Материал: 2157
ход газа приводят к нормальным (стандартным) условиям по формуле
Vt mt /ρн , (1.12)
н
где ρн pн /(RTн ) – плотность газа при нормальных (стандартных)
условиях: рн = 760 мм А. ст. = 101 325 Па; Тн = 293 К (20 °С).
Для воздуха удельная газовая постоянная R = 287 Дж/(кг.К) и
ρн 101325/(287 293) 1,205 кг/м3.
1.3.Описание лабораторной установки
Влабораторной работе расход воздуха определяется в трубе круглого поперечного сечения. Схема установки приведена на рис.
1.3.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 анометром 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 10 типа КСД-3.
1.4.Порядок выполнения работы
1.Ознакомиться с приборами и устройством лабораторной установки. Установить микроманометр Креля с помощью регулировоч-
ных винтов в горизонтальной плоскости. Наклонную трубку микроманометра опустить в крайнее нижнее положение до отметки 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):
13
8 |
pa |
|
10 |
|
|
2 |
5 12 |
9 |
|
|
|
|
|
|
|||
|
p* |
|
p |
|
|
|
ст |
pa |
6 |
|
3 |
|
h |
|
11 |
|
|
1 |
|
|
h |
дин |
=К.l , мм |
|
|
|
|
сп |
|
|
|
7 |
|
|
|
|
+ – |
|
lсп |
|
|
0 |
|
4 |
|
К=0,2 |
|
|
|
Рис. 1. 3. Схема установки для измерения скорости и расхода воздуха с помощью пневмометрических трубок:
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
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 доупора(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 п. 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, |
(1.13) |
где 133,322 и 9,81 – коэффициенты перевода мм рт. ст. и мм вод. ст. в паскали;
б) плотность воздуха (кг/м3)
ρ p /( RT ), |
(1.14) |
где R = 287 Дж/(кг.К) – удельная газовая постоянная воздуха;
14
Т = t + 273 – температура воздуха в градусах Кельвина;
в) скорость воздуха сi в каждой мерной точке по формуле (1.5). Построить эпюру скоростей в координатах х–с (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. табл. 1.1) выбрать соответствующие значения скоростей сi и по формуле (1.8) определить среднюю скорость в трубе при данном открытии заслонки.
Вычислить объемный и массовый расходы воздуха по формулам (1.10) и (1.11) и часовой объемный расход (кг/ч) при нормальных ус-
ловиях по формуле |
V |
3600m /ρн . |
|
tн |
t |
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 :=4cм.
Вычисления. Т :=t +273. Т= 301 К. р :=133,322.ра + 9,81.hст. р=105465Па. ρ : p /( RT ). ρ = 1,221 кг/м3.
Используя опытные данные, заполняем матрицу для динамического напора hдин и рассчитываем скорости с в мерных точках; задаём координаты мерных точек в виде массива l.
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
с'(ro+ ri) = |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
4,007 |
|
|
|
0,4 |
|
|
|
|
2,535 |
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
0,6 |
|
|
|
|
|
|||||||
3,776 |
|
|
|
|
|
|
|
3,105 |
|
|
0,15 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
3,586 |
|
|
|
0,8 |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
3,586 |
|
|
2 |
|
|
||
3,410 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
1 |
мм c |
|
|
|
|
4,009 |
|
м/с |
3 |
|
см |
|
3,257 |
|
|
|
2 9,81h |
|
/ |
|||||||||
|
|
h |
|
|
|
|
дин |
|
|
|
|
|
l : 4 |
|
|
3,121 |
|
|
|
|
4,009 |
|
|
||||||||
|
: 1 |
|
|
|
|
c : |
|
|
5 |
|
|
||||
|
|
дин |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
2,954 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
4,009 |
|
|
7 |
|
|
2,794 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
0,8 |
|
|
|
|
3,856 |
|
|
7,85 |
|
|
|
2,644 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
0,6 |
|
|
|
|
3,105 |
|
|
9 |
|
|
|
1,172 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
0,4 |
|
|
|
|
2,535 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
15
Таблица 1.2
Опытные и расчётные данные к определению расходагаза
ПоказанияКСД-3 |
мернойНомерточки диаметрупо |
Динамическийнапор h |
Статическийнапор h |
Температураt, |
Давлениевоздуха в трубе,рПа |
Плотностьвоздуха в кг,трубеρ /м |
Скоростьвоздуха в точкахмерныхс, м/с |
Радиусыравновеликолецких, r |
Скоростив центрах равновеликихколец |
с |
Средняяпо сечению скоростьс |
Объёмныйрасход V |
Массовыйрасход m |
Объёмныйрасход нормальныхпри условияхV |
|
|
|
|
C |
|
3 |
|
мм , |
|
|
с / м , |
|
|
3 |
|
|
|
|
о |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ч / |
|
|
|
|
|
|
|
|
i |
|
|
ср |
|
|
м , |
|
|
мм, |
мм, |
|
|
|
|
|
|
с/м, |
|
м, |
/cкг, |
нt |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/c |
|
|
|
|
дин |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
ст |
|
|
|
|
|
|
i |
|
t |
t |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
11 |
12 |
13 |
14 |
|
0 |
0 |
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
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 |
|
|
|
|
|
1 |
3 |
1 |
490 |
28 |
1054651,221 |
4,01 |
23,7 |
3,41 |
|
3,13 |
0,01570,0192 |
57,32 |
||
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 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для установления зависимости скорости от любой точки координаты х используем встроенную функцию линейной интерполяции c'(x) := linterp(l, c, x).
Задаём число равновеликих колец n:= 10 и ранжированную пере-
16
менную, определяющую номера равновеликих колец, i:=1..n.
Радиусы (см) равновеликих колец r |
: r |
2i 1 |
. |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
i |
o |
2n |
|
|
|
|
Выражая |
координаты |
равновеликих |
колец через |
их радиусы |
||||||||
х = ro + ri, |
определяем скорости |
|
в |
центрах |
равновеликих колец |
|||||||
с' (м/с). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Средняя по сечению трубы скорость |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
ccp : c (ro ri |
) . |
сср= 3,127 м/с. |
|
|
|||||||
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i 1 |
|
n |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ro :=0,04м. |
A: πr2 |
|
|
|
|
x |
–3 |
|
2 |
||
|
|
o |
. A=5,02655 10 |
|
м . |
|||||||
Объёмный расход Vt := сср.A; Vt =0,0157м3/с.
Массовый расход mt : ρccp A. mt = 0,0192 кг/с.
ρн :=1,205кг/м3.
Объёмный расход, приведённый к стандартным условиям,
Vtн : 3600mt /ρн . Vtн = 57,318 м3/ч.
Данные измерений и расчетов заносим в табл. 1.2.
Содержание отчета
1.Наименование и цель работы.
2.Краткое описание методики измерения расхода пневмометрическими трубками.
3.Схема лабораторной установки.
4.Шесть эпюр скоростей, данные табл. 1.2, необходимые расчёты.
5.Графики зависимостей объёмного и массового расходов от показаний
КСД-3.
6.Выводы по работе.
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 их измерения.
17