Газовая динамика и агрегаты наддува - umotnas.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
Похожие работы
Название работы Кол-во страниц Размер
Радиационная газовая динамика 1 25.96kb.
Лот № в 12 «Агрегаты электронасосные вспомогательные и механо – технологическое... 1 18.21kb.
Рабочая программа дисциплины Аналитическая динамика и теория колебаний... 1 136.63kb.
Рабочая программа дисциплины Аналитическая динамика и теория колебаний... 1 135.18kb.
«Нефтяная и газовая промышленность. Проектирование и эксплуатация... 1 131.17kb.
Программа вступительных испытаний в магистратуру по общей и теоретической... 1 92.49kb.
Рабочая программа учебной дисциплины «динамика и устойчивость сооружений» 1 224.69kb.
Гармонизация национальных стандартов 1 79.4kb.
Приложение №1 Фактические обстоятельства 3 942.1kb.
Лекция 8 Релятивистская динамика 1 136.01kb.
Программа профессиональной переподготовки акф п/п-1 «Наземные газоперекачивающие... 1 26.82kb.
Практикум по дисциплине «Теплотехника» для студентов 2 курса специальности 2 438.64kb.
Викторина для любознательных: «Занимательная биология» 1 9.92kb.

Газовая динамика и агрегаты наддува - страница №1/4

Министерство образования и науки Республики Казахстан
Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова
Факультет металлургии, машиностроения и транспорта
Кафедра двигателей и организации дорожного движения

ГАЗОВАЯ ДИНАМИКА И
АГРЕГАТЫ НАДДУВА


Методические указания к лабораторным работам по
курсу «Газовая динамика и агрегаты наддува»
для специальности 280440 «Двигатели внутреннего сгорания»

Павлодар


УДК 536.24.021(07)

ББК 31.36я7

Г13
Рекомендовано Учёным советом ПГУ им. С. Торайгырова

Рецензент:

доктор технических наук, профессор Каракаев А.К.


Составители: Рындин В. В., Макушев Ю. П.

Г13 Газовая динамика и агрегаты наддува: методические указания к лабораторным работам по газовой динамике и агрегатам наддува для специальности 280440 «Двигатели внутреннего сгорания»


/сост. Рындин В.В., Макушев Ю. П. – Павлодар, 2007. – 63 с.: ил.

Методические указания включают в себя краткое описание экспериментальных установок и порядок выполнения лабораторных работ по курсу «Газовая динамика и агрегаты наддува». Описаны способы измерения давлений, скоростей, расходов, потерь энергии в местных сопротивлениях при течении газа в каналах, соплах, через впускные и выпускные клапаны, диафрагмы, а также устройство и работа агрегатов наддува. Приведена методика расчёта погрешностей при проведении экспериментов.

Методические указания предназначены для студентов, обучающих по специальности 280440 «Двигатели внутреннего сгорания», а также могут быть полезны студентам других специальностей и инженерам.

Таблиц 2. Иллюстраций 7. Библиография: 6 названий.

УДК 536.24.021(07)

ББК 31.36я7


© Рындин. В.В., Макушев Ю. П., 2007

© Павлодарский государственный

университет им. С. Торайгырова, 2007


Введение
Методические указания составлены в соответствии с программой курса «Газовая динамика и агрегаты наддува» и включают в себя описание последовательности выполнения шести лабораторных работ. В первых пяти работах рассматриваются общие вопросы течения газа и методика экспериментального определения скорости, расхода и давлений газа; в шестой работе рассматривается устройство и работа турбокомпрессоров.

Методические указания начинаются с краткого введения в теорию газодинамического эксперимента, без предварительного знания которой невозможно сознательное экспериментирование.

Перед каждой работой имеется вводная часть, помогающая, наряду с лекционным материалом, освоить уже имеющиеся теоретические и экспериментальные данные по вопросам предстоящей работы. Далее в описании каждой работы излагаются задачи и цель работы, описание установки, порядок проведения и обработки результатов измерения.

Перед приходом на лабораторные занятия студент должен изучить основы газодинамического эксперимента и вводную часть к очередной лабораторной работе, дополнив эти краткие сведения материалом соответствующей лекции или чтением раздела рекомендованной литературы. Далее студент должен ознакомиться с описанием лабораторной установки. Студент может приступить к проведению опыта только после опроса по теории и сущности данной лабораторной работы.

Перед началом работы студентам необходимо пройти инструктаж по технике безопасности и правилам внутреннего распорядка в лаборатории.

Отчёт по проделанной работе оформляется каждым студентом согласно требованиям, указанным в работе. Защита выполненной работы производится путем собеседования преподавателя со студентом и ответа на контрольные вопросы, приведенные в конце работы.

В результате выполнения лабораторных работ студент должен:

знать уравнения состояния идеального газа, неразрывности (сплошности), массового расхода, энергии для хаотического, упорядоченного и абсолютного движения молекул газа, расчёта скорости и расхода при истечении воздуха из сопла и формулы для расчёта коэффициентов местных сопротивлений;

уметь определять потери полного давления в местных сопротивлениях, скорость потока по измеренному динамическому давлению, расход газа через впускные и выпускные клапаны;

получить сведения об устройстве агрегатов наддува современных двигателей внутреннего сгорания.

1 Теоретические основы газодинамического эксперимента
1.1 Подобие потоков жидкостей и газов
При решении многих задач гидромеханики и газовой динамики часто возникает серьезные, а иногда и непреодолимые математические трудности. Поэтому для быстрого получения надёжных результатов часто прибегают к эксперименту. При проведении эксперимента возникает следующие вопросы:

1) какие величины надо измерять в опыте;

2) как обрабатывать результаты опытов;

3) какие явления подобны изучаемому.

Ответ на эти вопросы даёт теория подобия, которая базируется на трёх теоремах. На первый вопрос отвечает первая теорема подобия: в опытах нужно измерять величины, содержащиеся в числах подобия изучаемого процесса.

На второй вопрос отвечает вторая теорема подобия: результаты опыта следует обрабатывать в числах подобия; это позволяет найти общую закономерность, справедливую для всех процессов, подобных изучаемому.

На третий вопрос дает ответ третья теорема подобия: подобны те процессы или явления, у которых подобны условия однозначности и равны определявшие числа подобия (критерии подобия).

Благодаря этим ответам теория подобия по существу является теорией эксперимента.

Если в двух потоках жидкости будет соблюдаться:

1) геометрическое подобие твёрдых стенок и

2) равенство одноимённых критериев подобия,

то такие потоки является подобными. В этом состоит содержание первой теоремы подобия.

