Порядок выполнения эксперимента и обработки данных

Перед началом работы необходимо ознакомиться с электрической схемой установки и усвоить приемы измерений потенциалов в ванне с помощью щупа.

Затем ванна печи заполняется моделирующим шлак раствором, глубиной заполнения около 50мм (20мл KCl, остальное - вода).

Каждый электрод опускается до соприкосновения с поверхностью “шлака” и затем вся модель поднимается на высоту около 25мм так, чтобы электроды были погружены в ‘”шлак” на 25 мм.

После всех этих приготовлений включается питание модели и записываются ее характеристики (таблица 1).

Таблица 1

Характеристики модели электропечи

Линейное напряжение, В
Фазовое напряжение, В
Сила тока в цепи питания, А
Мощность модели, Вт
Глубина ванны, мм
Глубина погружения электродов, мм

Измерения электрического поля модели производятся возле одного из электродов в трех направлениях (в соответствии с расположением прорезей в своде) в четырех слоях по высоте на нижних границах слоев (рис.З.).

Рис.3 Схема расположения электродов

Первый отсчет подвижным щупом производится в точке, отстоящей от электрода на 2мм.

Следующие отсчеты на той же глубине отвечают точкам, имеющим электрический потенциал на 3 Вольта более низкий.

Отсчитываются расстояния этих точек от электрода и записываются потенциалы этих точек в таблицу 2.

Таблица 2

Результаты измерений электрического поля ванны

Слой, в котором производится измерение	Направление измерения	Потенциал, В	Расстояние от центра электрода, мм
I – слой Il – слой III - слой IV - слой	К боковой стенке
I – слой II – слой IlI – слой IV - слой	К передней стенке
I – слой II – слой IlI – слой IV - слой	Между электродами

Полученные данные наносят на миллиметровую бумагу и строят электрическое поле одного электрода модели. В масштабе строятся эквипотенциальные поверхности - поверхности равных потенциалов. Для этого соединяются между собой точки с равными значениями потенциалов.

В плане эквипотенциальные поверхности строятся для первого слоя.

Кроме того, строится продольный разрез указанных поверхностей (рис.4). Перпендикулярно эквипотенциальным поверхностям могут быть проведены линии тока, показывающие направление растекания тока по ванне модели. Очевидно, что всем точкам данной эквипотенциальной поверхности отвечают одинаковые выделения энергии, пропорциональные падению напряжения на участке электрод - данная поверхность.

Распределение эквипотенциальных поверхностей в ванне модели дает качественную картину распределения мощности в ванне действующей печи с момента, когда распределение сопротивлений в ней имеет туже степень равномерности, что и в модели. Приближенно равномерное распределение сопротивлений в заводской печи наблюдается, когда ванна достаточно прогрета и шихта расплавлена.

Количественное распределение мощности в печи в этих условиях можно получить на модели, если картину электрического поля в ней представить в безразмерных величинах: напряжение - в долях от фазового или линейного и расстояния в диаметрах электрода .

Рис. 4. Схема построения электрического поля на

модели электропечи (для крайнего электрода)

Для этого производится пересчет опытных данных, полученных для одного из слоев в направлении от электрода к стенке (таблица 3).

Таблица 3

Изменение фазового напряжения по длине ванны.

Расстояние от электрода Si,мм	Si / D	Потенциал в i -ой точке, Ui	Ui /Uф∙100, %

Затем строится график падения фазового напряжения по длине ванны в координатах , показывающий распределение мощности относительно электрода на модели и в ванне действующей печи, если в последней сопротивления распределены по длине ванны достаточно равномерно (рис.5).

Рис. 5. График падения фазового напряжения по длине ванны

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 7. ИЗУЧЕНИЕ ДВИЖЕНИЯ ГАЗОВ В ОТРАЖАТЕЛЬНОЙ ПЕЧИ МЕТОДОМ МОДЕЛИРОВАНИЯ

Цель работы. Показать практическое применение метода моделирования к исследованию движения газов в отражательной печи.

Краткие сведения. Отражательные печи являются одним из основных типов металлургических агрегатов, применяемых в металлургии меди, олова, никеля и других металлов.

В отражательной печи имеет место целый комплекс сложных физико-химических, энергетических, механических, аэромеханических явлений, знание которых необходимо для правильного ведения процесса.

Одним из важных процессов, происходящих в отражательной печи, является движение газов, от характера которого зависят многие показатели работы печи.

Весьма удобным методом изучения движения газов в отражательных печах является метод моделирования. Научной основой этого метода является теория подобия, в разработке которой приняли участие многие выдающиеся отечественные и зарубежные ученые: В.Л. Кирпичев, Л. Эйлер, В.Е. Грум-Гржимайло.

Схема установки.

