Исследования конвективного теплообмена циклонной камеры в автомодельном режиме

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего образования
«Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова»

Высшая школа энергетики, нефти и газа

Акинола Олумиде Букунми

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА
(МАГИСТЕРСКАЯ ДИССЕРТАЦИЯ)

13.04.01 Теплоэнергетика и теплотехника

Энергоменеджмент

Исследования конвективного теплообмена циклонной камеры в автомодельном режиме

Утверждена приказом от «___» ________________ 20 ____ г. № _____

Руководитель ВКР




Сабуров Э.Н. профессор д.т.н.
Консультанты




Орехов А.Н доцент, к.т.н
Нормоконтроль




Сабуров Э.Н. профессор, д.т.н
Рецензент




Черноудов А.С
Руководитель ОПОП




Любов В.К. профессор, д.т.н

(дата)

(подпись)

(ФИО, должность / степень / звание)

Постановление ГЭК от «___» ________________20____ г. 
Признать, что обучающийся _________________________________________________
(инициалы, фамилия)
выполнил и защитил ВКР с отметкой    


(отметка прописью)

Председатель ГЭК
______________________
_________________________

(подпись)
(инициалы, фамилия)
Секретарь ГЭК
__________________________________
_____________________________________

(подпись)
(инициалы, фамилия)






Архангельск 2018




РЕФЕРАТ
     Акинола Олумиде Букунми. Исследования конвективного теплообмена циклонной камеры в автомодельном режиме
     Руководитель ВКР – профессор Сабуров Эдуард Николаевич.
     Выпускная квалификационная работа объемом 46 с. содержит 9 рисунков, 6 таблиц, 8 источников. 
     Ключевые слова: циклонная камера большой относительной длины, автомодельный режим, конвективный теплообмен.
     Цель работы – провести исследование конвективного теплообмена в циклонной камере большой относительной длины в автомодельном режиме.
     Структура ВКР: состоит перечня определений, обозначений и сокращений, введения, 6 глав, заключения, списка использованных источников, приложений.
     В первой главе приведены основные типы циклонных устройств, применяемых в промышленности, рассмотрены особенности режимов течения. 
     Во второй главе приведена схема лабораторной установки и порядок проведения экспериментов. 
     В третьей главе произведена обработка экспериментальных данных, рассчитаны основные параметры конвективного теплообмена. 
     В четвертой главе выведена зависимость числа Нуссельта от числа Рейнольдса.
     В пятой граве рассчитаны погрешности измерений.
     В шестой главе рассмотрены вопросы безопасности при проведении экспериментов.
     
     
     «___» _________ 2018 г.          __________________    __________________
     

ОГЛАВЛЕНИЕ
Определения, обозначения и сокращения
5
Введение 
6
1 Состояние вопроса
7
1.1 Промышленное использование циклонных камер
7
1.2 Особенности аэродинамики циклонов
17
2 Описание экспериментального стенда и порядка испытаний
23
2.1 Описание экспериментального стенда
23
2.2 Порядок проведения испытаний
27
3 Расчет параметров циклонной камеры
29
3.1 Определение расхода воздуха через установку
29
3.2 Определение аэродинамических характеристик
31
3.3 Определение параметров конвективного теплообмена
34
4 Вывод уравнения подобия
39
5 Определение погрешностей измерения
44
6 Техника безопасности при проведении экспериментов
47
Заключение 
49
Список использованных источников
50

ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ
     В настоящей работе использованы следующие определения, обозначения и сокращения:
     dвых - диаметр выходного отверстия камеры;
     Dк - диаметр рабочего объема циклонной камеры;
      - безразмерный диаметр выходного отверстия;
     Lк - длина рабочего объема циклонной камеры;
     hвх - высота входного канала (шлица);
     fвх, fвых – площадивхода и выхода потока;
     Reвх - число Рейнольдса;
     Vвх - скорость потока во входных каналах (шлицах) камеры; 
     ?вх- кинематический коэффициент вязкости потока во входных каналах (при входных условиях);
     Рсд, Pсвх, Рск - избыточные статические давления: в контрольных сечениях перед сужающим устройством, во входных каналах, на боковой поверхности камеры;
     Q, Qл, Qк - тепловой поток: суммарный, лучистый, конвективный;
     Gк - масса конденсата;
     rп - удельная теплота парообразования;
     tн - температура насыщения пара;
     Тц, Тк - абсолютная температура: внешней поверхности калориметра, внутренней поверхности камеры (рабочего объема);
     ?пр, ?ц, ?к- степень черноты: приведенная системы, поверхности калориметра, поверхности циклонной камеры;
     Fц - площадь поверхности теплообмена калориметра;
     Fк - площадь боковой поверхности рабочего объема циклонной камеры;
     Nu - число Нуссельта;
     ?вх - коэффициент теплопроводности воздуха при входной температуре.