Поскольку твёрдые поверхности, ограничивающие потоки, об­ладает шероховатостью, в условия геометрического подобия следует включить и подобие шероховатостей, т. е. нужно соблюдать не только условие , но и условие , где d и l – диаметр и длина трубы, – средняя абсолютная шероховатость стенок трубы. Условия и называются критериями геометрического подобия.

Числа подобия, или иначе критерии подобия, представляют собой безразмерные комплексы, составленные из физических величин, характеризующих данное явление. В общем случае динамического подобия нестационарных течений реальной сжимаемой жидкости (газа) необходимо соблюсти равенство следующих критериев подобия:



Эти условия называется критериями динамического подобия. Все критерии имеют определённый физический смысл.

Например, число Рейнольдса

(1.1.)

характеризует отношение сил инерции к силам вязкости (здесь


– динамическое давление; – касательное напряжение вязкостных сил).

Число Маха



представляет собой отношение скорости потока к скорости звука и характеризует отношение сил инерции к силам упругости.

Число Эйлера (1.2.)

характеризует отношение приложенного перепада давления к динамическому давлению.

Число Струхаля

характеризует собой отношение сил инерции, возникавших из-за локального ускорения, к силам инерции, являвшимся следствием конвективного ускорения, т.е. ускорения, возникавшего из-за неоднородности поля скоростей.

Одновременное равенство всех критериев подобия для двух потоков практически неосуществимо. Однако влияние каждого критерия во всем исследуемом диапазоне сказывается неодинаково. В некоторых областях это влияние существенно, в других почти незаметно. Области течения, в которых влияние данного критерия незначительно, называются автомодельными. Если исследуются такие области, которые по некоторым критериям являются автомодельными, то эти критерии могут быть отброшены без ущерба для точности. Поэтому при моделировании рассматривается частичное подобие с учетом лишь тех критериев, которые оказываются существенными.

Так, число Струхаля имеет существенное значение при изучении нестационарных потоков, а также при моделировании потоков во всех турбомашинах.

Если скорость потока мала по сравнение со скоростью звука, то число Маха (М < 0,3) мало и влияние его на поток незначительно.

При изучении движения вязкой жидкости в трубах самым существенным будет число Рейнольдса. Критериальное уравнение в этом случае имеет вид .

Из этого уравнения видно, что в данном случае критерий Эйлера является следствием критерия Rе, который полностью определяет
характер движения, т. е. критерий Еu в трубах не является определяющим критерием. В таких задачах, как движение воды в гидравлических турбинах, когда перепад давления определяется через разность уровней воды в верхнем и нижнем бьефе, число Еu будет определяющим критерием подобия.

В рассматриваемых ниже лабораторных работах исследуется стационарное течение жидкости и газа при малых скоростях, когда основными силами, действующими в потоке, являются инерционные и вязкостные, а определяющим критерием является критерий Рейнольдса. При малых числах Rе, когда силы инерции малы по сравнению с силами вязкости, частицы жидкости движутся ламинарно. При больших числах Rе, когда силы инерции в потоке преобладают над силами трения, формируется турбулентный поток.

Полученные в результате исследований значения коэффициентов сопротивления обрабатываются в виде графиков в функции от Rе и по графику устанавливается граница автомодельности, где эти коэффициенты не зависят от числа Рейнольдса.
1.2 Определение погрешности результатов гидравлических экспериментов
Оценка точности результатов опыта обязательна, т. к. полученные значения могут лежать в пределах возможной погрешности опыта, а выведенные закономерности – оказаться неясными и даже неверными. Точность есть степень соответствия результатов измерений действительному значению величины. Понятие точности связано с понятием погрешности: чем выше точность, тем меньше погрешность измерений, и наоборот. Самые точные приборы не могут показать действительного значения величины, их показания содержат погрешность.

Разность между действительным значением измеряемой величины Ад и измеренным Аизм называется абсолютной погрешностью измерения. Практически под абсолютной погрешностью Δ(А) понимают разность между результатом измерений при помощи более точных методов или приборов высшей точности (образцовых) и значением этой величины, полученным прибором, применяемым в исследовании:



. (1.3)

Следует отметить, что значение абсолютной погрешности результата измерений само по себе еще не определяет точности измерений. Для оценки точности измерений вводится понятие относительной погрешности , равной отношению абсолютной погрешности результата измерений к измеряемой величине Аизм (в процентах)



. (1.4)

За меру точности измеряемой величины принимают величину, обратную . Следовательно, чем меньше относительная погрешность , тем выше точность измерений. Например, если относительная ошибка измерений получена равной 2 %, то говорят, что измерения выполнены с погрешностью не более 2 % или с точностью не менее 0,5 %.

Не следует использовать термин «точность» взамен терминов «абсолютная погрешность» и «относительная погрешность». Например, неправильно говорить «масса измерена с точностью », т. к. не точность, а абсолютная погрешность измерения массы.

Различают систематические, случайные и грубые погрешности измерений.



Систематические погрешности связаны в основном с погрешностями средств измерений, несовершенством метода измерений и остаются постоянными при повторных измерениях. Эти погрешности можно рассматривать как поправки к показаниям приборов, которые указываются в паспортах приборов.

Случайными погрешностями называется те, причины которых неизвестны и которые невозможно учесть заранее. Случайные погрешности вызывается погрешностью отсчетов показаний приборов, трением в механизмах приборов и другими причинами. Полностью исключить случайные погрешности нельзя, но исследователь обязан определить возможную погрешность опыта. Случайные погрешности измерений можно выразить несколькими понятиями.

Под предельной (максимальной) абсолютной погрешностью понимают такое ее значение, при котором вероятность попадания погрешности в интервал настолько велика, что событие можно считать практически достоверным. При этом лишь в отдельных случаях погрешность может выйти за пределы указанного интервала. Измерение с такой погрешностью называют грубым (или промахом) и при обработке результатов исключают из рассмотрения. Таким образом, значение измеряемой величины можно представить формулой:

, (1.5)

что следует читать так: истинное значение измеряемой величины находится в пределах от до

Способ обработки опытных данных зависит от характера измерений, которые могут быть прямыми и косвенными, однократными и многократными. Однократно производятся измерения величин, когда невозможно или затруднено повторно произвести условия измерения. Обычно это имеет место при измерениях в производственных, а иногда и в лабораторных условиях.

Значение измеряемой величины при однократном измерении прибором определяется показаниями прибора с исключением дополнительной погрешности. Результаты измерений могут отличаться от истинных значений измеряемой величины не более чем на величину предельной погрешности, допускаемой классом точности прибора



, (1.6)

выражающего наибольшую допустимую относительную погрешность в процентах от номинального значения Аном шкалы прибора.

