Determinarea regimului de curgere si pierderea de presiune intr-un strat granular

DETERMINAREA REGIMULUI DE CURGERE SI PIERDEREA DE PRESIUNE INTR-UN STRAT GRANULAR

Scopul lucrarii

Se studiaza curgerea unui lichid printr-un strat granular. Caracterul regimului de curgere se stabileste calculand numarul lui Reynolds in conditiile respective. Din pierderea de presiune in strat, determinata experimental, se calculeaza coeficientul de frecare si se reprezinta grafic dependenta acestuia de criteriul lui Reynolds.

Aspecte teoretice

In multe operatii din industria chimica fluidele strabat straturi formate din bulgari, granule, corpuri de umplere sau pulberi, cum ar fi: trecerea gazelor prin stratul de carbune din focare sau din gazogene, trecerea gazelor prin stratul de bulgari la arderea calcarului, trecerea fluidelor prin straturi de catalizator, trecerea fluidelor prin umplutura coloanelor de absorbtie sau de rectificare, trecerea lichidelor prin straturi filtrante sau prin straturi de schimbatori de ioni, etc. Pentru caracterizarea straturilor granulare se utilizeaza urmatoarele definitii:

suprafata specifica a umpluturii s, este suprafata corpurilor de umplere din unitatea de volum al umpluturii;

fractia de goluri sau porozitatea umpluturii, e, reprezinta raportul dintre volumul golurilor si volumul total al stratului granular;

factorul de forma y, este raportul dintre aria suprafetei sferei de volum egal cu volumul particulei si aria suprafetei granulei.

diametrul mediu al particulelor, d_p, este diametrul granulelor avand suprafata egala cu media suprafetelor granulelor;

viteza fictiva, w_f, este viteza cu care ar circula fluidul prin tubul gol;

viteza fictiva, w_r, este viteza cu care circula fluidul prin stratul granular, w_r = w_f/e

Relatii de curgere:

Metoda Rose determina pierderea de presiune cu ecuatia:

                 (1)

in care L este lungimea stratului granular iar F este un coeficient adimensional a carui valoare este in functie de Re:

(2)

iar         (3)

Metoda Javoronkov si Aerov

(4)

unde d_e este diametrul echivalent al sectiunii de curgere:

                             (5)

iar valoarea coeficientului de frecare l este functie de numarul lui

                          (6)

Descrierea instalatiei

Instalatia se compune dintr-o coloana de sticla umpluta cu granule solide, un rotametru pentru masurarea debitului de apa si un manometru diferential ce indica pierderea de presiune de-a lungul coloanei. Diametrul coloanei este de 36 mm, lungimea stratului granular este de 420 mm, diametrul mediu al particulelor este de 4 mm, fractia de goluri 0,25 si suprafata specifica este de 650 m²/m³ de umplutura.

Modul de lucru

Se verifica partile componente ale instalatiei si legaturile dintre ele. Alimentarea se face cu apa, crescandu-se debitul, intre 20 si 90 L/h. Pentru fiecare debit fixat conform indicatiilor rotametrului se citeste denivelarea manometrica corespunzatoare pierderii de presiune in stratul granular. Se executa minim 8 determinari.

Prelucrarea datelor experimentale

Datele experimentale si cele calculate se trec intr-un tabel.

Din datele experimentale se calculeaza viteza fictiva si pierderea de presiune, cunoscand ca densitatea mercurului folosit ca lichid manometric este 13600 kg/m³. Se calculeaza criteriul lui Reynolds pentru fiecare valoare a debitului (rel.6) si se determina din ecuatia 4 valoarea coeficientului de frecare, l. Se reprezinta grafic, intr-o diagrama cu axele divizate logaritmic, dependenta  l = f(Re).

Referatul va cuprinde un tabel cu datele masurate si cele calculate, diagrama in coordonate logaritmice l = f(Re) si observatii asupra rezultatelor obtinute.