I. Schemat aparatury

Rys 1. Schemat aparatury.

1 - dmuchawa, 2 - zwężka, 3,4 - zawory gazowe, 5 - kolumna sucha, 7 - kolumna
z przepływem przeciwprądowym, 8 - zraszacz, 9 - rotametr, 10 - zawór

II. Tabele wyników

1. Przepływ jednofazowy.

Lp	Wskazania manometru I [mmH2O]	Wskazania manometru III [mmH2O]	QG [m^3/s]	wG [kg/m^2s]	log wG	p/L [Pa/m]	log(p/L)
1	5	23	0,022	0,818	-0,087	250,4	2,40
2	10	51	0,030	1,157	0,064	555,2	2,74
3	15	74	0,037	1,417	0,152	805,6	2,91
4	20	103	0,043	1,637	0,214	1121	3,05
5	25	129	0,048	1,831	0,262	1404	3,15
6	30	153	0,053	2,005	0,302	1666	3,22
7	35	175	0,057	2,165	0,335	1905	3,28
8	40	193	0,061	2,315	0,364	2101	3,32
9	45	217	0,065	2,461	0,390	2362	3,37
10	50	236	0,069	2,588	0,413	2569	3,41

Powyższe obliczenia wykonałem na podstawie następujących zależności:

Objętościowe natężenie przepływu Q_G [m³/s]

Masowa prędkość przepływu powietrza w_G [kg/m²s]:

Spadek ciśnienia Δp [Pa]:

Gdzie:

h_M1 - wychylenie cieczy manometrycznej w manometrze I [m]

ρ_M = 1000 kg/m³ - gęstość cieczy manometrycznej

ρ_G = 1,185 kg/m³ - gęstość powietrza

S =
= 0,0314 m² - pole powierzchni przekroju kolumny

h_M3 - wychylenie cieczy manometrycznej w manometrze III [m]

1'. Obliczenie teoretycznego spadku ciśnienia.

Dla trzech wybranych doświadczalnych wartości prędkości przepływu powietrza w kolumnie ( dla przypadku przepływu jednofazowego) obliczyłem z równania Leva teoretyczną wartość spadku ciśnienia.

Równanie Leva ma postać:

Średnica zastępcza elementu wypełnienia d_e jest równa średnicy kuli o tej samej objętości co objętość ziarna wypełnienia V_Z:

Objętość ziarna wypełnienia V_Z wynosi:

Czynnik kształtu elementu wypełnienia φ zdefiniowany jest jako stosunek powierzchni ziarna A_Z, do powierzchni kuli A₀ o tej samej objętości ci ziarno:

Powierzchnia ziarna wynosi:

Liczba Reynoldsa wyraża się równaniem:

η = 18,2*10^-6 Pa*s - lepkość powietrza

u_o - prędkość przepływu powietrza liczona na pustą kolumnę [m/s]

ρ = 1,185 kg/m³ - gęstość powietrza

Liniową prędkość przepływu liczoną na pusty aparat można policzyć korzystając z następującej zalezności:

Współczynnik oporu λ wyznaczyłam z równania:

K = 16 - stała zależna od szorstkości wypełnienia

n = 1,9 - dla wartości liczby Reynoldsa większej od 100

Porowatość warstwy wypełnienia (udział przestrzeni wolnej w całej objętości wypełnienia) ε można policzyłem na podstawie zależności:

n = 2,10*10⁵ sztuk/m³ - liczba pierścieni w jednostce objętości wypełnienia

Na podstawie powyższych zależności rozwiązałem równanie Leva dla pomiaru 3,6, i 9.

Lp	QG [m^3/s]	uo [m/s]	Re [-]	λ [-]	Δpteoret [Pa]	Δpdośw [Pa]
3	0,037	1,18	1134,91	7,92	995,0	805,6
6	0,053	1,69	1625,68	7,64	1969,6	1666,0
9	0,065	2,07	1993,76	7,48	2902,6	2362,0

2. Przepływ przeciwprądowy wody i powietrza.

A. przepływ objętościowy wody Q_L=30 l/h = 8,33E-6 m³/s

Lp	Wskazania manometru I [mmH2O]	Wskazania manometru II [mmH2O]	QG [m^3/s]	wG [kg/m^2s]	log wG	p/L [Pa/m]	log(p/L)
1	5	33	0,022	0,818	-0,087	359,3	2,56
2	10	59	0,030	1,157	0,064	642,3	2,81
3	15	86	0,037	1,417	0,152	936,3	2,97
4	20	120	0,043	1,637	0,214	1306,5	3,12
5	25	158	0,048	1,831	0,262	1720,1	3,24
6	30	203	0,053	2,005	0,302	2210,0	3,34
7	35	253	0,057	2,165	0,335	2754,4	3,44
8	40	283	0,061	2,315	0,364	3081,0	3,49
9	45	304	0,065	2,461	0,390	3309,7	3,52

B. przepływ objętościowy wody Q_L=60 l/h = 1,67E-5 m³/s

Lp	Wskazania manometru I [mmH2O]	Wskazania manometru II [mmH2O]	QG [m^3/s]	wG [kg/m^2s]	log wG	p/L [Pa/m]	log(p/L)
1	5	34	0,022	0,818	-0,087	370,2	2,57
2	10	63	0,030	1,157	0,064	685,9	2,84
3	15	114	0,037	1,417	0,152	1241,1	3,09
4	20	149	0,043	1,637	0,214	1622,2	3,21
5	25	196	0,048	1,831	0,262	2133,9	3,33
6	30	250	0,053	2,005	0,302	2721,8	3,43
7	35	277	0,057	2,165	0,335	3015,7	3,48

Obliczenia wykonałem z takich samych wzorów jak dla przepływu jednofazowego.

III. Wykres

Na podstawie obliczonych wartości wykonałem wykresy zależności log(p/L) = f(log(w_G)).

Wykres 1. Wykres zależności log(p/L) = f(log(w_G)).

---