Предельная абсолютная погрешность измерения прибором с классом точности К

(1.7)

Пример. Пусть манометром на 150 ат (рном = 150 ат) с классом точности К = 1,5 измерено давление ризм = 50 ат. Требуется определить предельную абсолютную и относительную погрешность измерения.

Предельная абсолютная погрешность манометра

.

Предельная относительная погрешность данного измерения



.

Из этого примера видно, что класс точности прибора (К =1,5) и относительная погрешность измерения этим прибором (в примере 4,5 %) в общем случае не равны.

К косвенным измерениям обращаются, когда прямые измерения искомой величины R неосуществимы или затруднительны. Косвенные измерения сводятся к измерению независимых величин А, В, С, ..., связанных с искомой величиной функциональной зависимостью .

Предельная относительная погрешность косвенных измерений величины R равна дифференциалу ее натурального логарифма, причём следует брать сумму абсолютных значений всех членов такого выражения (брать со знаком плюс)



(1.8)

Обычно предельную относительную ошибку опыта вычисляют на основании следующих правил:

I) ошибка суммы заключена между наибольшей и наименьшей из относительных слагаемых; практически берут или наибольшую относительную погрешность или среднюю арифметическую;

2) погрешность произведения или частного от деления равна сумме относительных ошибок сомножителей или соответственно делимого и частного;

3) погрешность n-й степени какого-либо основания (значения величины) в n раз больше относительной погрешности основания.

При гидравлических экспериментах для определения коэффициентов гидравлического трения , местных сопротивлений , истечения через отверстия и насадки прибегают к косвенным измерениям. В качестве примера рассмотрим вычисление предельной погрешности при косвенном измерении коэффициента гидравлического трения .

Так как из уравнения Дарcи-Вейсбаха и объёмного расхода коэффициент гидравлического трения

,

то, согласно уравнению (1.8), предельная относительная погрешность при косвенном измерения коэффициента определится выражением



.

Абсолютная предельная погрешность измерения времени принимается равной 0,5 цены наименьшего деления шкалы секундомера, объема жидкости — 0,2–0,5 наименьшего деления шкалы мерной ёмкости, потерь на трение — 0,4–1,0 наименьшего деления шкалы U -образного манометра или по формуле (1.7) с учётом класса точности манометра.

Погрешность измерения длины трубы обычно пренебрежимо мала. На точность измерения диаметра трубы d должно быть обращено большое внимание. Средний диаметр трубы может быть определен с высокой степенью точности путём измерения налитой в неё воды.

При определении значений случайных погрешностей, кроме


предельной погрешности, вычисляют статистическую погрешность неоднократных измерений. Эту погрешность устанавливают после измерений при помощи методов математической статистики и теории ошибок.

В качестве приближенного значения измеряемой величины теория ошибок рекомендует использовать среднее арифметическое Аср из


результатов отдельных измерений Аi

.

Согласно теории погрешностей оценкой точности измерения среднего арифметического значения Аср, принимаемого за истинное значение измеряемой величины, принимается среднее квадратичное отклонение



. (1.9)

Статистическая погрешность среднего арифметического значения (результата измерения) при малом числе наблюдений () и заданной доверительной вероятности Р определяется по формуле



. (1.10)

Значения tp для наиболее употребительного интервала доверительных вероятностей Р и различных n приведены в таблице П1-4-1 [1], которая основана на распределении Стьюдента. Обычно принимают tp = 3, что соответствует числу опытов n = 4–5 и Р = 0,95.

Для оценки среднего арифметического значения Аср, принимаемого как окончательный результат измерения, указываются доверительные границы .

Если предельную погрешность устанавливают до измерений, то статистическую погрешность устанавливают по результатам неоднократных измерений. Обычно статистическая ошибка при измерении неизменной величины меньше предельной, т. к. отклонения отдельных измерений от средней не однозначны, как это принято для предельной погрешности. Если же измерения проводить грубо, статистическая погрешность может быть больше предельной. Точность разовых измерений оценивают только по предельной ошибке.

Точность косвенных измерений может быть значительно повышена применением многократных прямых измерений при неизменных условиях опыта. Однако сложность поддержания постоянных значений измеряемых величин делает этот способ мало применимым для гидравлических экспериментов.

Повышение точности косвенных гидравлических измерений достигается практически в результате полученных опытных функциональных зависимостей для искомых гидравлических величин. Эти зависимости на основе законов подобия представляется обычно в безразмерном виде, например в виде зависимости коэффициента расхода от числа Рейнольдса и изображаются графически. Проводимое при этом определение результатов измерений путем сглаживания опытной кривой эквивалентно определению средних значений функции на основе её многократных косвенных измерений.

2 Методы измерения давлений, скорости, расхода
газа и коэффициентов местных сопротивлений

При проведении газодинамических исследований наиболее часто требуется определить давление, скорость и расход газа. Существует большое количество методов определения давлений, скоростей и расходов жидкостей и газов, создано для этого большое количество приборов различных конструкций; некоторые из них описаны ниже.



Лабораторная работа № 1

Измерение давлений, скорости и расхода газа
пневмометрическими трубками

Цель работы. Ознакомление с методикой измерения давлений, скорости и расхода воздуха пневмометрическими трубками в воздуховоде круглого сечения.

Вводная часть. Среди применяющихся на практике различных методов определения скоростей и давлений наибольшее значение в экспериментальной аэродинамике имеет пневматический способ, основанный на измерении давления в определенных точках поверхности внесённых в поток измерительных приборов. Такие приборы называются насадками или зондами. Теория пневмометрических трубок для измерения скоростей основана на использовании уравнения Бернулли.

Если в некоторой точке потока необходимо знать значение скорости, то в эту точку потока устанавливают продольно обтекаемую трубку (рисунок 1). Нулевая линия в точке А образует так называемую критическую точку (точку заторможенного потока), в которой скорость потока равна нулю, а давление максимально. В последующих точках по поверхности трубки скорость будет расти и затем вновь падать (см. рисунок 1), достигнув на некотором удалении от носика скорости на бесконечности, т. е. скорости, которая была бы в этом месте при отсутствии трубки или скорости в невозмущённом потоке (практически на удалении 3-4 диаметра трубы от мерной трубки – сечение 1-1).

Уравнение Бернулли при течении несжимаемого невязкого газа для двух сечений 1-1 и 0-0 нулевой линии тока (с0= 0) имеет вид

или . (2.1)

Согласно уравнению (2.1) полное давление р* (давление заторможенного потока), равное сумме статического р и динамического рдин =
=
давлений, при течении невязкого газа остаётся постоянным.



