AKADEMIA GÓRNICZO – HUTNICZA im. STANISŁAWA STASZICA W KRAKOWIE

MASZYNY I URZĄDZENIA ENERGETYCZNE

LAGORATORIUM

TEMAT : CHARAKTERYSTYKA ZŁOŻA FLUIDALNEGO

Tomasz Kobiela

Grupa W1

Rok akademicki 2013/2014

1.Cel ćwiczenia :

Wyznaczenie charakterystyki złoża fluidalnego poprzez pomiar rozkładu ciśnień w komorze fluidyzacyjnej oraz obliczenie parametrów złoża.

2. Schemat stanowiska :

3. Wyniki pomiarów i dane :

L.P.	Wysokość ciśnienia różnicowego	Wysokość złoża fluidalnego	Wysokość ciśnienia w kolumnie fluidyzacyjnej
			0
			-158
	Δh	Hz	h0
	mm	mm	mm
1	0	50	0
2	4	50	47
3	16	80	54
4	28	115	57
5	42	155	60
6	74	195	63
7	113	310	66
8	132	440	70
9	154	530	71
10	200	640	74
11	210	845	67

• Wielkości geometryczne stanowiska pomiarowego

Średnica kolumny fluidyzacyjnej D_f = 185[mm]

Średnica rurociągu ssawnego D = 150[mm]

Średnica otworu kryzy d = 110,22[mm]

Średnica kulki materiału złoża d_s1 = 6[mm]

Masa kulki M_s1 = 0,2 [g]

Liczba kulek w złożu n_s = 7000

Wysokość nasypowa złoża w kolumnie fluidyzacyjnej H₀ =50[mm]

Gęstość materiału kulek ρ_s = 1768,4 [kg/m³]

• Warunki otoczenia

Ciśnienie otoczenia p₀ = 999[hPa]

Temperatura otoczenia t₀ = 22[^oC]

Wilgotność względna powietrza φ = 57,5[%]

Ciśnienie nasycenia p” = 2643[Pa]

Gęstość nasyconej pary wodnej ρ” = 0,0195[kg/m³]

Lepkość dynamiczna powietrza η_ot= η_G = 18,149*10^-6[Pa*s]

• Charakterystyka kryzy

C = 0,6021 – liczba przepływu

ε₁ = 0,9986 – współczynnik ekspansji

β = d/D – współczynnik przewężenia (β=0,7348)

4. Obliczenia :

Dla punktu nr 11

• Gęstość powietrza w warunkach pomiaru:

ρ_n = 1,29[kg/m³]

p_n = 101325[Pa]

T_n = 273[K]

$\rho_{1} = \rho_{n}\frac{\left( p_{\text{ot}} - \varphi_{\text{ot}}\ p^{''} \right)T_{n}}{p_{n}T_{\text{ot}}} + \varphi_{\text{ot}}\rho^{'}' =$1,170315

• Strumień objętości:

$$\dot{V} = \frac{C}{\sqrt{1 - \beta^{4}}}\varepsilon_{1}\frac{\pi \bullet d^{2}}{4}\sqrt{\frac{2\Delta p}{\rho_{1}}}\text{\ \ }$$

$$\rho_{m1} = 1000\ \left\lbrack \frac{\text{kg}}{m^{3}} \right\rbrack$$

Δh = 210mm

Δp = ρ_m1gΔh = 1000 • 9, 81 • 0, 21 = 2060, 1  [Pa]

$\dot{V} =$0,404405 $\left\lbrack \frac{m^{3}}{s} \right\rbrack$

• Prędkość strumienia powietrza

$$A_{f} = \frac{\pi \bullet D_{f}^{2}}{4}$$

D_f= 185 [mm]

A_f = 0, 027 [m²]4

$u_{f} = \frac{\dot{V}}{A_{f}} =$15,045$\ \left\lbrack \frac{m}{s} \right\rbrack$

• Ciśnienie w kolumnie fluidyzacyjnej

p_i = ρ_m2gh_i

ρ_m2= 792 [kg/m³]

p₀ = 520, 56 Pa

p₁ = 287, 47 Pa

p₂ = 248, 62 Pa

p₃ = 225, 32 Pa

p₄ = 202, 01 Pa

p₅ = 186, 47 Pa

p₆ = 77, 70 Pa

p₇ = 77, 70 Pa

p₈ = 62, 16 Pa

Tabela 1 - Wyniki obliczeń:

