Лабораторная работа
«Изучение гидродинамики колпачковой тарелки»
Цель работы: Определение экспериментального значения коэффициента гидравлического сопротивления сухой тарелки; экспериментальной и расчетной зависимостей гидравлического сопротивления орошаемой тарелки ΔР от скорости газа в колонне; ознакомление с работой колпачковой тарелки в различных режимах на основе визуальных наблюдений.
Описание экспериментальной установки
Рис 1.1. Схема экспериментальной установки для исследования гидродинамики колпачковой тарелки
Установка состоит из колонны 1 с зажатой между фланцами прямоугольных царг колпачковой тарелкой 2, вентилятора 3 для подачи воздуха в колонну с шибером 4 на всасывающем патрубке для регулирования расхода воздуха, нормальной диафрагмы 5 на напорном трубопроводе вентилятора с дифференциальным U-образным манометром 6 для измерения расхода воздуха, U-образного дифференциального манометра 7 для измерения гидравлического сопротивления тарелки. Подача воды из водопровода на тарелку регулируется вентилем 8, а измеряется ротаметром 9. Температура поступающей на тарелку воды измеряется термометром 10. С тарелки вода через сливную трубу 11 попадает в бак 12, а из него через вентиль 13 сливается в канализацию.
Методика проведения работы
Экспериментальная часть работы заключается в выполнении гидродинамических испытаний сухой и орошаемой тарелок. В первом случае все измерения проводят на сухой тарелке, во втором – при постоянной подаче воды на тарелку.
Перед началом опытов полностью закрыть вентиль 13 и шибер 4. Включить вентилятор 3. Снять показания дифференциальных U-образных манометров 6 и 7. Приоткрывая шибер, увеличить расход воздуха на 15-20 мм.вод.ст. по шкале манометра 6 и вновь снять показания манометров 6 и 7. Опыты продолжать до полного открытия шибера 4, записывая каждый раз результаты испытаний в табл.1.1.
При изменении расхода воздуха необходимо иметь в виду, что колонна обладает определенной инерционностью и поэтому снятие показаний приборов можно производить, лишь убедившись в их неизменности. Перед проведением испытаний орошаемой тарелки вентилем 8 по ротаметру 9 установить заданный расход воды. После полного заполнения тарелки водой включить вентилятор 3 и приступить к испытаниям орошаемой тарелки. При этом также необходимо оценить изменение характера барботажа при увеличении расхода воздуха.
Работу заканчивают, выключив вентилятор, закрыв шибер 4 и открыв вентиль 13 для слива воды из бака 12 в канализацию.
Обработка результатов эксперимента
Таблица 1.1.
| № опыта |
Показания U-образных дифференциальных манометров, мм.вод.ст. |
| Δh6
|
Δh7
|
| 1 |
0 |
0 |
| 2 |
30 |
2 |
| 3 |
80 |
6 |
| 4 |
160 |
25 |
| 5 |
200 |
35 |
| 6 |
210 |
36 |
1. Определяем расход воздуха в колонне:
 м3
/с  м3
/с;
 м3
/с  м3
/с;
 м3
/с  м3
/с.
2. Определяем фиктивную скорость воздуха в колонне:
 м/с  м/с;
 м/с  м/с;
 м/с  м/с.
3. Рассчитываем скорость воздуха в прорезях колпачков:
 м/с  м/с;
 м/с  м/с;
 м/с  м/с.
4. Определяем коэффициент гидравлического сопротивления сухой тарелки
 
  ;
  ;
 
Результаты эксперимента для сухой тарелки
Таблица 1.2.
| № опыта |
Показания дифференциальных манометров |
Vг
, м3
/с |
ω0
, м/с |
ωпр
, м/с |
ζ |
ζср
|
| Δh6
|
Δh7
|
мм.вод.
ст
|
м.вод
.ст
|
мм.вод.ст |
Па |
| 1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
5,45
|
| 2 |
30 |
0,03 |
2 |
19,6 |
0,026 |
0,19 |
3,1 |
3,4 |
| 3 |
80 |
0,08 |
6 |
58,8 |
0,043 |
0,31 |
5,1 |
3,8 |
| 4 |
160 |
0,16 |
25 |
244,9 |
0,061 |
0,44 |
7,2 |
7,9 |
| 5 |
200 |
0,2 |
35 |
342,8 |
0,068 |
0,49 |
8,0 |
8,9 |
| 6 |
210 |
0,21 |
36 |
352,6 |
0,070 |
0,5 |
8,2 |
8,7 |
Таблица 1.3.
| № опыта |
Показания U-образных дифференциальных
манометров, мм.вод.ст.
|
Деления шкалы
ротаметра
|
| Δh6
|
Δh7
|
| 1 |
0 |
26 |
60
|
| 2 |
5 |
27 |
| 3 |
35 |
32 |
| 4 |
135 |
47 |
| 5 |
160 |
55 |
| 6 |
180 |
57 |
1. Определяем расход воздуха в колонне:
м3
/с  м3
/с;
 м3
/с  м3
/с;
 м3
/с  м3
/с.
2. Определяем фиктивную скорость воздуха в колонне:
м/с  м/с;
 м/с  м/с;
 м/с  м/с.
3. Рассчитываем скорость воздуха в прорезях колпачков:
м/с  м/с;
 м/с  м/с;
 м/с  м/с.
4. Определяем гидравлическое сопротивление орошаемой тарелки:
 Па  Па;
 Па  Па;
 Па  Па.
5. Определяем сопротивление газожидкостного слоя на тарелке:
 ;
 Па
6. Сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения:
  Па.
7. Рассчитываем гидравлическое сопротивление орошаемой тарелки
 Па  Па;
 Па  Па;
 Па  Па.
Результаты эксперимента для орошаемой тарелки
Таблица 1.4.
| № опыта |
Показания манометров |
Vг
, м3
/с |
ω0
, м/с |
ωпр
, м/с |
ΔРс.т.
, Па |
ΔРг.ж.
, Па |
ΔРσ
, Па |
ΔРт.рас
, Па |
| Δh6
|
Δh7
|
мм.вод.
ст
|
мм.вод.ст |
| 1 |
0 |
26 |
0 |
0 |
0 |
0 |
245
|
56,5
|
301,5 |
| 2 |
5 |
27 |
0,011 |
0,079 |
1,3 |
5,5 |
307 |
| 3 |
35 |
32 |
0,028 |
0,2 |
3,3 |
35,6 |
337,1 |
| 4 |
135 |
47 |
0,056 |
0,4 |
6,6 |
142,4 |
443,9 |
| 5 |
160 |
55 |
0,061 |
0,44 |
7,2 |
169,5 |
471 |
| 6 |
180 |
57 |
0,064 |
0,46 |
7,5 |
183,9 |
485,4 |
Вывод: в ходе лабораторной работы было определены экспериментальное значение коэффициента гидравлического сопротивления сухой тарелки, экспериментальная и расчетная зависимости гидравлического сопротивления орошаемой тарелки от скорости газа в колонне.
|