Рисунок 1 – Измерение динамического давления
комбинированной трубкой Пито-Прандтля


Из уравнения (2.1) определяется скорость потока (м/с)



, (2.2)

Полное давление (давление заторможенного потока) р* может быть определено, если в критической точке А (см. рисунок 1) сделать отверстие и тонкой трубочкой соединить его с микроманометром или U-образным манометром. Статическое давление р, определяют с помощью щели или нескольких отверстий, размещенных в сечении 2-2, где скорость вновь приобретает значение с =с1 . Отверстия в сечении 2-2 называют статическими, так как они служат для измерения статического давления р.

Для увеличения точности измерений обычно сразу определяют разность полного и статического давлений, т. е. динамическое давление рдин = р* р по разности уровней мерной жидкости в U-образном манометре. Связь между высотой столба мерной жидкости (ртути, спирта, воды) h (м) и давлением р (Па) устанавливается соотношением

, (2.3)

где g =9,81 м/с 2 – ускорение свободного падения.

Для воды плотность = 1000 кг/м 3 и, если высоту столба взять в мм (для этого нужно числитель умножить на 1000; для сохранения равенства (2.3) нужно и знаменатель умножить на 1000), то связь высоты столба воды в мм с создаваемым им давлением в Па определится выражением

р = 9,81h, (2.4)

где 9,81 – коэффициент перевода давления, выраженного в мм водяного столба, в паскали (1мм вод. ст = 9,81 Па).

Если в выражении (2.2) динамическое давление выразить через динамический напор hдин (разность уровней воды в U-образном манометре) в мм по формуле (2.4), то уравнение (2.3) для скорости примет вид

. (2.5)

Впервые трубки, изогнутые под углом 90о, были применены в 1732 г. французским учёным Пито для измерения скорости потока воды в реке. Поэтому трубки, имеющие лишь одно отверстие в критической точке, т. е. трубки для измерения полного давления (напора), называют трубками Пито. Трубки, имеющие отверстия в критической точке и статические отверстия, иногда называют трубками Пито-Прандтля (см. рисунок 1).

К
онструктивные варианты комбинированных трубок (зондов) для измерения давления заторможенного потока р* и статического давления р представлены на рисунке 2 (а – продольно обтекаемые трубчатые (иглообразные приёмники); б – зонд с протоком и дренажными щелями; в – зонд с игольчатым приёмником статического давления). Зонд с протоком менее чувствителен к скосу потока (несовпадению оси трубки с вектором скорости) и требуется меньшее отверстие в трубе для его установки. Зонд с игольчатым приёмником статического давления используется при исследовании сверхзвуковых потоков.


Рисунок 2 – Виды комбинированных трубок (зондов) для измерения полного и статического давлений


При течении газа с большой скоростью его плотность изменяется и для расчета скорости надо пользоваться формулой Сен-Венана



, (2.6)

где kпоказатель адиабаты (для воздуха k = 1,4).

При скоростях менее 70 м/с можно пользоваться формулой (2.2), погрешность при этой не превышает 1%.

Для измерения малых давлений используются микроманометры с наклонной трубкой (микроманометры Креля). Наклон измерительной трубки сделан для увеличения точности отсчёта. С этой же целью в прибор заливают спирт этиловый или ректификат с малой плотностью. В приборах с наклонной трубкой длина столбика спирта связана с пьезометрической высотой соотношением , где – угол наклона трубки к горизонту. Перевод пьезометрической высоты спирта hc в высоту водяного столба производится по формуле



. (2.7)

Значения коэффициента указываются на кронштейне микроманометра, против соответствующих углов установки трубки.

Для измерения расхода воздуха необходимо определить среднюю скорость потока по формуле;

,

где – средняя скорость в элементе сечения площадью Ai.

Для упрощения расчетов все сечение А разбивается на равновеликие площадки площадью Ai = A/n, где n – число площадок.

Тогда . (2.8)

Если сечение прямоугольной формы, то задача решается просто путем деления площади на n равновеликих прямоугольников, в центре которых и измеряются скорости .

В случае трубы круглого сечения необходимо разбить площадь поперечного сечения трубы на равновеликие кольца и определить скорости в средней части равновеликих колец. Радиусы центральных окружностей, делящих равновеликие кольца пополам, определяются по формуле



, (2.9)

где – радиус трубы, мм; i = 1, 2, ...



n – номер равновеликого кольца.

В таблице 2.1 представлены радиусы ri десяти (п = 10) равновеликих колец, подсчитанные по формуле (2.9), для трубы с внутренним радиусом = 40 мм.

Таблица 2.1 – Радиусы равновеликих колец для трубы с = 40 мм


i

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

ri, мм

8,94

15,5

20,0

23,7

26,8

29,7

32,3

34,6

37

39

Если измерить скорости сi на радиусах ri, то по формуле (2.8) можно найти сср. Однако точно установить измерительный зонд в центрах равновеликих колец в процессе эксперимента весьма затруднительно. Обычно скорости измеряются через равные интервалы по всему диаметру трубы и затем строится эпюра скоростей, а из неё уже выбираются скорости сi, лежащие на радиусах ri равновеликих колец.

Различают объёмный и массовый расходы газа (жидкости), проходящего через поперечное сечение трубы. Объёмный расход жидкости определяется как отношение объёма жидкости, прошедшей через трубу за некоторый промежуток времени, к этому промежутку времени (м 3/с)

, (2.10)

где ссрсредняя по сечению скорость потока, м/с;



А – площадь поперечного сечения трубы, м 2.

Объёмный расход численно равен объёму вещества, протекающего через поперечное сечение трубы в единицу времени.



Массовый расход газа определяется как отношение массы газа, прошедшего через трубу за некоторый промежуток времени, к этому промежутку времени (кг/с)

, (2.11)

где – плотность газа, кг/м 3.

Массовый расход численно равен массе вещества, протекающего через поперечное сечение трубы в единицу времени.

Для получения сравнимых результатов измерений объемный расход газа приводят к нормальным (стандартным) условиям по формуле



, (2.12)

где – плотность газа при нормальных (стандартных) условиях: рн = 760 мм рт. ст = 101325 Па; Тн = 293 К (20 °С).

Для воздуха удельная газовая постоянная R = 287 Дж/(кг.К) и

кг/м 3.

Описание лабораторной установки. В лабораторной работе расход воздуха определяется в трубе круглого поперечного сечения. Схема установки приведена на рисунке 3.

