САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПЕТРА ВЕЛИКОГО

Институт Энергетики

Высшая школа атомной и тепловой энергетики

Лабораторная работа МЖГ – 4

"Структура потока в циклонно-вихревой камере"

Студент гр. 3231401/20002 ______Школьников А.С.

Студент гр. 3231401/20002 ______Сирош С.А.

Студент гр. 3231401/20002______Манифасова А.Н.

Преподаватель ________________ Коршунов А. В.

Содержание

1. Введение 3

2. Описание установки 5

3. Результаты эксперимента 7

4. Обработка результатов 9

1. Введение

Циклонная камера – наиболее распространенное устройство для организации вращающихся потоков. Вращающиеся течения широко используются для интенсификации тепломассообмена в вихревых горелках, циклонных топках и камерах сгорания, нагревательных и плавильных устройствах, в рециркуляционных сушилках, а также в сепараторах и гидроциклонах для очистки и разделения веществ и материалов

Вращающиеся течения по структуре существенно отличаются от течений с преобладанием поступательного движения. При поступательном движении вязкой жидкости вдоль поверхности обтекаемого тела поток во многих случаях можно разделить на две зоны.

В пристенной области, примыкающей к поверхности тела, при безотрывном обтекании и достаточно высоких числах Рейнольдса формируется тонкий ламинарный или турбулентный пограничный слой.

Рисунок 1 – Вихревая точка на плоскости

В первом приближении для описания распределения скорости во вращающемся плоском потоке иногда используют двухзонную модель. При таком подходе (сплошная кривая на рисунке 1) область, ограниченную окружностью радиуса r₀ (ядро вихря), считают зоной квазитвердого вращения, а область r > r₀ – зоной квазипотенциального вращения.

В действительности между зонами квазитвердого и квазипотенциального вращения существует довольно большая область вихревого течения, в которой по мере удаления от ядра вихря завихренность снижается до весьма малых значений, соответствующих квазипотенциальному вращению. Реальную структуру плоского вихревого потока можно изучить двумя способами: либо численным моделированием течения вязкой жидкости, либо экспериментально.

В данной работе избран экспериментальный путь, а в качестве объекта исследования – циклонно-вихревая камера, в среднем по высоте сечения которой поток можно считать приблизительно плоским: в этом сечении продольная (в направлении оси камеры) составляющая скорости невелика, а радиальная составляющая пренебрежимо мала. Кроме изучения структуры вращательного движения газа в среднем сечении циклонно-вихревой камеры, измеряют также ее гидравлическое сопротивление и некоторые другие характеристики.

2. Описание установки

Циклонно-вихревая камера изображена на рисунке 2. Внутренний диаметр камеры D = 140 мм, высота L = 220 мм, диаметр выходного отверстия

d_вых = 50 мм. Воздух от вентилятора 1 поступает в камеру через две продольные щели, формирующие тангенциальное течение. Площадь живого сечения обеих щелей составляет 400 мм².

Для измерения расхода воздуха установлена диафрагма 2 с манометром

№ 1 (номера манометров на схеме обозначены цифрами в кружках). Для измерения температуры воздуха служит термометр.

Для измерения тангенциальной составляющей скорости используется цилиндрический зонд (рисунок 3), который представляет собой тонкий (диаметром 3 мм) цилиндр 1. На поверхности цилиндра выполнены три отверстия 2. С помощью тонких трубок, проложенных внутри зонда, эти отверстия через штуцер 3 соединены с манометрами 4, 5 и 6 эластичными шлангами.

Рисунок 2 – Схема установки (а) и среднее по высоте сечение (б)

Рисунок 3 – Цилиндрический зонд

3. Результаты эксперимента

Таблица 1 – Результаты измерений

№	1	2	3	7	8	9	10	11	12	13	14
	Показания микроманометров hi, мм вод. ст.
1	68	10	34	26	37	54	25	17	15	15	3
2	54	14	29	28	27	25	24	23	16	9	2
Среднее значение	61	12	31,5	27	32	39,5	24,5	20	15,5	12	2,5

Продолжение таблицы 1 – Результаты измерений

№	15	16	17	18	19	20	21	22
	Показания микроманометров hi, мм вод. ст.
1	25	30	45	43	40	30	32	25
2	15	20	32	28	28	20	18	12
Среднее значение	20	25	38,5	35,5	34	25	25	18,5

Таблица 2 – Результаты измерений

№	R, мм	ϕ, град	h5, мм вод. ст.	h6, мм вод. ст.
1	68	38	44	10
2	60	36	39	10
3	52	36	39	10
4	44	56	33	10
5	35	58	35	14
6	28	46	33	14
7	21	44	27	16
8	14	42	18	18
9	7	30	0	12
10	0	30	10	3

t = 25 °С = 298 К

B = 754 мм рт. ст. = 100524 Па

4. Обработка результатов

= 1,18 – плотность воздуха

Таблица 3 – Результаты расчетов

№ п/п	R				wτ,		p7...16	p17...22
	мм	Па		м/с		Па
1	68	418,69	308,09		10,83		255,06	441,45
2	60	371,11	260,51		11,12		362,97	421,83
3	52	371,11	260,51		11,12		529,74	392,40
4	44	314,01	203,42		7,68		245,25	294,30
5	35	333,04	178,21		8,62		166,77	313,92
6	28	314,01	159,18		11,30		147,15	245,25
7	21	256,92	79,96		12,51		147,15
8	14	171,28	-27,79		13,70		29,43
9	7	0	-132,71		13,04		245,25
10	0	95,15	61,97		6,52		294,3

Продолжение таблицы 3 – Результаты расчетов

№ п/п	R	η
	мм
1	68	4,85	3,807	2,805	2,322	4,020	0,790	24,135
2	60	4,28	3,375	2,372	3,305	3,841	0,811	21,863
3	52	3,71	3,375	2,372	4,824	3,573	0,811	18,948
4	44	3,14	2,855	1,852	2,233	2,680	0,560	11,082
5	35	2,5	3,028	1,623	1,518	2,859	0,628	10,761
6	28	2	2,855	1,449	1,340	2,233	0,824	10,365
7	21	1,5	2,336	0,728	1,340		0,912	8,606
8	14	1	1,557	-0,253	0,268		1	8,083
9	7	0,5	0	-1,208	2,233		0,951	3
10	0	0	0,865	0,564	2,680		0,475	0

Рисунок 4 – Зависимость (R)

Рисунок 5 – Зависимость Pп(R)

Рисунок 6 – Зависимость Pст(R)

Рисунок 7 – Зависимость P(R)

Рисунок 8 – Зависимость (η)

Рисунок 9 – Зависимость (η)

Рисунок 10 – Зависимость Г(η)

= 0,0039 – расход воздуха

= 9,75 – средняя скорость воздуха на входе в камеру

= 173,33 – общее гидравлическое сопротивление камеры

5. Вывод

В ходе данной лабораторной работы был изучен принцип действия циклонно-вихревой камеры и изучена структура вихревого потока.

Было рассчитано общее гидравлическое сопротивление камеры, которое равно 173,33 Па. Расчётная циркуляция Г_расч. Построены графики зависимостей (R), Pп(R), Pст(R),

Санкт-Петербург

2023