Wydział Chemiczny

27.04.2012

Inżynieria Chemiczna Laboratorium

Sprawozdanie

Grupa I

Piątek godz. 9.15-12.12.30

Ewa Szymków

Katarzyna Staszewska

Joanna Banach

Aleksandra Ptak

Ćwiczenie nr 9

1. Temat doświadczenia: Wnikanie ciepła w warstwie fluidalnej.

2. Cel: doświadczalne wyznaczenie zależności:

   • Współczynnika wnikania ciepła w warstwie fluidalnej α_f od liniowej prędkości powietrza, α_f=f(w) dla stałej intensywności ogrzewania

   • Współczynnika wnikania ciepła w warstwie fluidalnej α_f od intensywności ogrzewania α_f=f(Q) dla stałej prędkości przepływu powietrza

3. Wstęp teoretyczny:

Fluidyzacja - proces powstawania dynamicznej zawiesiny - tzw. złoża fluidalnego - drobnych cząsteczek ciała stałego w strumieniu gazu lub cieczy poruszających się z dołu do góry. Zawiesinę tę tworzy się w urządzeniach zwanych fluidyzatorami. Zawiesina fluidalna powstaje, gdy prędkość porywania cząstek ciała stałego przez gaz jest równa prędkości ich opadania pod wpływemgrawitacji. Cząstki w fazie fluidalnej są w stałym ruchu, przemieszczając się stale po całej objętości naczynia co sprawia wrażenie jakby warstwa ta zachowywała się jak wrząca ciecz.

1. Przykładowe obliczenia:

   • stały jest strumień ciepła, a zmienny strumień natężenia przepływu powietrza

Q = U • I = 120 V • 0, 35 A = 42 W

A = π • d • L = π • 0, 024m • 0, 1215m = 0, 009156 m²

$$T = T_{6} - \frac{T_{1} + T_{2} + T_{3} + T_{4} + T_{5}}{5} = 322K - \frac{\left( 295 + 296 + 295 + 295,5 + 295,5 \right)K}{5} = 26,6K$$

Q = α • A • T

$$\alpha = \frac{Q}{A \bullet T} = \frac{42W}{0,009156m^{2} \bullet 26,6K} = 172,445\frac{W}{m^{2} \bullet K}$$

$$p_{\text{zw}} = {h}_{\text{zw}} \bullet \rho_{\text{met}} \bullet g = 0,0375m \bullet 792\frac{\text{kg}}{m^{3}} \bullet 9,81\frac{m}{s^{2}} = 268,1809\ Pa$$

$$W_{0} = \alpha\sqrt{\frac{2 \bullet p_{\text{zw}}}{\rho_{p}}} = 0,62\sqrt{\frac{2 \bullet 269,1809\ Pa}{1,2\frac{\text{kg}}{m^{3}}}} = 13,1078\frac{m}{s}$$

$$W_{sr} = W_{0} \bullet \beta^{2} = 13,1078\frac{m}{s} \bullet 0,634 = 5,2688\frac{m}{s}$$

• stały jest strumień natężenia przepływu powietrza, a zmienny strumień ciepła

Q = U • I = 220 V • 0, 68 A = 149, 6 W

A = π • d • L = π • 0, 024m • 0, 1215m = 0, 009156 m²

$$T = T_{6} - \frac{T_{1} + T_{2} + T_{3} + T_{4} + T_{5}}{5} = 383K - \frac{\left( 295,5 + 297,5 + 293,5 + 297,5 + 296,5 \right)K}{5} = 86,9K$$

Q = α • A • T

$$\alpha = \frac{Q}{A \bullet T} = \frac{149,6W}{0,009156m^{2} \bullet 86,9K} = 188,0159\frac{W}{m^{2} \bullet K}$$

$$p_{\text{zw}} = {h}_{\text{zw}} \bullet \rho_{\text{met}} \bullet g = 0,0375m \bullet 792\frac{\text{kg}}{m^{3}} \bullet 9,81\frac{m}{s^{2}} = 268,1809\ Pa$$

$$W_{0} = \alpha\sqrt{\frac{2 \bullet p_{\text{zw}}}{\rho_{p}}} = 0,62\sqrt{\frac{2 \bullet 269,1809\ Pa}{1,2\frac{\text{kg}}{m^{3}}}} = 13,1078\frac{m}{s}$$

$$W_{sr} = W_{0} \bullet \beta^{2} = 13,1078\frac{m}{s} \bullet 0,634 = 5,2688\frac{m}{s}$$

1. Dane zmierzone i obliczone:

   1. Zmierzona:

      • stały jest strumień natężenia przepływu powietrza, a zmienny strumień ciepła

Lp.	U [V]	I [A]	Δhzw [mCH3OH]	T1 [K]	T2 [K]	T3 [K]	T4 [K]	T5 [K]	T6 [K]
1.	120	0,35	0,0375	295	296	295	295,5	295,5	322
2.	170	0,52	0,0375	295	297	295	295,5	295	349
3.	220	0,68	0,0375	295,5	297,5	293,5	297,5	296,5	383

• stały jest strumień ciepła, a zmienny strumień natężenia przepływu powietrza

Lp.	U [V]	I [A]	Δhzw [mCH3OH]	T1 [K]	T2 [K]	T3 [K]	T4 [K]	T5 [K]	T6 [K]
1.	220	0,68	0,0375	295,5	297,5	293,5	297,5	296,5	383
2.	220	0,68	0,021	293	299,7	296,5	299	297,6	404
3.	220	0,68	0,0055	293	301,5	299,5	299,5	302	423

1. Obliczone:

   • stały jest strumień natężenia przepływu powietrza, a zmienny strumień ciepła

Lp.	Δpzw [Pa]	Q [W]	ΔT [K]	A [m^2]	α [W/m^2K]	W0 [m/s]	Wśr [m/s]
1.	268,1809	42	26,6		172,445	13,1078	5,2688
2.	268,1809	88,4	53,5	0,009156	180,4602	13,1078	5,2688
3.	268,1809	149,6	86,9		188,0159	13,1078	5,2688

• stały jest strumień ciepła, a zmienny strumień natężenia przepływu powietrza

Lp.	Δpzw [Pa]	Q [W]	ΔT [K]	A [m^2]	α [W/m^2K]	W0 [m/s]	Wśr [m/s]
1.	268,1809	149,6	86,9		188,0159	13,1078	5,2688
2.	150,1813	149,6	106,84	0,009156	152,9257	9,8089	3,9428
3.	39,3332	149,6	123,9		131,8691	5,0199	2,0178

1. Wykresy:

   • stały jest strumień natężenia przepływu powietrza, a zmienny strumień natężenia ciepła

   • stały jest strumień natężenia ciepła, a zmienny strumień natężenia przepływu powietrza

7. Wnioski:

Ze wzrostem strumienia ciepła, przy stałej prędkości przepływu powietrza, wzrasta współczynnik wnikania ciepła α. Zaś przy zmiennej prędkości przepływu powietrza i stałym strumieniu ciepła, współczynnik wnikania ciepła α wzrasta wraz ze wzrostem prędkości przepływu powietrza.