Установка с трубой круглого сечения состоит из вентилятора 1, который подаёт воздух в трубу 2 при открытой заслонке 3. Динамический напор в различных точках диаметра трубы измеряется с помощью спиртового микроманометра Креля 4, соединённого плюсовым патрубком с трубкой Пито 5 и минусовым – с трубкой статического давления 6. Статический напор измеряется водяным U-образным манометром 7. Атмосферное (барометрическое) давление измеряется барометром 8, а температура воздуха в трубе – термометром 9. Изменение положения заслонки 3 вызывает изменение скорости воздуха в трубе и, следовательно, перепада давления на диафрагме 11, который фиксируется прибором КСД-3 10.





1 – вентилятор; 2 – труба; 3 – заслонка; 4 – микроманометр Креля;
5 – трубка Пито; 6 – трубка статического давления; 7 – U-образный
манометр; 8 – барометр; 9 – термометр; 10 – КСД-3; 11 – диафрагма
Рисунок 3 – Схема установки для измерения скорости и расхода воздуха с помощью пневмометрических трубок




Порядок выполнения работы.

1 Ознакомиться с приборами и устройством лабораторной установки. Установить микроманометр Креля с помощью регулировочных винтов в горизонтальной плоскости. Наклонную трубку микроманометра опустить в крайнее нижнее положение до отметки 0,2 (К = 0,2).

2 Включить вентилятор и, вращая заслонку 3, установить стрелку прибора КСД-3 на 1–м делении (всего шесть делений). Полностью опустить трубку Пито 5 в трубу до упора (следить за точностью установки зонда вдоль оси трубы по указателю направления 12).

3 Произвести следующие измерения при данном положении заслонки (стрелка КСД-3 установлена на 1-м делении):

а) динамического напора – по длине столбика спирта lcп в трубке микроманометра (hдин = К lcп = 0,2lcп) при крайнем нижнем положении трубки Пито и через каждые 10 мм (через одну риску на трубке Пито) при подъёме её вверх по всему диаметру трубы до упора (девять точек);

б) статического напора hст, мм;

в) температуры воздуха в трубе t,°С;

4 Открывая заслонку 3, установить стрелку КСД-3 последовательно на делениях 2, 3, 4, 5, 6. При каждом фиксированном положении стрелки произвести измерения, указанные в пункте 3, а также атмосферного давления ра, (мм рт. ст) по барометру 8.

5 При обработке результатов измерений вычислить:

а) давление воздуха p (Па) в трубе как сумму атмосферного и


избыточного давлений

p = 133,322 ра + 9,81 hст, (2.13)

где 133,322 и 9,81 – коэффициенты перевода мм рт.ст и мм. вод. ст в паскали;

б) плотность воздуха (кг/м 3)

, (2.14)

где R = 287 Дж/(кг.К) – удельная газовая постоянная воздуха;



Т = t + 273 – температура воздуха в градусах Кельвина;

в) скорость воздуха сi в каждой мерной точке по формуле (2.5).

Построить эпюру скоростей в координатах хс (х изменяется от нуля до d). Для этого диаметр трубы d = 8 см делится на восемь частей (через 1 см) и в точках деления (9 мерных точек плюс две на стенках) откладываются значения соответствующих скоростей. На стенках (точки 0 и 8) скорости принимаются равными нулю. Поскольку трубка Пито имеет диаметр 3 мм, то точки 0' и 8' будут располагаться на расстоянии 1,5 мм от стенок трубы.

По эпюре скоростей на радиусах центров равновеликих колец ri (см. таблицу 2.1) выбрать соответствующие значения скоростей сi и по формуле (2.8) определить среднюю скорость в трубе при данном открытии заслонки.

Вычислить объемный и массовый расходы воздуха по формулам (2.10) и (2.11) и часовой объемный расход (кг/ч) при нормальных условиях по формуле .

Обработку результатов эксперимента можно ускорить, если использовать компьютерную программу Mathcad. Ниже даётся алгоритм вычислений средней скорости и расходов для первого опыта (стрелка прибора КСД-3 находится на отметке 1).

Исходные данные.

ра := 755 мм рт. ст. t := 28 oC. hст := 490 мм. R := 287 Дж /(кг.К). ro := 4 cм.

Вычисления. Т := t +273. Т= 301 К. р := 133,322.ра + 9,81.hст.



р = 105 465 Па. . = 1,221 кг/м 3.

Используя опытные данные, заполняем матрицу для динамического напора hдин и рассчитываем скорости с в мерных точках; задаём координаты мерных точек в виде массива l.



мм. . м/с. см.

Для установления зависимости скорости от любой точки координаты х используем встроенную функцию линейной интерполяции



c
'(x) := linterp(l, c, x). График скорости c'(x) в виде ломанной кривой и опытные значения скоростей (обозначены кружками) показаны на рисунке 4.
Задаём число равновеликих колец n:= 10 и ранжированную переменную, определяющую номера равновеликих колец, i:= 1..n.

Радиусы равновеликих колец , см.

Выражая координаты равновеликих колец через их радиусы
х = ro + ri, определяем скорости в центрах равновеликих колец с' (м/с)


с'(ro+ ri) =

4.007




3.776




3.586




3.410




3.257




3.121




2.954




2.794




2.644




1.172



Средняя по сечению трубы скорость

. сср= 3.127 м/с.

ro :=0.04 м. . A = 5.02655x10 – 3 м 2.

Объёмный расход Vt := сср.A; Vt = 0.0157 м 3/с.

Массовый расход . mt = 0.0192 кг/с.

:= 1.205 кг/м 3.

Объёмный расход, приведённый к стандартным условиям, . = 57.318 м 3/ч.


Данные измерений и расчетов занести в таблицу 2.2
Таблица 2.2 – Опытные и расчётные данные к определению расхода газа


Показания КСД-3

Номер мерной точки по диаметру

Динамический напор

hдин, мм

Статический напор

hст, мм

Температура t, оC

Давление воздуха в трубе р, Па

Плотность воздуха в трубе ρ, кг/м 3

Скорость воздуха в мерных точках с, м/с

Радиусы равновеликих колец, ri, мм

Скорости в центрах равновеликих колец сi, м/с

Средняя по сечению скорость сср, м/с

Объёмный расход
Vt, м3/c

Массовый расход
mt, кг/c

Объёмный расход при нормальных условиях Vtн, м3

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

1

0

0

490

28

105465

1,221

0







3,13

0,0157

0,0192

57,32

0'

0,4

2,54

8,94

4,01

1

0,6

3,11

15,5

3,78

2

0,8

3,59

20,0

3,59

3

1

4,01

23,7

3,41

4

1

4,01

26,8

3,26

5

1

4,01

29.7

3,12

6

0,8

3.59

32.3

2,95

7

0,6

3.11

34.6

2,79

8'

0,4

2,54

36,9

2,64

8

0

0

39,0

1,71

Продолжение таблицы 2.2


1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14











































2








































3








































4








































5








































6

0





































0'













1













2













3













4













5













6













7













8'

























8


























Отчет о работе. Отчёт о работе должен содержать наименование и цель работы, краткое описание методики измерения расхода пневмометрическими трубками, схему лабораторной установки, шесть эпюр скоростей, таблицу, необходимые расчёты, графики зависимостей объёмного и массового расходов от показаний КСД-3.
Контрольные вопросы
1 Методика измерения расхода пневмометрическими трубками.

