лабораторная процессы и аппараты свободное осаждение частиц. пиа. Отчет по лабораторной работе изучение процесса фильтрования при постоянной движущей силе

• Название: Отчет по лабораторной работе изучение процесса фильтрования при постоянной движущей силе
• Анкор: лабораторная процессы и аппараты свободное осаждение частиц
• Дата: 28.11.2022
• Размер: 299.57 Kb.
• Имя файла: пиа.docx
• Тип: Отчет; #817708

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«КУЗБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Т.Ф.ГОРБАЧЕВА»
Кафедра энергоресурсосберегающих процессов в химической и нефтегазовой технологиях

ОТЧЕТ
ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ
ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА ФИЛЬТРОВАНИЯ ПРИ ПОСТОЯННОЙ ДВИЖУЩЕЙ СИЛЕ

Выполнили ст. группы ИЗб-191

Игнатенко В.А.

Салчак Б.О.

Хабибулин М.Ш

Баева Е.А


Преподаватель

Евграфова А.Б.

Кемерово 2022

1. Цель работы: Целью настоящей работы является изучение процесса гравитационного осаждения шарообразных частиц в различных жидкостях. Задачами исследования является изучение влияния вязкости жидкости и разности плотностей фаз на скорость осаждения.

На лабораторной установке студенты измеряют время осаждения частиц нескольких диаметров из различных материалов в различных средах, рассчитывают скорость осаждения, определяют режимы осаждения, анализируют влияние различных факторов на процесс. По результатам эксперимента делают выводы по работе.

2. Теоретические положение



Рассмотрим движение тела в жидкости на примере осаждения твердой частицы в неподвижной среде. При этом на тело будут действовать три силы (рис. 1): сила тяжести ^P

, подъемная (“Архимедова”) сила ^A и сила сопротивления среды ^R.

Рис.1. Схема действия сил на частицу, движущуюся в неподвижной среде

где ^m– масса тела (частицы), кг;

^m_L– масса жидкости в объеме, занимаемом частицей, кг;

^S– площадь проекции частицы на плоскость, перпендикулярную направлению его движения, м²;

w– скорость осаждения частицы, м/с;

r_L– плотность жидкости, кг/м³;

^ξ – коэффициент сопротивления среды.

Если тело (частица) имеет сферическую форму и его диаметр d, а плотность r, то тогда можно записать следующие выражения для сил, действующих на частицу:

Если частица начинает падать под действием силы собственного веса, то скорость ее движения первоначально возрастает, а затем частицы движутся с постоянной скоростью. С увеличением скорости будет расти, согласно уравнению (1), сопротивление движению частицы и соответственно уменьшаться ее ускорение. В результате через короткий промежуток времени наступит динамическое равновесие: сила тяжести, под действием которой частица движется, будет равна силе сопротивления среды. Скорость w такого равномерного движения частицы в среде называют скоростью осаждения.

Скорость осаждения можно найти из условия: равнодействующая всех сил равна нулю

_, -P+ A+R= 0_, или с учетом выражения (1)

³

πd³

πd

откуда

ρg=

6 6

ρ g + ξ^L ,

^L 4 2

^w= . (2)

В выражение (2) входит коэффициент сопротивления ^ξ , зависящий от режима осаждения, определяемого по критерию Рейнольдса ^Re

Re =

где – вязкость среды, Па×с.

wdρ_L

,
μ_L

При ^Re < 0,1 имеет место ламинарный режим осаждения (область действия закона Стокса) [1]:

_{ξ =} 24 _,

Re

при 0,1< ^Re <1000 - переходный режим:

_{ξ =} 10 _,

_Re^0,5

при ^Re >1000 – область развитой турбулентности (автомодельный ре- жим), ^ξ не зависит от ^Re :

ξ = 0,44 _.

Подставляя указанные значения ^ξ в уравнение (2), находим вы ражения для скорости свободного осаждения частицы [1]:

– при ламинарном режиме

(3)

– при переходном режиме

(4)
– при турбулентном режиме



(5)

Для того, чтобы выбрать уравнение для расчета w, соответствующее данному режиму осаждения, необходимо предварительно знать значение критерия ^Re, в который входит искомая w. Поэтому предварительно скорость осаждения частицы рассчитывают следующим образом.

Уравнение (2) можно представить в безразмерной форме, выразив скорость wчерез критерий Рейнольдса и преобразовав его:

Таким образом, величина ξRe² не зависит от w, а является функцией только физико-механических свойств системы.

Поэтому для приближенного расчета скорости осаждения используют единую интерполяционную зависимость, связывающую критерии Рейнольдса ^Re и Архимеда ^Ar, для всех режимов осаждения, формулуТодеса[1]:

(7)

Рассчитав предварительно значение критерия ^Ar по формуле



(8)

определяют величину критерия ^Re по формуле (7), а затем вычисляют скорость осаждения

(9)

3. Описание оборудования

Лабораторная установка для изучения процесса гравитационного осаждения частиц (рис. 2) состоит из трех цилиндров 1, заполняемых различными жидкостями, в которых осаждаются частицы 2, таймера 3 для измерения времени осаждения частиц в каждом цилиндре, термо- метра 4 для измерения температуры среды. Цилиндры имеют шкалы 5, с помощью которых определяют путь, пройденный частицами. Каждый цилиндр имеет снизу зажим 6 и пробку 7, с помощью которых из ци- линдров извлекаются шарики после проведения эксперимента. На установке изучается осаждение шариков различных диаметров из стекла, фарфора, полимера, стали, свинца.

Перед выполнением работы студенты должны знать теоретиче- ские положения изучаемого явления, ознакомиться с оборудованием лабораторной работы, изучить порядок проведения работы. До начала

работы нужно подготовить бланк “Журнал наблюдений ” (табл. 1) для записи измеряемых величин.

1. 
   Штангенциркулем измерить диаметры всех шариков с точно- стью до 0,1 мм.
   
2. 
   Термометром измерить температуру жидкостей в цилиндрах.
   
3. 
   Каждый шарик осторожно опустить на поверхность жидкости ближе к центру цилиндра. При прохождении шариком верхней метки включить таймер и при достижении нижней метки таймер выключить.
   

5

2 1

3

6


7

Рис.2. Схема лабораторной установки

1 – цилиндры, 2 – частицы, 3 – таймер, 4 – термометр,

5 – шкала, 6 – зажим, 7 – пробка

Записать время ^τ осаждения шарика. По шкале на цилиндре определить путь H, пройденный шариком

Опыт рекомендуется начинать с осаждения самых маленьких ша- риков в наиболее вязкой жидкости, число параллельных опытов – не менее трех. Полученные данные наблюдений занести в таблицу. Физи- ко-химические свойства материалов и жидкостей определяются по справочным данным [2], [3], [4] и заносятся в таблицу.