ВВЕДЕНИЕ 
     Циклонные установки получили широкое распространение в промышленности за счет простоты своей конструкции, надежности и высокой эффективности. Однако, на производстве в основном используются циклонные камеры небольшой относительной длины, не более 2, в виду того, что основная масса установок служит для очистки газов и жидкостей или в качестве топок.
     Проведенные исследования циклонных камер в большинстве своем проводились на камерах малой относительной длины и лишь небольшая часть на камерах большой длины. Поэтому необходимо проводить дополнительные исследования теплообмена в циклонных камерах большой длины с целью повышения эффективности теплообмена и улучшения аэродинамических характеристик этих устройств.
     Цель работы – изучение конвективного теплообмена в циклонных камерах большой длины в автомодельном режиме на основе полученных экспериментальных данных, их анализа и обработки полученных в результате расчетов значений. 
     



     1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА
     1.1 Промышленное использование циклонных камер 
     Простейший циклонный сепаратор (рисунок 1.1) - это устройство, состоящее из цилиндрического, конического или цилиндро-конического корпуса, тангенциального входного патрубка, осесимметричного выходного канала (пережима), обычно заглублённого внутрь рабочего объёма. Циклонный сепаратор имеет в нижней части корпуса выгрузное отверстие для удаления уловленного продукта 

Рисунок 1.1 – Схема циклонного сепаратора
     Широкое использование циклонных сепарационных устройств в деревообработке, целлюлозно-бумажном и гидролизном производстве определяется их некоторыми преимуществами перед другими аппаратами аналогичного назначения:
     1) отсутствием вращающихся конструктивных элементов и узлов;
     2) возможностью функционирования в условиях высоких температур (500-1000?С) и давлений до 100 МПа без каких-либо принципиальных изменений в конструкциях;
     3)возможностью улавливания и классификации абразивных включений при защите внутренних поверхностей циклонов специальными покрытиями;
     4) относительной простотой изготовления и сравнительно небольшой стоимостью;
     5) сохранением требуемого уровня фракционной эффективности очистки с ростом массовой концентрации твёрдой фазы;
     6)возможностью сухого осаждения продукта в циклонных пылеуловителях.
     Несмотря на принципиальную простоту исходной конструкции, современные циклонные сепараторы характеризуются большим разнообразием практических приложений, широким диапазоном изменения основных геометрических параметров и вариантов оформления отдельных конструктивных узлов.
     В системах обеспыливания и пневмотранспорта воздуха предприятий отрасли значительное применение нашли сухие пылеуловители-циклоны: цилиндрические, цилиндро-конические, конические, с обратным конусом и др.
     К цилиндрическим циклонам средней эффективности (имеющим значительную цилиндрическую часть) относится циклонный пылеуловитель «Гипродрев» (рисунок 1.2). Он предназначен для грубой очистки воздуха от сравнительно крупных древесных частиц (опилок, стружки) размером более 40…60 мкм.

1 - крышка корпуса; 2 - выхлопная труба; 3 - корпус; 4 – конус
Рисунок 1.2 - Циклонный пылеуловитель «Гипродрев»
      широкое применение в  получили циклоны  К (ОЭКДМ). Эти циклоны ( 1.3) относятся к  высокопроизводительных, имеют  конфигурацию. 

1 - труба , 2 - внутренний стакан, 3 -  циклона, 
4 -  циклона, 5 -лючек, 6 -  сливная
Рисунок 1.3 –  ОЭКДМ К
     Их отличительной  является  в выхлопной трубе  типа «диффузор-конфузор» и  в расширяющуюся часть  водоотделительной . Циклон рекомендуется к  в системах аспирации  для отделения древесных  с небольшим  древесно-шлифовальной пыли ().
     К цилиндро-коническим циклонам с  винтовой крышкой  циклоны Ц (), ЛТА, ЦН (НИИОГаза): ЦН-11, -15 (рисунок 1.4), ЦН-15У, -24, ЦН-16 (ЦКТИ им. ), ЦМС-27.
      называются коническими,  они имеют развитую  сходящуюся часть. К  циклонам  относятся аппараты -33, СК-ЦН-34, СК-ЦН-34М.  распространение в промышленности  циклон -34. Аппарат нашёл  в системах очистки  теплоносителя после  сушилок  производства гидролизных . Циклоны РИСИ ( Ростовского инженерно-строительного ) предназначены для  запылённого воздуха от  и неслипающихся частиц.  ВЦНИИОТ (конструкции  центрального  института охраны ) отличаются от других  внешнего обратного  и внутренней  поверхности, образующих  кольцевую щель. Их  для обеспыливания воздуха  полировальных .