2 Конструкции комбинированных зондов.

3 Конструкция микроманометра и порядок работы с ним.

4 Порядок построения эпюры скоростей.

5 Понятия полного, статического и динамического давлений и способы измерения их.

Лабораторная работа № 2

Тарирование диафрагмы
Цель работы. Ознакомление с методикой измерения расхода стандартными диафрагмами, получение опытным путём зависимости коэффициента расхода диафрагмы от значения числа Рейнольдса, определение нижней границы квадратичной зоны, построение тарировочного графика расходомера.

Вводная часть. Приборы, служащие для измерения расхода вещества, называются расходомерами. Расходомеры в зависимости от принятого метода измерения делятся на три группы:

1) расходомеры, действие которых основано на определении перепада давления в местах сужения потока (трубы Вентури, сопла, диафрагмы);

2) расходомеры, действие которых основано на использовании пневматических трубок, измеряющих динамическое давление (лабораторная работа № 1);

3) расходомеры, действие которых основано на использовании ультразвука, электромагнетизма, радиоактивного излучения и т. п.

Одним из наиболее распространённых и изученных является способ измерения расхода жидкостей, газов и пара в трубопроводах по перепаду давления в сужающем устройстве. Сужающее устройство выполняет функции первичного преобразователя, устанавливается в трубопроводе и создаёт в нём местное сужение, вследствие чего при протекании вещества повышается скорость в суженном сечении, а статическое давление уменьшается. Таким образом, при протекании вещества через сужение создаётся перепад давления (рисунок 5),
зависящий от скорости потока и, следовательно, расхода жидкости.

Диафрагма представляет собой типичное местное сопротивление, где потери давления пропорциональны динамическому давлению и определяются формулой Вейсбаха



, (2.15)

где – коэффициент местного сопротивления.

Поскольку перепад давления на диафрагме пропорционален динамическому давлению, то по аналогии с (2.15) можно записать

, (2.16)

где С – коэффициент диафрагмы;


со – скорость в отверстии диафрагмы.

Из (2.16) можно найти скорость в отверстии диафрагмы



, (2.17)

где – коэффициент расхода диафрагмы, который зависит от числа Re и от так называемого модуля диафрагмы m: ,


а также от кинематики потока до и после диафрагмы (от наличия местных сопротивлений до и после измерительного прибора).

Модуль диафрагмы определяется выражением



,

где do и dдиаметры соответственно отверстия диафрагмы и


трубопровода.

Уравнение массового расхода (2.11) с учётом (2.17) в случае течения несжимаемой жидкости (газа) через диафрагму запишется в виде



. (2.18)

В случае измерения расхода сжимаемой жидкости (газа или пара) необходимо учитывать изменение плотности вещества в связи с изменением давления при протекании через сужающее устройство. Уравнение массового расхода для сжимаемой среды имеет вид



, (2.19)

где Ао – площадь проходного сечения диафрагмы;



– перепад давления на диафрагме, Па;

– плотность текущей среды и – плотность жидкости в U-образном манометре (см. рисунок 5), кг/м 3;

hдиаф – показания жидкостного дифманометра, м;

– поправочный множитель на расширение измеряемой среды.

Поправочный множитель определяется по формуле



, (2.20)

где k – показатель адиабаты (для воздуха k =1,4).

Если hдиаф берётся в миллиметрах водяного столба, то в соответствии с (2.4) уравнение массового расхода (2.19) примет вид

, (2.21)

Как уже отмечалось, в качестве сужающих устройств для измерения расхода применяются диафрагмы, сопла и трубы Вентури. Сужающие устройства нормализованы, что позволяет применять их без индивидуальной градуировки. Для стандартных сужающих устройств значения коэффициента расхода определяются по экспериментальным графикам (например для диафрагмы, рисунок 6) в зависимости от числа Rе. Чтобы, пользоваться этими графиками, необходимо не только точно изготовить приборы по стандартным размерам, но и правильно установить их на трубопроводе (выдержать соосность сечения трубы и проходного отверстия прибора, перпендикулярность плоскости отверстия и оси трубы). Должно быть также исключено искажение потока в приборе вследствие близко расположенных источников возмущения (колена, вентили, сужения и т. д.). Необходимая минимальная длина прямолинейного участка расходомера (она колеблется от 5 до 50 диаметров трубопровода) определяется типом сужающего устройства, источником возмущения и модулем сужения m.

Как показывают графики на рисунке 6, коэффициент расхода диафрагмы зависит от числа Rе только до определённого его значения, после которого увеличение числа Rе не влечёт за собой изменения коэффициента. Наименьшее значение числа Rе, при котором наступает постоянство , называется предельным Re (Rепр) и соответствует нижней границе квадратичной зоны турбулентного течения в расходомере. Расходомером удобно пользоваться при
= const, т. е. при Re > Reпр. При Re < Reпр применение расходомера затруднено тем, что при различных расходах получатся разные значения .

Приборы, размеры которых или способ установки не удовлетворяют стандартам, перед использованием необходимо тарировать (градуировать по другим приборам). В результате тарирования получают зависимость расхода от перепада давления на сужающем устройстве, а также значение коэффициента в зависимости от Rе. Эта зависимость Vtн = f (hдиаф) называется тарировочным графиком расходомера.

Коэффициент расхода при тарировании сужающего устройства определяют из выражения (2.21.) для массового расхода, определяемого по показаниям КСД-3 (см. лабораторную работу № 1),

. (2.22)

Описание лабораторной установки. Установка состоит из вентилятора 1, который подаёт воздух в трубу 2 при открытой заслонке 3 (рисунок 7). Расход воздуха определяется по показаниям КСД-3 4 (значения расходов берутся из лабораторной работы № 1). Перепад давления на тарируемой диафрагме 5 фиксируется дифманометром 6, а статического избыточного давления (статического напора) – U-образным манометром 7. Температура воздуха измеряется термометром 8, атмосферное давление – барометром 9.





Порядок выполнения работы.

1 Ознакомиться с приборами и устройством лабораторной установки.

