Описание установки

Установка (рис. 11) представляет собой модель шахтной печи, выполненную из оргстекла. Модель воспроизводит рабочее пространство шахтной печи (1), фурменный коллектор (2), предназначенный для распределения по фурмам (3) воздуха, подаваемого от компрессора. Расход воздуха определяется по перепаду давления на диафрагменном комплекте (4, 5). Кусковой материал шихты моделируется кусочками пробки, окрашенной в разные цвета для имитации разных компонентов шихты (руда, флюс, кокс). Сопротивление шихтового слоя определяется дифманометром (6).

Порядок выполнения работы

Проверить сборку установки и герметичность соединений. Проверить установку микроманометров и по уровню выполнить установку на «0» жидкости в капиллярах микроманометров. Измерить высоту слоя материала в модели и площадь горизонтального сечения в области фурм.

Включить воздуходувку и установить на дифманометре значение перепада ∆h = 2 мм. зафиксировать соответствующее этому перепаду значение давление Р в зоне фурм, мм. Далее, наблюдая визуально за состоянием слоя, увеличивать расход дутья шагами ∆h по 5 мм, фиксировать соответствующие значения давления Р до предельного, которое характеризуется нестабильным положением материала в модели. Достигнув предела, отключить воздуходувку.

Результаты эксперимента и вычислений заносятся в таблицу.

№	Измерения		Расчеты
	Р, мм в.ст.	h, мм в.ст.	Расход дутья, , нм3/мин	Удельный расход дутья, уд, нм³/м²мин

Расход по величине перепада рассчитывают по формуле:

 = К_д ,

где К_д – коэффициент диафрагмы; ∆h – перепад давления.

на основании полученных результатов построить график функции Р = ƒ(_уд). На полученном графике определить участок, где характер кривой заметно изменяется. Определить, при каком расходе наступает изменение характера функции, и сопоставить результаты измерений с визуальными наблюдениями стабильности слоя материала.

Сравнить полученную теоретическую величину с экспериментальным значением К_пред, которое соответствует наступлению нестабильности слоя.

Работа 11. Определение аэродинамического сопротивления в трубопроводах различной конфигурации

Запас механической энергии, которым обладает газовый поток, характеризуется наличием четырех напоров.

1. Статический напор определяет степень «сгущенности» газовых молекул в объеме либо уровень их кинетической энергии, обусловленной температурой газа. Математический смысл статического напора может быть выявлен из известного закона идеальных газов

PV = nRT,

где n – число молекул, R –газовая постоянная, Т – температура, К.

Откуда : P = h_ст = (1)

При постоянном объеме V статический напор, таким образом, является функцией количества (сгущенности) молекул и температуры. Если сгущенность молекул газа в системе больше чем в окружающем пространстве, то имеем дело с положительным значением статического напора, т.е. с давлением. При обратном соотношении возникает отрицательный напор, т.е. разрежение.

2. Динамический (скоростной) напор является выражением кинетической энергии движущегося газа: h_дин = , кГ/м² (2)

где W_tp – скорость потока в рабочих условиях, м/сек; _tp – плотность газа в рабочих условиях, кГсек²/м⁴;

3. Геометрический напор возникает при вертикальном перемещении газа: h_геом = Н(_окр – _tp)g, кГ/м² (3)

где Н – высота вертикального перемещения, м; _окр – плотность окружающей атмосферы, кГсек²/м⁴; g – ускорение свободного падения, м/сек².

4. Потерянный напор возникает вследствие потери механической энергии газа при его движении за счет преодоления сил трения и инерционных сил при изменении направления движения.

h_пот = kh_дин, (4)

где k – коэффициент соответствующего вида сопротивления.

Закон Бернулли является одним из выражений всеобщего закона сохранения энергии в применении к движению газового потока: при установившемся движении газового потока в любом его сечении сумма всех напоров есть величина постоянная (равная первоначальному запасу энергии, сообщенной газу в начале его движения), т.е.

h_ст + h_дин + h_геом + h_пот = const

Следует иметь в виду, что в зависимости от той или иной разновидности газового потока первоначальный запас энергии сообщается газу либо действием дымовой трубы (этот запас выражается величиной разрежения, установившегося у основания трубы), либо разрежением, создаваемым дымососом или эксгаустером либо (для случая нагнетания газа) – давлением, фиксируемым на выходе из вентилятора, воздуходувки, газодувки, компрессора.

Для любого газового потока реальны два вида сопротивлений, на преодоление которых затрачивается энергия, величина которой обозначается h_пот.

1. Повсеместно действующее сопротивление трения газового потока о стенки канала и трение между слоями газа (действие вязкостных сил).

Потери напора на трение определяются зависимостью

h_тр = k_трh_дин,

где k_тр – общий коэффициент потери на трение, зависящий от размеров канала и состояния поверхности, учитывающий и силы вязкости

k_тр = L/D,

где L – длина канала, м; D – диаметр, м;  – коэффициент трения: для гладких каналов  =0,05; для шероховатых –  =0,07-0,08.

2. Местные сопротивления – это всевозможные изменения направления газового потока и различные препятствия на пути движения газов (сужения, расширения, заслонки, повороты и т.п.).

h_мест = k_местh_дин,

где k_мест – коэффициент местного сопротивления.