1 - коническая часть, 2 –  часть, 3 – винтообразная , 
4 – улитка, 5 – входной , 6 – выхлопная 
Рисунок 1.4 – Циклон -15
     К числу высокоэффективных , получивших широкое  в деревообрабатывающей и  областях промышленности,  циклоны УЦ-38 (). Циклоны УЦ используются для  воздуха  от сухих неволокнистых и  пылей, а также  отходов деревообрабатывающих  древесной  с опилками, стружкой.
      работа циклонов-пылеуловителей во  зависит от правильного  аппаратов и  оборудования, качества  и монтажа, уровня  и других условий.
      заменить  сепараторы фильтрами для  очистки газовых , это даст возможность  такие  и для других целей, , для предварительного отделения  фракций, теплорекуперации, , высоковлажных  отходов, в системах  и т.д.
     Циклонные пылеуловители  в целлюлозно-бумажной промышленности в  для очистки  газов от энергетических  котлоагрегатов, работающих на  топливе, а также в  первой  золоулавливания при эксплуатации  паровых котлов.
      применяются также для  сыпучих  материалов при загрузке  котлов щепой.
     Для  промышленных газов  производства  используются мокрые  газоочистные аппараты-скрубберы. В  получили применение в  устройства с  вводом газов и  орошением.
     Каплеуловители () предназначены для отделения  фазы их  и паровых потоков.
      парожидкостные сепараторы  применение в плёночных  для упаривания  щелока.
     Использование  циклонов в энергетических и  системах, и процессах  производства  с необходимостью выделения  вторичного вскипания из  и продувочной воды , расширения и  отработанного щелока,  сваренной целлюлозной , очистки суспензии от  включений и др.
     В  системах сбора и  конденсата технологического  для срабатывания перепада  между  аппаратами и сборным  жидкости используются  сепараторы, называемые  расширительными . Наиболее часто на  используются центробежные  сепараторы.
     Выдувные  и резервуары  для приёма массы из  аппаратов, отделения от неё  вторичного вскипания и  полуцеллюлозной  на промывную установку.
      резервуар - это цилиндро-конический  большой ёмкости,  под избыточным , в верхней части  расположен циклонный , а в нижней конусной -  мешалка. 
     К  сепарационным устройствам,  в целлюлозно-бумажном производстве,  отнести и циклоны-песколовки. Они  для отделения от  массы песка и  тяжёлых твёрдых .
     Циклонные сепарационные  находят  и в технологических схемах  производства (например,  технического лигнина из  осуществляется в  приёмники).
     Гидроциклоны-устройства,  для разделения, классификации и  жидких суспензий и  центробежный . Для очистки целлюлозы,  и бумажной массы от  включений (песок,  и т.п.)
     На предприятиях  промышленности находят  конические и цилиндрические . Использование конических  небольшого  позволяет удалять из  среды не только  частицы, но и сравнительно : костру,  остатки и т.д. Также  гидроциклоны большого  (800…1500 мм и более): , закрытые (), фортрапы и др. Такие  относятся к цилиндрическим и  для очистки массы от  и тяжёлых . По принципу действия  гидроциклоны практически  не отличаются от вихревых , но имеют  производительность и меньшую  очистки. В некоторых  аппаратов, например, в  открытого , используется периферийный  вывод массы.  находят широкое  и для осветления  вод некоторых промышленных .
     Гидроциклоны рекомендуются к  в качестве первой  очистки  вместо отстойников и  фильтров. Применение  очистителей обеспечивает  технологических , снижение капитальных  на строительство очистных , сокращение численности  персонала.
      рекомендуется устанавливать  мельницей для защиты  органов от посторонних , после  для исключения попадания  гарнитуры в последующее , на линиях выдувки  гидроразбивателей, для  песка из оборотной  в системах промывки  и т.д.
     Имеется опыт  циклонов в  контактных аппаратов для  слабого чёрного . 
     Решение проблемы  переработки  предполагает использование  предприятий в первую  на технологические нужды,  значительная их  не может быть  для дальнейшей переработки  отсутствия соответствующего . Решением  использования горючих и  вторичных энергетических  в значительной мере  с созданием  топливосжигающей, термообезвреживающей и  техники. Такая , соответствующая современным , может  реализована на базе  принципа организации  и энерготехнологических процессов.
     В  топках ( 1.5), обладающих значительной  способностью, достигается  полнота выгорания  топлива,  объёмное теплонапряжение и  горения, эффективное  золы и шлака.     
      циклонных  и топок на предприятиях  комплекса вместо  и камерных устройств  целый ряд : улучшаются и интенсифицируются  смесеобразования топлива и , горения, повышаются  рабочих  и полнота выгорания  и отходов, облегчается  плава солей,  тепловая .
     В промышленности получили  барботажно-циклонные топки.  барботажных топок  обычными  следует считать  форсунок для распыливания , сравнительно высокую  процессов - и массообмена, большой , регулирования нагрузки.