2 Открыть заслонку 3 так, чтобы стрелка прибора КСД-3 установилась на отметке 1.

3 Произвести следующие измерения при данном положении заслонки:

а) перепада давления на диафрагме hдиаф, мм вод. ст;

б) температуры воздуха в трубе t, oC;

в) статического избыточного давления (напора) hст, мм вод. ст;

в) атмосферного давления ра, мм рт.ст (по барометру).

4 При обработка результатов измерений вычислить:

а) давление воздуха в трубе по формуле (2.13);

б) плотность воздуха по формуле (2.14);

в) поправочный множитель на расширение воздуха (2.20);

г) массовый расход воздуха по показаниям КСД-3 (табл. 2.2)

6. Вычислить коэффициент расхода диафрагмы по формуле (2.22) (диаметр отверстия диафрагмы do = 42 мм).

7 Число Рейнольдса определить по формуле (1.1)

, (2.23)

где – коэффициент кинематической вязкости воздуха, определяемый по его температуре (приложение А);



d = 0,80 м – внутренний диаметр трубы.

7. Опыт повторить для шести положений заслонки. Данные измерений и расчетов занести в таблицу 2.3.

Обработку результатов эксперимента можно ускорить, если использовать компьютерную программу Mathcad. Ниже даётся алгоритм вычислений коэффициента расхода и числа Рейнольдса для первого опыта (стрелка прибора КСД-3 находится на отметке 1).

Исходные данные. ра := 748 мм рт. ст. t := 28 oC. hст := 490 мм.


R := 287 Дж /(кг.К). do := 0.042 м. d := 0.08 м. hдиаф := 15 мм.
mt = 0.0192 кг/с. :=15.8.10 – 6 м 2/с.

Вычисления. Т := t +273. Т= 301 К. р := 133,322.ра + 9,81.hст.



р = 104 532 Па. . = 1,210 кг/м 3. .

. m = 0.276. . Ao = 1.3854x10 –3 м 2. k := 1.4.

. .

. . . Re = 15 983.

По полученным данным построить графики зависимостей:

а) Vtн = f (hдиаф) – объемного расхода от перепада давления на диафрагме;

б) – коэффициента расхода от числа Рейнольдса.



По графику определить нижнюю границу квадратичной зоны, где . Сравнить опытную кривую с соответствующей кривой для стандартной диафрагмы (см. рис. 6) и сделать соответствующие выводы о правильности установки диафрагмы и о возможности ее использования без тарировки.

Отчет о работе. Отчет о работе должен содержать наименование и цель работы, краткое описание методик измерения расхода с помощью стандартных диафрагм и тарирования диафрагмы, схему установки, тарировочный график диафрагмы Vtн = f (hдиаф), график зависимости , таблицу и необходимые расчеты, заключение и выводы по работе.
Таблица 2.3 – Опытные и расчётные данные к тарированию
диафрагмы


Показания КСД-3

Объёмный расход при нормальных условиях Vtн, м3

Массовый расход
mt, кг/c

Падение напора на диафрагме hдиаф, мм

Статический напор hст, мм

Температура t, оC

Давление воздуха в трубе р, Па

Плотность воздуха в трубе ρ, кг/м 3

Кинематическая вязкость воздуха
ν, м2

Коэффициент расхода µ

Число Рейнольдса

1

57,32

0,0192

15

490

28

104532

1,21

15,8.10–6

0,735

15983

2































3































4































5































6
































Контрольные вопросы
1 Методика измерения расхода стандартными диафрагмами, правила их изготовления и установки в трубопроводе.

2 Напишите формулы расчёта массового и объёмного расхода для сжимаемой и несжимаемой жидкости применительно к сужающим устройствам.

3 Как определяется объёмный расход при нормальных условиях?

4 Методика тарирования диафрагмы.

5 Что характеризует коэффициент расхода и от чего он зависит?

6 Что называется модулем диафрагмы m?

7 Что называется тарировочным графиком расходомера?

8 Как определить скорость потока, если известно число Рейнольдса?



Лабораторная работа № 3

Исследование движения газа в криволинейном канале
Цель работы. Ознакомление с методикой определения гидравлических потерь при течении газа в криволинейном канале (колене), экспериментальное определение коэффициента потерь для колена.

Вводная часть. При движении газа часть его энергии затрачивается на преодоление сил сопротивления и переходит в тепло. По геометрическим условиям и сущности процесса различают местные сопротивления и сопротивления по длине.

Местные сопротивления представляют короткие участки трубопроводов, на которых скорости потока изменяются по значению или направлению в результате изменения размеров или формы сечения трубопровода, а также направления его продольной оси. Сопротивление по длине равномерно распределено по длине трубопровода в виде «гидравлического трения».

Согласно теории подобия (см. раздел 1) потеря давления , скорость потока с и плотность жидкости образуют безразмерное число Эйлера (1.2), одинаковое для подобных потоков. Поэтому число (точнее критерий) Эйлера является обобщённой безразмерной характеристикой гидравлического сопротивления

. (2.24)

Стоящая в правой части этого равенства безразмерная величина , (пропорциональная числу Эйлера) называется коэффициентом гидравлического сопротивления (местного или по длине). Из (2.24) получается общее выражение для определения потери давления (Па)



(2.25)

или потери напора (м) .

Последняя формула носит название формулы Вейсбаха.

Потери давления (напора), затрачиваемые на преодоление сопротивления трения, носят название потерь давления на трение или потерь давления по длине потока (линейные потери давления) и обозначаются



. Потери давления на трение в чистом виде имеют место в прямых трубах постоянного сечения. Потери на трение можно найти по обобщённой формуле (2.25), которая в этом случае примет вид

, (2.26)

где – коэффициент сопротивления трения, прямо пропорциональный длине трубы l и обратно пропорциональный диаметру трубы d;



– коэффициент гидравлического трения, зависящий от числа Рейнольдса и относительной шероховатости .

Таким образом, уравнение (2.26) можно записать в виде



(2.27)

или .

Последнее уравнение называют формулой Дарси-Вейсбаха.

Местные потери давления выражают обобщённой формулой (2.25), которая принимает вид



(2.28)

или ,

где – безразмерный коэффициент местного сопротивления.

В общем случае суммарные потери на сопротивлении складываются из потерь по длине (трения) и местных потерь



. (2.29)

или .

Принцип измерения потерь давления на сопротивлении легко уяснить с помощью уравнения Бернулли, которое записывается для двух сечений потока несжимаемого вязкого газа – первое до сопротивления, второе – после него в таком виде:

. (2.30)

Сумму статического давления р и динамического давления называют полным давлением или давлением заторможенного потока



. (2.31)

В отличие от течения невязкого газа (2.1) при течении вязкого газа (2.30) давление заторможенного потока не остаётся постоянным вдоль канала (уменьшается).

