1.3.3. Методика экспериментального определения

коэффициента сопротивления циркуляционного контура

Уравнение циркуляционного контура может быть записано в виде зависимости, которая вытекает из рассмотрения баланса давлений в двух горизонтальных сечениях, проведенных через нижние концы опускной и подъемной труб, а именно

. (1.11)

Выражение, стоящее в квадратных скобках правой части уравнения (1.11), есть коэффициент сопротивления циркуляционного контура , тогда

. (1.12)

Скорость истечения жидкости из сопла находится из уравнения:

. (1.13)

Длина струи L_с, вытекающей из сопла, определяется расстоянием от среза сопла на выходе до уровня газожидкостной смеси в соответствующих трубах. Измерение уровня газожидкостной смеси выполняется с помощью миллиметровой линейки путем отсчета от фиксированных плоскостей. Если уровень газожидкостной смеси располагается выше верхнего среза труб, т.е. газожидкостная смесь находится в верхних газовых емкостях (рис. 3, а), то от установочной длины L_уст отнимается высота газожидкостной смеси над верхним фланцем L_к, т.е.

L_с = L_уст – L_к, (1.14)

а, если уровень газожидкостной смеси опускается ниже верхнего фланца верхней трубной решетки (рис. 3, б), то

L_с = L_уст + 0,025+(Н_тр – Н_см) = L_уст + 0,025 + L^'_с. (1.15)

Уровень газожидкостной смеси в опускной трубе изменяется в зависимости от расхода жидкости через сопло. При малых расходах жидкости через сопло, заполнение опускной трубы, образующейся газожидкостной смесью, происходит сверху (рис. 3, а).

а

б

Рис. 3. Схема расчета длины струи и уровней газожидкостной

смеси в опускной трубе: а) случай расположения уровня газожидкостной

смеси в газовую емкость; б) случай расположения уровня газожидкостной

смеси ниже верхнего среза трубы

По мере увеличения расхода жидкости увеличивается уровень заполнения опускной трубы газожидкостной смесью . При определенном расходе уровень смеси в ней имеет определенное значение . Измерение этого уровня выполняется визуально, а расчет значения ведется по уравнению

, (1.16)

где – уровень газожидкостной смеси, измеренный линейкой от нижней поверхности верхней трубной решетки.

При больших расходах и при работе второго сопла наблюдается понижение уровня газожидкостной смеси в опускной трубе. В этом случае определяется как (рис. 3, б)

, (1.17)

где – уровень газожидкостной смеси, измеренный линейкой от верхней поверхности нижней трубной решетки; 0,025 – толщина фланца нижней трубной решетки.

Контроль давлений Р₁ и Р₂ (рис. 2) в верхних газовых емкостях осуществляется с помощью жидкостных дифференциальных манометров 8 и 9, которые могут давать либо значение разряжения, либо – избыточного давления в зависимости от гидродинамической обстановки в аппарате и величины сопротивлений на входе газовой фазы в соответствующие камеры.

, (1.18)

и

. (1.19)

Атмосферное давление Р₀ определяется в процессе всех экспериментов перед их началом с помощью барометра. По экспериментальным данным, полученным по уравнениям (1.18) и (1.19), определяется коэффициент сопротивления газовых подводящих коммуникаций, включая счетчики 6 и 7.

Коэффициент сопротивления газовой коммуникации определяют, используя показания дифференциальных манометров по уравнению

. (1.20)

Средняя скорость газового потока находится из уравнения

, (1.21)

где – диаметр соединенных трубок газового патрубка на входе в камеру, м.; – расход газовой фазы, определяемый по уравнению (1.10), м³/с.

Так как параметром, определяющим подачу газа в аппарат, является , то уравнение (1.20) можно преобразовать к следующему виду

, (1.22)

а расчетные, по уравнению (1.22), данные обрабатывают в виде функции с применением компьютерной программы Curve Expert.

Вычисление значений коэффициента сопротивления циркуляционного контура ведется из уравнения (1.12), преобразованного к виду

. (1.23)

Эксперимент выполняется в последовательности, изложенной в разделе 1.3.2 (пп.1÷8).

Результаты заносятся в табл. 1 (раздел 1.3.2).

В процессе каждого эксперимента измеряются параметры , , Q₁, Q₂, Q_г1, Q_г2, Н_см1, Н_см2. Остальные параметры, входящие в уравнение (1.23), рассчитываются:

Скорость истечения струи из сопла – по уравнению (1.13).

Расходное газосодержание β_г по уравнению

. (1.24)

Приведенная скорость жидкости W_ж по уравнению (1.4).

Объемное газосодержание в опускной трубе определяется по уравнению

. (1.25)

Объемное газосодержание в подъемной трубе рассчитывается по уравнению

. (1.26)

Площадь поперечного сечения струи S_с в точке входа ее в газожидкостную смесь зависит от длины струи L_с и скорости ее истечения из сопла v₁.

Расчет S_с ведется по уравнению

, (1.27)

где d_с – видимый диаметр струи, м.

Значение видимого диаметра струи определяют по уравнению

, (1.28)

где Re_L – модифицированный критерий Рейнольдса

. (1.29)

Коэффициенты местных сопротивлений, входящие в уравнение (1.11), выбираются по справочнику [1] в зависимости от вида местного сопротивления и определяющих этот вид геометрических размеров.

Коэффициенты трения и рассчитываются по уравнению

, (1.30)

где .

По данным расчетов необходимо получить уравнение зависимости , а также выполнить сравнение значений , полученных из балансового уравнения (1.12), и расчетным путем из выражения в квадратных скобках уравнения (1.11).

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2

Определение объемного газосодержания и удельной

поверхности контакта фаз физическими методами

Цель работы: Измерение локальных значений газосодержания и удельной поверхности контакта фаз стереометрическим методом и получение интегральных зависимостей этих параметров в нисходящем и восходящем потоках в трубах КСИА.

2.1. Описание схемы экспериментальной установки

и принципа работы измерительных устройств