1-  камера топлива и ; 2 - выходная ; 3 - летка для удаления ; 4 и 9 - камеры горения; 5-  дутье; 6 и 7 - каналы  вторичного и  воздуха; 8 - внутренний  конус; 10 - воронка  топлива.
Рисунок 1.5 -  циклонных : а) горизонтальных; б) вертикальных
     Для  сточных вод целлюлозно-бумажного  широко используются  и вертикальные  топки и печи.  особенностью конструкции  печи для обезвреживания  жидких  и газов, загрязнённых  органическими веществами  периферийный околоторцевой  продуктов . Вертикальные циклонные  для термического обезвреживания  вод представляют собой  аппараты,  тангенциально установленными  горелками и радиально  разбрызгивающими форсунками.  печей : частичный унос  части, неполное  органических соединений при  влажности  щелоков.
     Сушат  материалы в основном в  сушилках, работающих на  газу или , газовых сушилках с  или виброкипящим слоем,  трубах-сушилках, вихревых или  аппаратах. В  сушилках теплоноситель  непосредственный контакт с  материалом. Это позволяет  интенсивный  на поверхности сыпучих , причём более  в аппаратах циклонного и  типов.
     К  с закрученным движением  теплоносителя относятся  барабанного типа  «Бюттнер». Они  достаточно широкое  за рубежом и на некоторых  страны для сушки  древесных .
     Одним из наиболее , серийно выпускаемых  аппаратов, является  сушилка  ЦС, разработанная НИИхиммашем.
      ЦС-600 (рисунок 1.6)  собой цилиндро-коническую  камеру,  пылевой циклон, с  посаженной выхлопной . Этим обеспечивается  время  частиц сушимого  в объёме аппарата.  типа ЦС пригодны  для термообработки  с хорошими сыпучими .

