Determinarea regimului de curgere și pierderea de presiune într-un strat granular

Scopul lucrării

Se studiază curgerea unui lichid printr-un strat granular. Caracterul regimului de curgere se stabilește calculând numărul lui Reynolds în condițiile respective. Din pierderea de presiune în strat, determinată experimental, se calculează coeficientul de frecare și se reprezintă grafic dependența acestuia de criteriul lui Reynolds.

Aspecte teoretice

În multe operații din industria chimică fluidele străbat straturi formate din bulgări, granule, corpuri de umplere sau pulberi, cum ar fi: trecerea gazelor prin stratul de cărbune din focare sau din gazogene, trecerea gazelor prin stratul de bulgări la arderea calcarului, trecerea fluidelor prin straturi de catalizator, trecerea fluidelor prin umplutura coloanelor de absorbție sau de rectificare, trecerea lichidelor prin straturi filtrante sau prin straturi de schimbători de ioni, etc.

Pentru caracterizarea straturilor granulare se utilizează următoarele definiții:

suprafața specifică a umpluturii, - , este suprafața corpurilor de umplere din unitatea de volum al umpluturii;

fracția de goluri sau porozitatea umpluturii, , reprezintă raportul dintre volumul golurilor și volumul total al stratului granular;

factorul de formă, , este raportul dintre aria suprafeței sferei de volum egal cu volumul particulei și aria suprafeței granulei.

diametrul mediu al particulelor, dp, este diametrul granulelor având suprafața egală cu media suprafețelor granulelor;

viteza fictivă, wf, este viteza cu care ar circula fluidul prin tubul gol;

viteza reală, wr, este viteza cu care circulă fluidul prin stratul granular, wr = wf/;

Relația de curgere folosită este cea dată de metoda Javoronkov și Aerov:

(1)

unde de este diametrul echivalent al secțiunii de curgere:

(2)

iar valoarea coeficientului de frecare - este funcție de numărul lui

(3)

Viteza fictivă este dată de ecuația:

wf⁡= (4∙Gv)/(π∙d^2 ) (4)

Parte experimentală

Descrierea instalației

Instalația este compusă dintr-o coloană de sticlă umplută cu granule solide (1), un rotametru (2) pentru măsurarea debitului de apă și un manometru diferențial (3) ce indică 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, fracția de goluri 0,25 și suprafața specifică este de 650 m2/m3 de umplutură.