PORLEVÁLASZTÁS CIKLONBAN Ciklon áramlási ellenállásának mehatározása Mérési seélet Mérés célja: Porleválasztó ciklon nyomásesésének (íy vesztesétényezőjének) vizsálata különböző áramlási sesséeknél és léő ortömeáram esetén. A mérés során a ciklon ún. összortalanítási foka ill. a jellemző határ szemcseátmérő is mérhető/számítható, szintén az áramlási sessé és a or tömeáram füvényén. A mérőrenezés elemei: 1. feszültsé szabályozó 7. mérőerem. a csiás aaoló hajtása (fúróé motor) 8. fojtás. moell méretű ciklon 9. fúvó 4. csiás oraaoló 10. U csöves 5. a leválasztott or tárolására használt eény 11. ferecsöves 6. zsákos orleválasztó (a maraék or leválasztására) A mérés során elvézenő felaatok: 1. A csiás aaoló oraaolásának vizsálata, kalibrálás. Üresjárási jellemzők (ciklon nyomásesés a térfoatáram füvényén) mérése. lealább 10-15 ont felvételével. Állanó orterhelés mellett q ciklon nyomásesésének és orleválasztási hatásfokának mérése állaó átáramló térfoatáram mellett 4. A. ont meismétlése különböző tömeáramú oraaolás esetén (új kalibráció is szüksées!) 5. Más térfoatáramon a mérések meismétlése 1. Metöltjük a (4) aaolótölcsért ismert mennyiséű orral, maj inítjuk a csiás aaoló () hajtását, azaz állítunk ey aott (alacsony) forulatszámot az (1) feszültsészabályozóval. Miután a motor felvette az üzemi forulatszámát (ezt hallás alaján lehet ellenőrizni), elkezhetjük az aott forulatszámhoz tartozó kalibrálást. Az aaoló alá helyezzünk ey üres tálkát, amelyhez előzőle a mérleet táráztuk. Ey erc után kivesszük a tálkát és memérjük az aaolt or tömeét. A mérést a ontossá kevéért háromszor ismételjük me, maj mérésekből átlaot számolva 1
kajuk a oraaolásra jellemző mérőszámot (ortömeáram kalibrációs mérést másik forulatszámoknál is el kell véezni. m& or [k/s]). A. A (7) mérőeremre rácsatlakoztatjuk a (10) U-csöves t. A ferecsöves t nem kötjük mé rá a ciklon előtti ill. utáni nyomásmérési helyekre. Az U- csöves (10) hez vezető csöveket elszorítva elinítjuk a fúvót maximális térfoatáram mellett. Ellenőrizzük, hoy az (5) eény mefelelően lezárja-e a ciklon () alját. Csatlakoztatjuk a (11) ferecsöves t a ciklon () nyomásmérési ontjaihoz. /Itt éremes viyázni, mert minkét mérési onton a nyomás a lékörinél kisebb./ Beállítjuk ferecsöves en (11) a mefelelő mérési tartományt /nayjából ilyenkor a lenayobb a nyomásesés ciklonon ()/. A fúvót (9) különböző mértékn fojtva (8) kb. 10 mérési ontban leolvassuk a mérőerem és a ciklon nyomásesését.. A ciklonról (6) a ciklon olalának mekocotatása után leszereljük az 5-jelű eényt, kitárázzuk a mérleet, maj visszaszereljük az eényt a ciklonra. A nyomásmérőket kötve hayjuk, fokozatosan inítjuk a fúvót (9) és közelítőle állítjuk a mérni kívánt térfoatáramot. Ezután elinítjuk a csiás oraaolót (4), e a ort mé nem aaoljuk a ciklonba, hanem csak hayjuk, hoy a -jelű motor elérje a 1-jelű feszültsészabályozó alaján állított feszültséhez tartozó forulatszámot. Ezután a ort hirtelen a ciklon () szívó nyílásába eresztjük és elinítjuk az