Изучение гидродинамики колпачковой тарелки

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.

Δh>6>

Δh>7>

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.

  1. Определяем фиктивную скорость воздуха в колонне:

м/с м/с;

м/с м/с;

м/с м/с.

  1. Рассчитываем скорость воздуха в прорезях колпачков:

м/с м/с;

м/с м/с;

м/с м/с.

  1. Определяем коэффициент гидравлического сопротивления сухой тарелки

;

;

Результаты эксперимента для сухой тарелки

Таблица 1.2.

№ опыта

Показания дифференциальных манометров

V>г>, м3/с

ω>0>, м/с

ω>пр>, м/с

ζ

ζ>ср>

Δh>6>

Δh>7>

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

Δh>6>

Δh>7>

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.

  1. Определяем фиктивную скорость воздуха в колонне:

м/с м/с;

м/с м/с;

м/с м/с.

  1. Рассчитываем скорость воздуха в прорезях колпачков:

м/с м/с;

м/с м/с;

м/с м/с.

  1. Определяем гидравлическое сопротивление орошаемой тарелки:

Па Па;

Па Па;

Па Па.

  1. Определяем сопротивление газожидкостного слоя на тарелке:

;

Па

  1. Сопротивление, обусловленное силами поверхностного натяжения:

Па.

  1. Рассчитываем гидравлическое сопротивление орошаемой тарелки

Па Па;

Па Па;

Па Па.

Результаты эксперимента для орошаемой тарелки

Таблица 1.4.

№ опыта

Показания манометров

V>г>, м3/с

ω>0>, м/с

ω>пр>, м/с

ΔР>с.т.>, Па

ΔР>г.ж.>, Па

ΔР>σ>, Па

ΔР>т.рас>, Па

Δh>6>

Δh>7>

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.