2.1. Описание экспериментальных установок

Установка для определения структуры потока в трубе^ Уста­новка (рис. 4) состоит из цилиндрической трубы 1 с внутренним диа­метром 20 мм, длиной 2.5 м; вентиля 2 для регулировки расхода воды; ротаметра 3 для измерения расхода воды; устройства для ввода инди­катора 4; датчика 5 и прибора 6 для автоматической записи изменения концентрации индикатора на выходе из трубы.

Установка для определения структуры потока в аппарате с мешалкой. Установка (рис. 5) состоит из аппарата 1 с мешалкой 2, вентиля 3 для регулировки расхода воды; ротаметра 4 для измерения расхода воды; устройства для ввода индикатора 5; датчика 6 и прибо­ра 7 для автоматической записи изменения концентрации индикатора на выходе из аппарата.

Объем аппарата с мешалкой, заполняемый жидкостью:

V = 2.8 10' м.

Рис. 5. Схема установки для изучения структуры потока в аппа­рате с мешалкой 1 - аппарат, 2 - мешалка, 3 - вентиль, 4 - ротаметр, 5 - устройство для ввода индикатора, 6 - датчик электропроводности, 7 - самописец

24

в качестве принадлежностей используются: индикатор, пред­ставляющий собой водный раствор поваренной соли, отличающийся от основного потока электропроводностью, замеряемой датчиком на выходе из аппарата; шприц для ввода индикатора.

2.2. Методика проведения эксперимента

Вначале получают кривую отклика для цилиндрической трубы. Для этого устанавливают заданный расход жидкости в 10-30 делений ротаметра, включают конце нтратомер. В устройство 5 быстро вводят 2 см индикатора, на диаграмме отмечают момент его ввода.

Изменение концентрации индикатора во времени автоматически записывается на ленточной диаграмме концентратомера. Эксперимент завершают по достижении нулевой концентрации индикатора в аппа­рате. Затем увеличивают расход воды до 80-100 делений ротаметра и проводят еще один эксперимент. Вынув ленточную диаграмму из са­мописца, на ней проставляют временной и концентрационный мас­штабы, которые определяются скоростью протяжки ленты и шкалой изменения концентрации, обозначенной на концентратомере. Записы­вают значения расходов жидкости V, м/с, при которых проводились эксперименты.

Аналогичным образом получают одну кривую отклика для ап­парата с мешалкой. Пока изменение концентрации индикатора авто­матически записывается прибором в течение приблизительно 30 ми­нут, приступают к обработке результатов первого эксперимента.

2.3. Первичная обработка экспериментальных данных

Исходя из вида кривой отклика выбирают временной интервал для фиксации численных значений концентрации индикатора на вы­ходе из аппарата. Выбранный постоянный для этого эксперимента ин­тервал At должен обеспечить достаточно точное воспроизведение дискретными значениями концентрации Ci = C(ti) непрерывной кри­вой отклика C(t). Для этого число точек п должно быть не менее 20-30 (рис.6).

25

Дискретные значения концентрации индикатора, полученные из кривой отклика, заносят в табл. 1.

Для определения функции распределения интеграл в (15) заме­няется суммой

V

jC(t)-dt = AtXQ;

f(tO = fi=c7fAtXQ

м /с

(19)

(20)

Таблица 1

26

Чтобы получить безразмерную функцию распределения f * (6|), находят среднее время пребывания элементов потока в аппа­рате:

t = AtXt,-f, (21)

i=l

И сопоставляют его с t, определяемым из (4). Затем рассчитывают и заносят в таблицу 2 значения безразмерных времени пребывания 6, и

экспериментальной функции распределения f *| = f *| (6|):

Q,=tjt; (22)

f *, = й . (23)

I I

Таблица 2

По данным таблицы 2 строится график безразмерной функции распределения (рис. 7), находится наиболее вероятное время пребы­вания элементов потока в аппарате бд и сравнивается со средним 6 .

Для определения числа ячеек m (параметра ячеечной модели) рассчитывается дисперсия времени пребывания элементов потока в аппарате (16), (17)

aJ=Ae-^X(ei-lff*i]' Ае = ^ (24)

m = l/o^ (25)

Полученное значение числа ячеек округляют до целого числа.

Учитывая, что для нахождения критерия Pcl (параметра диффу­зионной модели) из дисперсии пришлось бы решать нелинейное урав­нение (18), можно воспользоваться более простым способом. Величи­на Pcl в (14) связана достаточно простым соотношением с f * (1):

''^'-^^

(26)

27

Ре1.=4я(Г*(1)) . (27)

Таким образом, определив из графика f *(6) значение f *(1)

при 6 = 1 и подставив в (27), можно найти величину критерия Pcl-Данный способ менее точен, но может считаться приемлемым для первичной обработки результатов, так как на следующем этапе будут производиться более точные расчеты на ЭВМ.

3. f*(e)

Первичная обработка результатов, ставящая своей целью полу­чение ориентировочных значений параметров ячеечной и диффузион­ной моделей структуры потока, проводится последовательно для всех трех экспериментов.

28