1 – вентилятор; 2 – фильтр; 3 –  калориферы; 4 – циклонная ; 
5 – шнековый ; 6 – циклон СКЦН-34; 7 –  ЦВП-443; 8 – секторный 
Рисунок 1.6 – Сушилка -600
     Для сушилки  и комкующихся материалов  быть использованы  сушилки, также  НИИхиммашем,  по основным показателям ( высушивания и экономичности)  пневмотрубы с прямоосным и  перемещением  потока.
     Эффективность  процесса в значительной  зависит от герметичности  и их соединительных , поэтому фирмой  специальные уплотнения,  к минимуму протечки .
     Сушильные  и циклоны монтируются вне , и для надёжного функционирования  установки, особенно в  период , требуется хорошая  наружных поверхностей . Недостаточная и плохо  теплоизоляция  привести к образованию  и налипанию целлюлозы и  на внутренних стенках  и другого , что может привести к  сепарационных свойств , снижению скорости  и производительности . 
     Для сушки волокнистых  (волокнита, древесного , целлюлозы и др.) разработана  вихревая . Аппарат имеет  входные каналы для  сушильного агента и , газораспределительное , снабжённое поворотными . 
     В результате проведённых  установлено, что при одинаковом  расходе  материала с ростом  аппарата увеличивается  время пребывания  в рабочем , но снижается его напряжение по  влаге.
     По удельным  тепла и воздуха  камеры не  ленточным сушилкам, а по , простоте конструкции и  в эксплуатации значительно  их.
     Циклонные и  сушилки для тонкодисперсных  относятся к пневмосушильным  с вращательным движение . Аппараты  цилиндрическую или цилиндро-коническую  рабочего объёма и  тангенциальному вводу  и интенсивной  потока обеспечивают  время пребывания  в зоне сушки.
      с закрученным  теплоносителей получают всё  широкое применение их в  высокоэффективных теплообменников.  воздействие  массовых сил на гидродинамику и  в циклонных устройствах  к значительной интенсификации  на их боковой и  поверхностях по сравнению с  течениями, развивающимися в  и полуограниченных пространствах.
      циклонных  в целлюлозно-бумажной промышленности  необходимостью утилизации  и очистки запылённых  после  и других печей,  паровоздушных выбросов  машин, конденсации  ряда  аппаратов и др.
     Циклонные  применяются и в качестве  и контактных теплообменных  в системах  вентиляционного и дутьевого  производственных цехов и  электростанций.
     Использование для  металла , высокоскоростного, развитого  циклонного потока,  резко интенсифицировать  теплообмен,  одним из наиболее  направлений совершенствования  устройств. Именно  возможности  конвективного теплообмена  циклонные нагревательные , в которых генерируется  закрученный  греющих газов,  оборудования, отвечающим  высоким современным . Испытания  и полу промышленных  циклонных нагревательных  показали, что они действительно  повысить  и равномерность нагрева , сократить время , имеют пониженные  расходы , высокие коэффициенты  топлива и теплоты,  в управлении и хорошо  автоматизации.  нагревательные устройства  при равных условиях  температурный уровень  газов, а это,  с экономией топлива,  к уменьшению газообразных  в атмосферу, даёт  существенно  вредное влияние на  среду.
     1.2 Особенности  теплообмена в автомодельном 
     Циклонная  представляет собой , тангенциально к внутренней сти которого вводится газ или .
     Вывод  из рабочего объема  камеры, как правило,  через соосное с ним  отверстие в  из торцов.
     Поле  потока в циклонных  отличается сложностью и ностью. В  точке поля  скорости можно  на три составляющие (компоненты):тангенциальную ?? ( ), осевую ?x() и радиальную ?r. В общем  соотношение между  компонентами может  различ по величине  в зависимости от  рассматриваемой точки  скоростей и геометрии  камеры. По  изменения компонент  потока весь  объем циклонной  можно  на три основные области:  ядро потока,  зоны течения и  пристенную . 
     Ядро потока  основную часть  объема камеры.  границей  потока является  поверхность, радиус rя может быть  из условия  момента количества . С торцевых поверхностей  потока ограничено  интенсивных  течений, где наблюдается  вращательной составляющей  и значительное повышение  компо. В пределах ядра  тангенциальная составляющая  наибольшую из всех  компонент . В соответствии с характером ее  по радиусу можно  две зоны: зону  скорости при  радиуса (квази зону) и зону ее  по мере приближения к  камеры ( квазитвердого вращения).  разделены сравнительно  по радиальной протяженности  участком.
     Из  физики известно, что при  движении по окружности r равнодействующая сил dF, действующих на  жидкости,  быть равна по    и направлена к центру ности.
     Если  из рассмотрения  их относительной малости  трения, обусловленные , и условие равновесия  применительно к еди объема среды, или  равновесия потока. 
      и полное давления  на внешней  ядра потока и  по направлению от стенки к оси . В приосевой области при деленных  статическое и  давления потока  быть ниже сферного. ( 1.7)
     В периферийной зоне, так же как и в , вращательная составляющая  наибольшей из всех . Профиль ?? в  области не осесимметричен и рывно перестраивается по  продвижения потока у  поверхности  объема. Начальное же ??- распределение на выходе их  шлица/сопла/ - зависит от  течения  скорости/ внутри и вне его.  течения определяется тем, что  струя в рабочем  взаимо сразу и со спутным,  относительно оси камеры , и с вогнутой цилиндрической  камеры.
     
      1.7 - Распределения вращательной  скорости, стати и полного давлений в  камере
     
      струи со стенкой  к закручиванию потока.  среды вблизи  начинают  по спиральным траекториям,  направление вектора их  в пристенном слое  определяется  влиянием, например,  рассматриваемого канала  других каналов и  поверхностей  объема, интенсивностью  перетечек, которые  в  очередь зависят  от всех  характеристик камеры. 
      течения потока в  областях циклонных  связаны с  действием торцевых . Вблизи торцевых  вращательная составляющая  уменьшается, и  интенсивное радиальное , направленное к центру  со скоростью, которая  появление сил , компенсирующих возникшее  динамического равновесия в  области.
          Условия , неравномерность  вращательных скоростей  по длине рабочего , обусловленная геометрией  и трением  о стенки, а также  в некоторых случаях  в приосевой зоне  довольно  поле осевых  в циклонных устройствах.
      В   области рабочего  обратное  газов. Оно появляется в  имеющегося здесь  и подсоса газов и  вне рабочего  камеры. Проникнув  камеры на определенную , массы газа,  извне,  к выходному течению.  движение центрального  потока, в отличие от  других , является индуцированным. 
        С  зрения общих  характеристик циклонных , основным  движения газа, как уже , следует считать . Главной характеристикой  движения в  камере является  вращательная скорость (Рисунок 1). Она удачно  общий  вращательного движения  в рабочем объеме. При  представлении циклонного  является  потока на внешней  струйного пограничного , обращенного к оси камеры.
      сопротивление  камеры оценивается по  коэффициенту сопротивлению ?.  суммарного коэффициента ? удобством в  аэродинамических расчетов  устройств. С точки  же анализа влияния  и режимных  на сопротивление циклонной  он является менее  характеристикой, так как не позволяет  изменение его  и не связан непосредственно со  характеристиками потока. В  смысле более  является  коэффициент сопротивления . С помощью этого   можно определить  энергии на  определенного уровня  скоростей в устройстве.  он определяет аэродинамическую  циклонной .
     Из отмеченных выше  характеристик особенно  влияние на аэродинамику  камеры  диаметр выходного . Уменьшение   приводит к  величины , значения ческого  на боковой поверхности  Рс.ст., уменьшению  радиуса  и других  радиусов  потока. При этом  существенная перестройка .
     Увеличение относительной  площади  циклонной камеры  к повышению уровня  и осевых скоростей, ческого   и смещению характерных  в ядре потока в  область, а границы  потока – в  область рабочего .
     Повышение шероховатости  рабочего объема  камеры  к снижению уровня  скоростей, уменьшению  камеры. Повышение  к некоторой  поля осевых , особенно в центре  объема камеры. С может  ликвидирован осевой  ток, увеличивается радиальная  и уровень максимальной  скорости  вихря. Трение  о стенки оказывает  на уровень вращательных  в рабочем , следовательно, на величину  на достижение определенного  крутки и величины  и выходной  суммарного коэффициента . Коэффициент кинематической  потока при входных  приводит к  коэффициента трения и, , к снижению тормозящего  внутренней поверхности  объема.  формы не зависит от  Рейнольдса, то и сопротивление  камеры  в этом  не зависит от .  потока становится .
     В общем изменение  коэффициента сопротивления  с увеличением   можно представить  образом:
     При ламинарном  течения, если он , ?, вероятно,  увеличиваться и достигнет  при критическом значении  Рейнольдса, в переходном ? убывает, при  промежуточном режиме, в  от двух предыдущих,  изменения ? начинает  меняться от  шероховатости поверхности  объема, и, в зависимости от ?, может иметь  и падение, и ? ; в режиме развитой  суммарный коэффициент  не меняется.
     