L.P.	Ciśnienie różnicowe	Strumień objętości	Prędkość strumienia powietrza	Wysokość złoża fluidalnego	Ciśnienie w kolumnie fluidyzacyjnej
	Δh		uf	Hz	p0
	Pa	m^3­­/s	m/s	m	Pa
1	0	0,00	0,00	0,05	0
2	39,24	0,06	2,08	0,05	365,17
3	156,96	0,11	4,15	0,08	419,55
4	274,68	0,15	5,49	0,115	442,86
5	412,02	0,18	6,73	0,155	466,17
6	725,94	0,24	8,93	0,195	489,48
7	1108,53	0,30	11,04	0,31	512,79
8	1294,92	0,32	11,93	0,44	543,87
9	1510,74	0,35	12,88	0,53	551,64
10	1962	0,39	14,68	0,64	574,94
11	2060,1	0,40	15,04	0,845	520,56

Wykres 1 - Graficzna interpretacja ciśnienia w kolumnie w zależności od wysokości:

• Porowatość złoża

n = 7000

H₀ = 50 [mm]

A_f = 0, 027 [m²]

V_z0 = A_f • H₀ = 1, 35 • 10⁻³[m³]

V_s1 = 113, 097 [mm³]

V_s = n • V_s1 = 7, 92 • 10⁻⁴[m³]

$\varepsilon_{0} = \frac{V_{z0} - V_{s}}{V_{z0}} =$0,410957

H₁₁ = 845 [mm]

A_f = 0, 027 [m²]

V_z11 = A_f • H₁₁ = 22, 82 • 10⁻³[m³]

V_s = 7, 92 • 10⁻⁴[m³]

$\varepsilon_{11} = \frac{V_{z11} - V_{s}}{V_{z11}} =$0,97

• Liczba Reynoldsa

$$u_{f} = 15,04\ \left\lbrack \frac{m}{s} \right\rbrack$$

d_s1 = 6 [mm]

$$\rho_{G} = \rho_{1} = 1,170315\left\lbrack \frac{\text{kg}}{m^{3}} \right\rbrack$$

η_G = 18, 149 • 10⁻⁶ [Pa • s]

$Re_{11} = \frac{u_{f} \bullet d_{s1} \bullet \rho_{G}}{\eta_{G}} =$5820,82

Tabela 2 – Wyniki obliczeń - Porowatość złoża w zależności od prędkości fluidyzacji

	Symbol	Jednostka	Pomiar
Wysokość złoża	Hz	m	0,05
Prędkość fluidyzacji	uf	m/s	0,00
Porowatość	ε	-	0,41
Liczba Reynoldsa	Re	-	0,00

Wykres 2 - Graficzna interpretacja zmiany porowatości złoża w zależności od prędkości fluidyzacji:

• Liczba Archimedesa

d_s1 = 6 [mm]

$$\rho_{G} = \rho_{1} = 1,170315 \bullet 10^{- 3}\left\lbrack \frac{\text{kg}}{m^{3}} \right\rbrack$$

$$\rho_{s} = 1768,4\ \left\lbrack \frac{\text{kg}}{m^{3}} \right\rbrack$$

η_G = 18, 149 • 10⁻⁶ [Pa • s]

$Ar_{f} = \frac{g \bullet \rho_{G}\left( \rho_{s} - \rho_{G} \right)d_{s1}^{3}}{\eta_{G}^{2}} =$13,304•10⁶

• Minimalna prędkość fluidyzacji

$$u_{\text{mf}} = 0,2\sqrt{\frac{g(\rho_{s} - \rho_{G})d_{s}}{\rho_{G}}\text{\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ }} = 1,886\ \left\lbrack \frac{m}{s} \right\rbrack$$

5. Wnioski

Porowatość złoża zwiększa się w miarę wzrostu prędkości fluidyzacji.

Ciśnienie w kolumnie fluidyzacyjnej jest najwyższe u podstawy i zmniejsza się ze wzrostem wysokości.