Описание экспериментальной установки
Схема экспериментальной установки представлена на рис. 7.1.
В ней осуществляется перемешивание воды и минерального масла с образованием эмульсии. Перемешивание происходит в деже 1, с помощью месильных лопастей 2, вращающихся относительно неподвижных отбойных лопастей 3. Дежа подогревается снаружи потоком теплого воздуха, создаваемого феном 4. Месильные лопасти вращаются от шпинделя 5, приводимого в движение электромотором 10 через клиноременную передачу 11.
Вращение дежи с валом 6 ограничено упором упругого стержня 8 в чувствительный элемент тензодатчика 9. Для этого упругий стержень связан держателем 7 с валом дежи. Вся конструкция укреплена на основании 14 с помощью стойки 12 и держателя столика 13. Шпиндель привода месильных лопастей и вал крепления дежи расположены соосно. За счет этого крутящий момент, передаваемый шпинделем месильным лопастям, оказывается связанным с крутящим моментом (Мкр), передаваемым дежой через упругий стержень на тензодатчик, выражением:
Мкр=r·Q, Дж, (7.3)
а мощность N, затрачиваемая на перемешивание, определяется выражением:
N=Q·r·n, Вт, (7.4)
где Q – усилие на тензодатчике, Н;
r – радиус приложения усилия, r = 0,11 м;
n – частота вращения мешалки, Гц.
Установка снабжена тремя комплектами месильных лопастей и тремя комплектами наподвижных (отбойных) лопастей, что позволяет легко изменять конструкцию блока перемешивания.
Изменение вязкости перемешиваемой эмульсии реализуется ее подогревом с помощью фена.
Частота вращения шпинделя регулируется вариатором клиноременной передачи и измеряется перед началом эксперимента с помощью счетчика оборотов.
При вращении месильных лопастей происходит перемешивание эмульсии в деже. Крутящий момент, характеризующий энергию перемешивания, рассчитывается по усилию, регистрируемому тензодатчиком, по приведенной выше формуле.
Система измерений.На установке могут измеряться:
– усилие торможения дежи, Н (с помощью тензодатчика);
– температура перемешиваемой эмульсии, оС (термопарой);
– частота вращения шпинделя, об/мин (до начала эксперимента с помощью счетчика оборотов).
Установка снабжается лабораторным микроскопом, с помощью которого измеряется равномерность перемешивания ингредиентов суспензии.
Сигналы от тензодатчика и термопары вводятся в автоматический измерительный комплекс, построенный на базе персонального компьютера с использованием среды LabVIEW (Лабвью) – «Рабочее место конструктора виртуальных измерительных приборов».
В данной лабораторной работе на экран лицевой панели выводится мнемосхема экспериментальной установки и показания датчиков в зависимости от времени.
На графике обработки экспериментальных данных отображаются: мощность N, затрачиваемая на перемешивание, Вт критерий Эйлера, средний размер капель воды в смеси в зависимости от времени. Эти зависимости могут определяться для различных органов перемешивания. По окончании эксперимента выполняется регрессионный анализ зависимости размеров частиц воды в масле от времени, и результат представляется экспоненциальной зависимостью. Для получения зависимости критерия Эйлера от критерия Рейнольдса необходимо несколько раз повторить эксперимент при вариациях параметров, влияющих на критерий Рейнольдса и при измерениях вязкости смеси, которая в данной лабораторной работе не измеряется. Для определения равномерности перемешивания ингредиентов суспензии используется следующая
| Рис. 7.1. Схема экспериментальной установки к лабораторной работе № 7: 1 – дежа; 2 – месильная лопасть; 3 – отбойная лопасть; 4 – фен; 5 – шпиндель; 6 – вал крепления дежи; 7 – держатель упругого стержня; 8 – упругий стержень; 9 – тензодатчик; 10 – двигатель; 11 – клиноременная передача; 12 – стойка; 13 – держатель столика; 14 – основание |
| r |
| Провода термопары |
  |
методика.
В заранее выбранные моменты времени из дежи отбираются микропробы эмульсии, и из них на предметное стекло микроскопа наносятся капли для последующего анализа. После окончания переходных процессов в каплях (они продолжаются около 5 мин), капли помещаются под микроскоп. Перемещая микрометрическим винтом столик микроскопа с предметным стеклом в поле зрения по прямой линии, измеряют средние размеры капель воды в смеси, используя для этого шкалу микроскопа. Результаты записывают. Используя приведенную в приложении программу обработки статистических данных аппроксимируют их экспоненциальной зависимостью от времени.
Рекомендуемые значения варьируемых параметров.При проведении экспериментов рекомендуется выбирать следующие исходные значения варьируемых параметров:
– частоты вращения шпинделя 12 об/мин;
– температура суспензии 30 оС;
– состав эмульсии: вода 100 мл; сало свиное топленое 200 мл.