órát. Miközn folyamatosan aaoljuk a ort, lemérjük a nyomáseséseknek mefelelő eket az U csöves (10) és a ferecsöves (11) en. A ferecsöves en (11) természetesen a őlési szöet is leolvassuk. A mérésvezető oktatóval meszélt iő (-4) erc elteltekor elzárjuk a or útját a ciklon felé, maj leállítjuk a fúvót (9), mekocotatjuk a ciklon falát, levesszük az 5-jelű eényt és lemérjük a leválasztott or tömeét. Ezután újabb térfoatáramra állunk és ismételten elvéezzük a mérést azonos aaolt ormennyisé (az 1-jelű feszültsészabályozó meeyező állása) esetén. 10 különböző térfoatáramra éremes elvéezni a mérést. Ezután mé ey másik (tehát összesen kettő, e ha az iő enei három) ortömeáram állítással is elvéezzük a mérést. Eremények (az alábbi aatok csak tájékoztató jelleűek, a mérésen a mérőcsoortnak maának kell rözítenie az aktuális 0, T 0 aramétereket!) Környezeti leveő araméterei (a helyszínen leolvasanó): t 0? [ C] leveő hőmérséklet R87 [J/k/K] secifikus ázállanó 0? [Pa] léköri nyomás? RT [k/m ] leveő sűrűsé A csiás aaoló kalibrálása forulatszámszabályozó állása 1 erc alatt aaolt or tömeáram [/min] A 15.6 15.6 B 17. 17. C.5.5
A ciklon mérési ereményei Poraaolás nélküli mérés: U-csöves nyomásmérő h m [mm] A oraaoló állása: A az U-csöves nyomásmérő h [mm] ferecsöves l ck [mm] ferecsöves konstans (sinα ) 60 107 0.5 56 104 0.5 54 10 0.5 5 10 0.5 50 10 0.5 48 101 0.5 46 100 0.5 8 95 0.5 5 91 0.5 07 86 0.5 81 77 0.5 7 6 0.5 19 50 0.5 159 7 0.5 ferecsöves ferecsöves konstans (sinα ) ey erc alatt leválasztott ortöme [/min] [mm] A oraaoló állása: B 5 68 0.5 11. 0 68 0.5 9.9 95 16 0.5 1. 7 1 0.5.4 5 1 0.5 11.6 5 0 0.5.7 11 0.5 6.5 az U-csöves nyomásmérő h [mm] ferecsöves [mm] ferecsöves konstans (sinα ) ey erc alatt leválasztott ortöme [/min] 84 54 0.5.7 6 4 0.5 4.8 40 0.5.9 5 1 0.5 5.8 08 8 0.5 5. 178 9 0.5 6. 170 7 0.5 5.
Számítási összefüések a mérés kiértékeléséhez: Nyomáskülönbsé számítása: h l sinα sinα l [Pa] mf mf ahol mf a mérőfolyaék sűrűsé (U-csöves, víz 1000 k/m, ferecsöves, alkohol 840 k/m ), ravitációs térerőssé vektor naysáa (9,81N/k), α a őlésszö (sinα0.5; 0.; 0.1; 0.04; 0.0). Térfoatáram számítása /már előzőle kalibrált mérőeremmel mértünk/ MP 0.464 [m /h] számításnál a mértékeysére üyelni! Referencia-sessé számítása: 4 v számítás q V [m /s] -ra átváltás után! A π ref ahol az A ref referencia keresztmetszet átmérője, jelen esetn a ciklon léő csövének lső átmérője: mm. Vesztesétényező számítása: ck ck ξ in v [-] ahol ck a nyomásesés a ciklonon. Az összortalanítási fok számítása: mle ε ö [-] vay [%] m ahol m le a leválasztott or tömee (vay tömeárama, ami a leválasztott or tömee és a leválasztás iőtartamának hányaosa), illetve m a aaolt or tömee (vay tömeárama) az aaoló kalibrálási aatait felhasználva. A mérés célja minen esetn (különböző aaolás mellett, a ciklon kül. orterhelése mellett) a ciklon ε ö összortalanítási fokának és a ξ vesztesétényezőjének kiszámítása és ábrázolása, elemzése. A számított aatokat a mérés során változtatott araméterekre vonatkozóan kell kielemezni, ábrázolni iaramban. A mérési jeyzőkönyv eyéb formai követelményeit a szintén letölthető mereskov.oc tartalmazza. Javaslom a mérési jeyzőkönyv borítólajának a honlaon uyanitt letölthető eysées borítólaot! Buaest, 011.0.. A jeyzőkönyv aási határieje a mérés után héttel. Bővebb felkészüléshez l. Lajos T. előaásjeyzete használható Dr.Sua Jenő Miklós, eyetemi ajunktus www.ara.bme.hu, tel.: 46-465, email: sua@ara.bme.hu 4