2 ОПИСАНИЕ  СТЕНДА И  ИСПЫТАНИЙ
     2.1 Описание  стенда
     Опыты по  диссертации проводились на  установке,  которой представлена на  2.1.

1 - циклонная камера; 2 - ; 3 - входной канал (); 4 - микроманометр;
5 - ; 6 - сужающее устройство; 7 -  манометр; 8 - воздуходувка;
9 -  двигатель; 10 - пароперегреватель; 11 - ;
12 - паровой ; 13 - вентиль; 14 - сосуд с  льдом; 15 - потенциометр;
16 - ; 17 - калориметр; 18 - гидрозатвор; 19 -  для сбора 
Рисунок 2.1 – Схема 
     Главным элементом  является циклонно-вихревая  со следующими  параметрами:
     - внутренний Dк=160 мм;
     - относительная  камеры =12,75.
      камера  на рисунке 2.2. 

1 - выходное ; 2 - шлиц; 3 - закручиватель; 
4 - ; 5 - циклонная камера
 2.2 – Циклонная 
     Ввод воздуха в  осуществляется тангенциально  к внутренней поверхности ее  объема  каналами (шлицами) с  диаметрально противоположных . Размеры прямоугольных  24?84 мм. Оси  находились в одной  плоскости на расстоянии 0,5Dк от  закручивателя. Относительная  входа =0,08. Отвод  из модели осуществляется  плоский торец с  осесимметричным  отверстием, безразмерный  которого =0,2. 
     В качестве  устройства используется . Расход  на установку измеряется  диафрагмой, предварительно  по полю скоростей,  в мерном  подводящего трубопровода.  отверстия диафрагмы d мм, диаметр трубопровода Dтр мм.
     Температура , подаваемого в исследуемую , измеряется непосредственно  установкой ртутными  термометрами -4 (диапазон измерения 0...50 °С).  избыточного статического  на боковой поверхности , в шлицах и  трубопроводах проводится  дренажные отверстия  0,7 мм U-образными водяными .
     Исследование  производится двумя : с помощью градиентных  теплового потока и  калориметрированием.  подключения датчика  на рисунке 2.3. Датчик  4 контакта. Первая  показывает  на термопаре. Требуется  к вольтметру со шкалой в мкВ,  отследить показания . Вторая  контактов показывает  напряжение в датчике  потока, также  к вольтметру, но  к шкале – мВ. 

Рисунок 2.3 –  подключения ГДТП
     Для  плотности теплового  используется  датчик французской  «Captec». Датчик  толщину 0,45 мм и медное  с внешних . Размер датчика  мм. Место его установки  на рисунке 2.4. Сечение в  располагается , как и среднее сечение  определяется координатой =1,5 от  торца рабочего  камеры. 
     К  секции калориметра  приклеивается с помощью  клея. Поверхность  в месте  датчика предварительно , что обеспечивает плотное и  прилегание и крепление.  калориметра  на рисунке 2.4.

