zarn_met_lab

УДК 664.7.05.:697.9(075.5)

Зарницына Э.Г. Вентиляционные установки: Методическое пособие к лабораторным работам для студентов специальностей "Машины и аппараты пищевых производств" и "Технология хранения и переработки зерна" дневной и заочной форм обучения / Алт. гос. техн. ун-т им. И.И. Ползунова. – Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2005 – 44 с.

Методическое пособие к выполнению лабораторных работ составлено в соответствии с программой курса "Вентиляционные установки зерноперерабатывающих предприятий". При выполнении лабораторных работ студенты углубляют знания основных законов промышленной аэродинамики, приобретают навыки по измерению скоростей и объемов перемещаемого воздуха, проводят испытание пылеотделителей и центробежных вентиляторов. Это позволяет закрепить теоретический материал курса "Вентиляционные установки".

Рассмотрено и одобрено на заседании кафедры "Машины и аппараты пищевых производств"

Протокол №8 от 13.04.05

Рецензент: доцент, к.т.н., ведущий эксперт АНО "Независимая экспертная компания" О.Н. Терехова

Лабораторная работа №1

ИЗМЕРЕНИЕ СКОРОСТИ И РАСХОДА ВОЗДУХА В ВОЗДУХОВОДЕ МЕТОДОМ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОЛЯ СКОРОСТЕЙ

1 Цель работы

Изучение и практическое освоение основного способа измерения средней скорости и расхода воздуха в воздуховодах с помощью пневмометрической трубки методом исследования поля скоростей.

2 Основные теоретические положения

При движении потока воздуха в воздухопроводах в результате вязкостного трения граничащие со стенками частицы воздуха как бы "прилипают" к стенкам, остаются неподвижны и образуют тончайший пограничный слой. Остальной поток скользит по этой ламинарной пленке. При этом у стенок наблюдается максимальный градиент скорости, убывающей до нуля к центру потока. По закону Ньютона – Петрова касательные напряжения трения, обусловленные вязкостью воздуха, пропорциональны градиенту скорости. Поэтому при небольших скоростях воздуха имеет место "слоистая" форма течения с неравномерным, вытянутым вдоль оси потока полем скоростей. В каждой точке поперечного сечения воздухопровода действует своя, так называемая местная скорость. Местная скорость вдоль оси потока будет максимальна, а у стенок воздуховода она будет равна нулю.

Для расчета местной скорости в любой точке поперечного сечения воздуховода при ламинарном режиме можно использовать уравнение Стокса

где R – потери давления на 1 м длины воздухопровода, Па/м; µ – коэффициент динамической вязкости, Па·с;

y – текущая ордината точки, расстояние от центра потока

до соответствующей точки измерения, м.

Таким образом, при ламинарном режиме действует квадратичный закон распределения скоростей и эпюрой скоростей в круглом воздуховоде является параболоид вращения.

3

Рисунок 1 – Поле скоростей в воздухопроводе при ламинарном режиме движения

При y = r ; U = 0 .

При y = 0 ; U =Umax .

Согласно выражению (1), можно получить максимальную скорость по оси потока

Как известно, в вентиляционных установках все расчеты ведут по средней скорости воздуха. Средней скоростью называется такая

фиктивная скорость V , которая, будучи одинаковой и постоянной во всех точках поперечного сечения потока, обеспечивает такой же расход воздуха через сечение, что и при действительных скоростях.

Учитывая, что при ламинарном режиме эпюра поля скоростей представляет собой параболоид вращения, можно получить формулу для расчета средней скорости

При турбулентном режиме воздушного потока, когда число Рейнольдса Re >2300, закон распределения скоростей не подчиняется уравнению Стокса, а выражается уравнением кривой вида

4

где 16 > n > 101 .

В связи с этим среднюю скорость при турбулентном режиме приближенно находят по формуле

где a – коэффициент поля скоростей.

Он зависит от числа Рейнольдса и колеблется в пределах от 0,8 до 0,88. Определение средней скорости по формуле (5) является приближенным и допустимо только при выравненных потоках. Так как на практике вентиляционные потоки обычно не выравнены, то для измерения средней скорости и расхода воздуха наиболее часто используют метод исследования поля скоростей. Суть метода исследования поля скоростей состоит в том, что нужно определить местные скорости во многих точках по сечению воздухопровода и затем осреднить их.

Так как математика допускает осреднение только равновесно определенных экспериментом величин, то поперечное сечение воздухопровода разбивают, проводя концентрические окружности, на кольца равной площади. В соответствующих точках поперечного сечения измеряют динамические давления, вычисляют по ним местные скорости и далее их осредняют.

Для получения средней скорости движения воздуха с большей степенью точности, измеряют динамические давления в двух взаимно перпендикулярных сечениях воздухопровода.

Таким образом, воздуховод круглого сечения (рисунок 2) разбивают на m концентрично расположенных площадей, получая

количество точек замера z = 4 m .

Рисунок 2

5

Разумеется, чем больше сечение воздухопровода, тем на большее число площадок его нужно разбить.

На основании опытных данных для воздуховодов круглого сечения величины ти z рекомендуется принимать в соответствии с таблицей 1.

Расстояние точки замера от центра воздуховода (текущая ордината точки измерения) можно определить по следующей формуле

где D – диаметр воздуховода, мм;

n – порядковый номер точки от центра;

m – количество равновеликих колец, на которые разбито данное сечение.