Mehatározanó és ábrázolanó mennyiséek: f( m& ; q V ; v ) ck ck Vesztesétényező ξ k Összleválasztási fok mle ε ö m Por koncentráció m& c (Itt a or m& tömeárama a oraaolás kalibrációból számítanó!) Térfoati arány c α in v Tömearány Határ szemcseátmérő c M, h 9 r1 π R v µ qv M Térfoati arány (α ) és tömearány (M) A két-, vay többfázisú áramlások vizsálatánál leinkább elterjet araméter az alábbi kifejezéssel efiniálható α térfoati arány. Ey eyszerű moellt használva, ha ey eysényi oros áz térfoatot felosztunk olyan n b a térfoatú résztérfoatra, amely kocka térrészekn csak eyetlen ömb alakú, átmérőjű orszemcse helyezkeik el, akkor a oros ázeley (átlaos) térfoati arányára íy: π n V c α 6 c α n V a kifejezés aóik, ahol a két fázis, jelen esetn a oros áz eleyn a or V és a áz V térfoatának aránya szereel. Hasonló meonolások alaján az ún. M tömearány is efiniálható: π n m c c M 6 c M n m a A térfoati arány és a tömearány közötti átszámítás a fázisok sűrűsé aránya ismeretén eyszerűen aóik: M α vay α M 5
Határ szemcseátmérő Ey ien eyszerűsített moell alkalmazásával vizsáljuk me a ciklon műköését, leválasztási fokát folyásoló tényezők hatását. Keressük annak a orszemcsének a,h átmérőjét (határ szemcseátmérő), amit a ciklon éen leválaszt. Az ábrán látható az ún. merülőcső mehosszabbításában felvett, r 1 suarú, hener alakú keresztmetszeten vizsáljuk a orszemcsére ható erők eyensúlyát. A,h / suarú szemcse a ázzal meeyező v 1t tanenciális sesséel mozo az r 1 suarú körályán. E mozás fenntartásához, hπ t Fc m ac 6 r1 suár irányú, centrietális erőre van szüksé, amit az r 1 suáron kerinő orszemcse és a v 1r sesséel raiálisan felé áramló köze közötti kölcsönhatás, az F e áramlási ellenállás erő (Stokes-féle ellenálláserő) π µ v Fe, h 1r szoláltat. Ezért írható: F c F e azaz, hπ t π µ, hr 6 r1 ahol a áz v 1r sessée a térfoatáram alaján számítható: r. r1π M A kísérleti taasztalatok fiyelem vételével közelítsük a tanenciális áramlási sessé suár irányú eloszlását a otenciálos örvényével: Rv t, r1 ahol v a tanenciális áramlási sessé, R a áramlási keresztmetszet átlaos suara (l. ábra jelöléseit). Az összefüésből kifejezve a v 1r raiális sesséet helyettesítés után aóik a határ szemcseátmérőre: 9 r1 µ qv, h π R v M Aatok: or sűrűsé 500 k/m M merülőcső maassá, 00mm r 1 kivezető cső suár, /16mm (a ciklon léő / kiléő csőre: mm) R ázvezetés suara, lemérenő 0 lényomás, leolvasanó barométerről T 0 leveő hőmérséklet, leolvasanó hőmérőről leveő sűrűsée, számítanó (áztörvényből), R87 J/(k K) µ leveő inamikai viszkozitása 18 10-6 k/(m s) 6