1 - внутренняя  стенка; 2 - охранный ;
3 - наружная цилиндрическая ; 4 - штуцер  пара; 5 - рабочий ;
6 - продувочный штуцер; 7 -  крепления калориметра к ;
8 - штуцер  конденсата в дренаж; 9 -  отвода конденсата на ; 
10 датчик
Рисунок 2.4 – а калориметра
      калориметра – 160 мм, толщина  рабочего участка – 2 мм,  рабочего участка  – lк=80 мм.
     Греющий пар из  через электрические  и выносной перегреватели по  трубке поступает в  участок . Для исключения возможности  в калориметр жидкой  на входе пара в  участок  и непрерывно контролируется  медь-константановой термопарой  (2...3)°С перегрев
      излишнего  и паровоздушной смеси  в охранный участок , а оттуда через  штуцер в  систему. При этом  потери теплоты не  от нижнего торца  участка, но и на  отвода конденсата.  конденсата с рабочего  производится через  затвор,  создание определенного  в рабочем участке . Поддержание требуемых  избыточного  и перегрева в стационарном  осуществляется регулировочным , а при изменении нагрузки  также за  регулирования реостатами  мощности нагревательных  котла и выносного . 
     2.2 Порядок  испытаний
     Изучение  закрученного потока  в циклонной камере  одновременно  парового калориметрирования и  датчиком. Первый  заключается в изменении  состояния () подаваемого в калориметр  перегретого (на 2-3 °С) водяного , являющегося частью  объема.  количество теплоты,  через боковую  рабочей секции , определяется по  конденсата весовым . Сущность второго  заключается в установке на  калориметра на  с воздухом датчика,  тепловой поток от  агента через  к воздуху в  камере. 
     Пуск  установки производится  включения в сеть , предварительно  водой. Уровень  в водомерном стекле  быть не ниже  отметки.  краники дренажных  пароперегревателя, паропровода и  устанавливаются в открытое . Последовательным  нагревательных элементов  устанавливается электрическая , близкая к максимальной ( тока по  амперметра должна  около 30А).  с котлом включается и  пароперегреватель на 50 % его . Процесс разогрева  в данном режиме до  избыточного давления в  0,2…0,3 кгс/см2 кПа). После  производится включение  по воздушной стороне. Для  необходимо  заслонку на воздухопроводе  и осуществить запуск  с электрощита управления.  частоты , а, следовательно, и производительности  вручную реостатами  и плавной регулировки.  нагрузка  устанавливается таким , чтобы показания  на щите управления не  45-50 А.  напор, развиваемый , при этом составит  мм вод. ст. (4,12…4,71 кПа).  устанавливается  режим работы,  расходом воздуха  установку. Регулировка  может  осуществлена как заслонкой, так и  частоты вращения  вентилятора. Прежде чем  к производству , необходимо вывести  на стационарный гидродинамический и  режимы. Для этого  требуется не  40-60 мин. В это время  тщательно продуть  пространство установки,  чего  краники на пароперегревателе и . С помощью реостатов  регулировки мощности и  краника  установить необходимое  давление в нем путем  нижнего уровня  гидрозатвора с  на смотровом стекле,  в магистраль сбора . После этого  к регулированию  пара реостатами , а если необходимо, и  пароперегревателей, ведя  по показаниям  и сравнивая их с градуировочной  термопары. Убедившись в  стационарного режима по  и воздушной , приступают к проведению . 
     В начале и конце  опыта производится  показаний  приборов: термометров в  коллекторах перед  участком трубопровода t и  камерой  tвх, , измеряющего температуру  среды tос, микроманометра,  перепад давления в  устройстве ( диафрагме) ?Р, дифференциальных  манометров, измеряющих  статические давления в  сечениях  сужающим устройством Рс.д, во  каналах Рс.вх  и на боковой  циклонной камеры Рс.к,  В. Конденсат с  участка собирается  гидравлический затвор в  емкость, после  его взвешивают на  весах. Время  фиксируют секундомером и  заносят в журнал . Для обеспечения  точности измерений  потоков продолжительность  опыта выбирают  из получения  конденсата.

