издательство " Металлургия" 1993 г., 314 с.

Размещено на Allbest.ru