Моделируется отражательная печь с арочным сводом и наклонным боровом. Масштаб модели 1:100. Схема установки представлена на рис. 1.

Рис.1. Модель отражательной печи

Газом, моделирующим поток печных газов, является воздух, засасываемый в модель 1 через щелевидное отверстие а с торца печи с помощью электропылесоса 2. Регулирование количества воздуха, проходящего через модель, производится с помощью клапана 3. Измерение количества воздуха производится с помощью измерительного комплекта, состоящего из дроссельного устройства 4 и дифманометра 5. Сопротивление модели между точками b и c измеряется с помощью микроманометра 6.

Порядок проведения работы.

1. Собрать схему установки в соответствии с рис. 1. Проверить работу электропылесоса, регулирующего клапана, измерительных приборов, приобрести навык в отсчете показаний дифманометра (5), микроманометра (6).

2. Заполнить модель водой до уровня щелевидного отверстия а (вода моделирует слой расплава). Измерить площадь поперечного сечения свободного пространства F _m модели и рассчитать гидравлический диаметр

где P _m - периметр свободного пространства поперечного сечения модели.

3. Включить электропылесос. Клапанам установить такой расход воздуха, чтобы на микроманометре получить Δ Р = 0,1 мм вод. ст.

Произвести отсчет перепада давления на диафрагме 4 ΔН мм вод. ст. Затем клапаном 3 увеличить расход воздуха, устанавливая по показаниям микроманометра 6 значения Δр: 0,5; 1; 2 и т.д. мм вод.ст.

Отсчитать по дифманометру 5 значения ΔН мм вод. ст., соответствующие каждому из измеренных значений Δ р.

4. Выключить электропылесос после проведения замеров.

Расчет и обработка результатов опыта

а) используя формулу, полученную при градуировке диафрагмы, рассчитать расход воздуха, проходящего через модель;

, м^3/с

б) подсчитать скорости воздуха в сечении модели для каждого расход по формуле:

, м/с

где F_m - поперечное сечение свободного пространства модели, по которому движется газ, м².

в) подсчитать значения критерия Рейнольдса для каждого из исследованных режимов:

где ν - коэффициент кинематической вязкости воздуха, (при t 20°С v = 15 • 10^-6 м²/с)

г) подсчитать значения критерия Эйлера для каждого из исследованных режимов:

где Δ р - перепад давления по показаниям микроманометра, мм вод. cт., ρ - плотность воздуха.

Результаты измерений и расчетов заносятся в таблицу 1.

Таблица 1

№п/п	Δ р, мм вод. ст.	Расход воздуха	Скорость W, м/сек	Re	Eu
ΔH, мм вод ст.	V, м^3/с

На основании полученных результатов строится график, выражающий критериальную зависимость Eu = f (Re).

Условия движения газов в модели подчиняются закону автомодельности. При достижении некоторого значения Re критерий Эйлера приобретает постоянное значение.

Перенос результатов опыта на "образец" (на подлинную отражательную печь, подобную исследованной модели)

В соответствии с теорией подобия для подобных явлений главные (определяющие) критерии равны. Все необходимые условия подобия в модели соблюдены, следовательно, можно написать:

где Δ р - сопротивление печи, мм вод.ст.; W_обр - скорость газов в подлинной печи, м/сек, ρ _обр - плотность печных газов (при t=1400°C). Откуда

(значение С берется по данным моделирования).

На основании полученной зависимости можно рассчитать сопротивление печи в зависимости от скорости газов в печи. Расчет произвести для значений скорости в печи 3, 5, 7, 9 м/с и построить графикΔ р _обр ⁼ f (W _печи ).

Получив такой график, можно определять сопротивление печи в зависимости от задаваемой скорости газа, не имея самой печи. Это может иметь место при проектировании печей, расчетах газоходных систем и т.д.

При выполнении работы и использовании ее результатов следует иметь ввиду, что она представляет собою упрощенный опыт моделирования, при котором не учитывается ряд факторов: влияние откосов шихты, тепловые явления и т.д. Однако общий характер закономерностей движения газов в печи моделирование отражает с достаточной достоверностью.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Линчевский В.П. Топливо и его сжигание. М.: Государственное научно-техническое издательство литературы по чёрной и цветной металлургии, 1959, 400 с.

2. Павлов К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учебн. пособие для ВУЗов. / К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков. – 10-е изд., перераб. и доп. Л.: Химия, 1987, 576 с.

3. Диомидовский Д.А. Металлургические печи цветной металлургии. М.: Металлургия, 1970, 704 с.

4. Баннов П.Г. Процессы переработки нефти. – 2-е изд., перераб. и доп. – СПб.: ХИМИЗДАТ, 2009, 368 с.

Дата добавления: 2015-07-25