Согласно уравнению Бернулли (2.30) потери давления равны разности полных давлений до и после сопротивления

. (2.32)

Поскольку полные давления измеряются с помощью трубок Пито, то потери давления можно определять по показаниям U-образного манометра, трубки которого соединены с трубками Пито, установленными в сечениях до сопротивления и после него навстречу потоку.



Особенности течения жидкости (газа) в криволинейных каналах. При движении жидкости в изогнутых каналах возникает неравномерность скоростей в сечениях потока, которая приводит к отрыву потока от стенок. На участке поворота канала центробежные силы инерции частиц жидкости, движущихся по искривлённым траекториям, вызывают перераспределение скоростей и давлений в сечениях потока: скорость частиц жидкости убывает с увеличением радиуса кривизны по гиперболическому закону, а давление увеличивается (рисунок 8, а). Следовательно, при входе в колено у внутренней стенки образуется как бы конфузорный участок (рост скорости и уменьшение давления), а внешней – диффузорный (уменьшение скорости и рост давления). При выходе из колена в прямую трубу, наоборот, у внутренней стенки образуется диффузорный, а у внешней – конфузорный участок.

П


1-2 и 5-6 эпюры скоростей соответственно на входе и выходе из криволинейного канала; 3 – область пониженного давления; 4 – область повышенного давления

а) эпюры давлений и скоростей; б) парный вихрь
Рисунок 8 – Течение жидкости в криволинейном канале

ри значительной кривизне канала на диффузорном участие происходит отрыв потока от стенок и образование вихревых зон. Вихревая зона на внутренней стенке, где диффузорный эффект выражен весьма сильно, неустойчива и периодически сносится потоком.

Вихреобразование у внутренней стенки является основным источником значительных потерь в резко изогнутых каналах. Дополнительной причиной потерь в изогнутых каналах являемся возникновение парного вихря.

При повороте канала центробежные силы инерции частиц, которые движутся в центральной части нормального сечения потока с большими скоростями, значительно превышают центробежные силы инерции частиц, медленно движущихся у стенок. Неуравновешенные центробежные силы вызывают в плоскости сечения потока вторичные токи жидкости, которые имеют характер вращательных движений, направленных в центральной части сечения от внутренней стенки к внешней, а у боковых стенок – от внешней стенки к внутренней (рисунок 8, б). Образующийся при этом парный вихрь, накладываясь на поступательное движение жидкости, приводит к появлению в прямом участке трубопровода за изгибом двух винтовых потоков, вращение которых постепенно гасится силами трения; кинетическая энергия вращения парного вихря при этом переходит в тепло.

Ввиду сложности структуры потока в криволинейных каналах потери давления определяются экспериментальным путём, как разность полных давлений, измеренных трубками Пито в сечениях до колена и после него (2.32): .

Коэффициент местных потерь в колене определяется по формуле

. (2.33)

Для отводов круглого сечения с поворотом на 90° получены следующие эмпирические зависимости:

формула А. Д. Альтшуля)

(2.34)

и формула Б. Б. Некрасова (при больших Re)



(2.35)

Данные формулы получены при выравненных полях скоростей на входе и выходе из колена. Поэтому для расчёта по этим формулам длина прямолинейного участка до колена должна быть не менее 30d во избежание наложения потерь от других местных сопротивлений.



Описание лабораторной установки. Установка состоит ив вентилятора 1, исследуемого колена 2 и прямолинейного трубопровода 3 (рисунок 9). Для измерения расхода служит диафрагма 4 и расходомер КСД-3 5. Расход воздуха изменяется заслонкой 6. Статический напор измеряется U-образным манометром 7. Температура воздуха измеряется термометром 8, а атмосферное давление – барометром 9. Полные давления измеряются трубками Пито 10 в сечениях 1-1 (до колена) и
2-2 (после колена) в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

Порядок выполнения работы:

1 Ознакомиться с приборами и устройством установки.

2 Поднять одну из трубок Пито в сечении 1-1 полностью, а другую опустить в плоскости колена до упора (следить за точностью установки последней по оси трубы).

3 Включить вентилятор и поворотом заслонки 6, установить стрелку расходомера 5 на отметке 6 (максимальный расход).

4 Произвести следующие измерения:

а) полных напоров h1'*, h1''*, h2'*, h2''* (мм вод. ст) в сечениях 1-1 и 2-2 при поднятии соответствующей трубки через 10 мм по всему диаметру трубопровода (всего 9 положений для каждой трубки);

б) статического напора hст, мм вод. ст;

в) температуры воздуха в трубопроводе t, оС;

г) атмосферного давления ра, мм рт. ст.
5 При обработке результатов измерений вычислить:

а) давление в трубопроводе р по формуле (2.13);

б) плотность воздуха по формуле (2.14);

в) среднюю скорость (м/с) в сечении трубы по формуле



,

г
де mt – массовый расход (кг/с), взятый из таблицы 2.2 для соответствующего положения заслонки;



А – площадь поперечного сечения трубы диаметром 80 мм;

г) средние полные напоры в сечениях 1-1 и 2-2 по формулам



и ,

где n = 9 – число мерных точек по сечению трубы;

д) потери полного давления в колене , Па;

е) коэффициент потерь в колене по формуле (2.33).

Сравнить найденные значения со значением , подсчитанным по формуле Б.Б. Некрасова (2.35).
Данные измерений и расчётов занести в таблицу 2.4.

Таблица 2.4 – Опытные данные к расчёту потерь давления в колене




Номер мерной точки i

Напоры, мм вод. ст

ра,

мм рт.ст


t,

oC















hст

1































2













3



























9














Отчёт о работе. Отчёт о работе должен содержать наименование и цель работы, описание методики определения потерь в колене, схему установки, таблицу и расчёты.
Контрольные вопросы
1 Виды гидравлических сопротивлений.

2 Как записывается уравнение Бернулли для вязкой жидкости через полные давления?

3 Что такое полное, статическое и динамическое давление?

4 Методика измерения полных давлений.

5 Что такое парный вихрь?

6 Как определяется коэффициент местных потерь для колена?



Лабораторная работа № 4

Исследование адиабатного истечения воздуха из сопла

.

Цель работы. Исследование зависимостей скорости потока, ско­рости звука, расхода и давления в сопле от перепада давлений в ресивере и в окружающей среде. Изучение первого закона термодинамики для потока путем его практического применения к процессу истечения из сопла.

Вводная
следующая страница >>