Далее рассчитываются расстояния точек замера от стенки воздухопровода

l1 = D2 − y2 ; l2 = D2 − y1 ;

(7)

l3 = D2 + y1 ; l4 = D2 + y2 .

Согласно ГОСТу 12.3.018–79 "Системы вентиляционные. Методы аэродинамических испытаний" координаты точек измерения динамических давлений в воздуховодах круглого сечения можно определить по упрощенной методике в соответствии с рисунком 3.

6

– при 100 мм ≤ D ≤ 300 мм;

– при D > 300 мм.

Рисунок 3

Если воздуховод имеет прямоугольное или квадратное сечение,

каждую сторону делят на m частей и получают при этом z = m2 равновеликих площадей. В центрах симметрии каждой из них измеряют динамические давления, находят по ним местные скорости, осреднив которые и получают среднюю скорость движения воздуха (рисунок 4).

Рисунок 4

7

Опытные данные позволяют принимать величины m и z для воздуховодов прямоугольного и квадратного сечений в соответствии с таблицей 2.

Таблица 2

Для получения надежных результатов измерения сечения для замеров динамических давлений следует выбирать на расстоянии не менее пяти диаметров в обе стороны от фасонных деталей, так как наличие всякого рода местных сопротивлений значительно искажает поле скоростей. Если сечение для замеров вынуждено выбираться ближе, чем в пяти диаметрах от фасонной детали, то лучше, если сечение находится перед деталью, считая по направлению движения воздуха. Количество точек измерения в этом случае нужно увеличить по сравнению с рекомендуемым в таблицах.

3 Схема экспериментальной установки и приборы для работы

Измерение скоростей и расходов воздуха проводится на установке, которая состоит из входного коллектора 1, прямолинейного участка 2, задвижки 3 и вентилятора 4 (рисунок 5).

В комплект приборов входят: комбинированный приемник давления 5, микроманометр ММН 6 со шлангами 7, рулетка, барометр, психрометр и термометр.

4 Порядок выполнения работы

4.1Студенты делятся руководителем на подгруппы по 3-4 человека в каждой.

4.2В каждой подгруппе один студент обязан проверить и подготовить к работе микроманометр; второй студент осуществляет поверку комбинированного приемника давления и проводит его разметку; третий определяет с помощью психрометра относительную влажность воздуха; четвертый – снимает показания термометра и барометра и рассчитывает все необходимые поправки.

8

4.3 После проведения всех подготовительных работ, студенты с разрешения преподавателя начинают опыты.

Перед пуском вентилятора задвижка 3 устанавливается в положение "закрыто" для обеспечения устойчивого запуска вентилятора.

Рисунок 5

4.4Опыт проводится три раза, при различных скоростях движения воздуха, устанавливаемых с помощью задвижки. В каждом опыте измерения динамического давления проводятся последовательно по двум взаимно перпендикулярным направлениям.

4.5По окончании опытов данные показывают руководителю, рабочее место с его разрешения приводится в порядок. Производится оформление отчета по эксперименту.

5 Поверка микроманометра

5.1Микроманометр устанавливают по уровням.

5.2Через шланг, соединенный с трубкой микроманометра, очень осторожно подсасывается воздух до появления столбика спирта в трубке прибора. Если столбик спирта не появляется или появляется вместе с пузырьками воздуха, то это значит, что спирта в бачке микроманометра мало. Его нужно осторожно, не переливая, долить в прибор, а пузырьки воздуха удалить многократным легким подсасыванием.

5.3При максимальном факторе прибора (Кпр = 0,8) спирт

подсасывается почти до максимального деления микроманометра и шланг перегибается пополам почти у самого конца.

9

Если при этом столбик спирта в приборе не падает, то шланг пригоден к работе, утечек в нем и трубке прибора нет. Если уровень спирта понижается, то шланг или трубка " течет " и нужно устранить неисправность.

5.4Аналогично проверяется шланг, присоединенный к бачку, и бачок прибора, только воздух здесь не следует подсасывать, а надо осторожно вдувать.

5.5После проверки герметичности прибора и шлангов нуль шкалы прибора совмещается с нижним краем мениска спирта. Прибор готов к работе.

6 Поверка комбинированного приемника давления

6.1Смоченным пальцем на приемнике давления плотно закрывается отверстие для восприятия полного давления, а через штуцер полного давления подсасывается воздух и одновременно с подсасыванием отверстие штуцера прикрывается языком. Если язык "не отлипает", то приемник полного давления герметичен, то есть исправен.

6.2С помощью скотча плотно закрывается щель для восприятия статического давления и через штуцер статического давления аналогично проводится подсос. Если и здесь герметичность не нарушена, комбинированная пневмометрическая трубка пригодна к работе.

Воздух в пневмометрическую трубку при проверке нельзя вдувать, так как образующийся в приемнике конденсат закупорит малые проходные сечения, приемник выйдет из строя.

7 Разметка комбинированной пневмометрической трубки

7.1Определить диаметр воздуховода.

7.2Вычислить координаты точек измерения динамического

давления.

7.3Наложив линейку на пневмометрическую трубку так, чтобы нулевое деление ее совпало с осью отверстия для восприятия полного давления, а шкала шла вдоль трубки, отложить на трубке расстояния от стенки воздуховода до соответствующих точек измерения.

Приемник давления вводят в воздухопровод, пережав шланги, соединяющие его с микроманометром. После полного введения приемника шланги освобождают от зажимов, а пневмометрическую

10