     3 РАСЧЕТ  ЦИКЛОННОЙ КАМЕРЫ
      экспериментальные данные  в таблице 3.1.
3.1  расхода воздуха  установку
     Модуль  отверстия:
     ,
(3.1)
где d –  отверстия  диафрагмы, d=69,8 мм;
Dтр –  измерительного трубопровода, Dтр мм;
.
Плотность воздуха  сужающим , кг/м3:
     ,
(3.2)
где g –  свободного падения, g м/с2;
В – барометрическое давление, мм. рт. ст.;
Pс.д –  статическое  перед сужающим , мм вод. ст.;
t – температура в воздушных  перед измерительным  трубопровода, °С.
      множитель на расширение  среды для нормальных :
     ,
(3.3)
      где ?P – перепад  на диафрагме, мм вод. ст.;
      k –  адиабаты измеряемой , для воздуха k=1,4.
Таблица 3.1 –  экспериментов
№ опыта
В
tо.с
tд
tвх
Pс.д
?P
Pс.вх
Нг.з
G
?
Eq
Et

Па
°С
мм вод. ст.
г
мин
мВ
1

22,4
26,5
24,7
52
8,2
12
679
28,88
4
3,3
3,3
2

22,3
26,8
24,8
83
13,1
20
679
0
0
3,75
3,24
3
101200
22,2
27,2
25
118
19,5
31
679
0
0
4,15
3,21
4
101200
22,2
27,7
25,4
162
26,7
43
679

4
4,5
3,17
5
101200
22,2
28,5
25,8
217
35
56
679
0
0
4,8
3,14
6
101200
22,2
29,4
26,4
271
44,6
71
679
0
0
5,1
3,12
7

22,2
30,4
27,1
333
55
87
679
48,81
4
5,3
3,1
8
101200
22,2
31,8
28
401
66,7
104
679
0
0
5,5
3,09
9

22,2
33,2
28,8
476
79,1
124
679
0
0
5,7
3,08
10
101200
22,3
35,1
30,5
558
92,4
146
679

5
5,8
3,09
11
101200
22,3
37,5
32,2
646
106,7
167
679
0
0
6
3,08
12

22,4
39,5
33,5
740
122,3
190
679
0
0
6,1
3,09
13
101200
22,5
42,5
36,2
837

216
679
76,61
5
6,1
3,12
14
101200
22,6
45,1
38,3
943
155
244
679
0
0
6
3,14
15

22,8
47,5
40,4
1053

272
679
76,85
5
5,8
3,19
      
     Теоретический  воздуха через , м3/с:
     ,
(3.4)
где ?и – исходный  расхода,  ?и зависит от сужающего  и модуля m, при m>0,5:
     ,
(3.5)
     ;
k2 –  множитель на шероховатость  трубопровода;
k3 -  множитель на неостроту  кромки диафрагмы.
     k2k3 находится по таблице 2 [1] в  от значений m, Dтр. При m=0,510 и Dтр=97,7 мм k2k35.
     3.2 Определение аэродинамических 
     Коэффициент кинематической  по формуле Милликена, м2/с:
     .

     Число  отнесенное к диаметру  трубопровода:
     .
(3.7)
      расход воздуха, м3/с:
     ,

k1 – поправочный  на число Рейнольдса. Для  диафрагмы, используемой на  (m=0,510):
     .
(3.9)
     Плотность  во входных  циклонной камеры, 3:
     .
(3.10)
     Среднерасходная  воздуха в шлицах, м/с:
     .

     Коэффициент  вязкости воздуха при  условиях, м2с:
     .
(3.12)
      число Рейнольдса:
     .

     Результаты  для всех опытов  в таблице 3.2.
      
Таблица 3.2 –  аэродинамики камеры 
№ 
?
?
?P
qт
?
Re
k1
q
?вх
Vвх
?вх
Reвх

кг/м3
-
мм вод. ст.
м3/с
м2/с
-
-
м3/с
3
м/с
м2/с
-
1
1,199
0,9953
8,2

0,0000154
83138

0,0984
1,1852
0,47

4900
2

0,9925
13,1
0,123

104876
1,0026

1,1858
0,60
0,0000155

3
1,208

19,5
0,150
0,0000153

1,0021
0,1500

0,73
0,0000155
7519
4

0,9848
26,7

0,0000152
148790

0,1744
1,1860
0,85

8769
5
1,219

35
0,198

169629
1,0016

1,1859
0,97
0,0000155

6
1,225
0,9747
44,6

0,0000152

1,0014
0,2218

1,09
0,0000155
11241
7

0,9689
55
0,244

210310

0,2441
1,1843
1,21

12420
8
1,240

66,7
0,266
0,0000151

1,0012

1,1827
1,33
0,0000156

9
1,249
0,9557
79,1

0,0000150
248587

0,2868

1,44
0,0000157
14720
10

0,9485
92,4
0,306

266284
1,0010

1,1777
1,56

15774
11
1,268

106,7
0,325

283203
1,0010

1,1735
1,67

16805
12
1,279

122,3
0,344

300202
1,0009

1,1711
1,79

17844
13
1,289

138,6
0,361

315527
1,0009

1,1637
1,91

18767
14
1,301

155
0,376
0,0000149

1,0008
0,3767

2,01
0,0000164

15
1,313
0,9065

0,391
0,0000148

1,0008
0,3918

2,12
0,0000166

      
     3.......................