zarn_met_lab
.pdfтрубку последовательно устанавливают в соответствующие точки измерения, записывая каждый раз длину столба жидкости по шкале микроманометра. Пневмометрическую трубку устанавливают строго по оси и против направления движения потока.
8 Форма отчета по работе
На титульном листе делается следующая надпись:
Министерство образования и науки Российской Федерации
Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова
Кафедра "Машины и аппараты пищевых производств"
Лаборатория вентиляции
Отчет по лабораторной работе № 1
"Измерение скорости и расхода воздуха в воздуховоде методом исследования поля скоростей"
Студент |
Курс |
Группа |
Ф. И. О. |
число |
месяц |
год |
|
8.1Цель работы.
8.2Приборы.
8.2.1Комбинированный приемник давления.
8.2.2Микроманометр № ........ типа ........ класса точности …... по ГОСТ 2648 – 78.
8.2.3Шланги резиновые.
8.2.4Рулетка.
8.2.5Линейка миллиметровая.
8.2.6Барометр №......типа......класса точности......
8.2.7Психрометр №......типа......класса точности...... по ГОСТ
15055-69.
8.3 Состояние атмосферного воздуха.
8.3.1Температура воздуха t............ , °С
8.3.2 Показание барометра Pa' ......... , мм. рт. ст.
11
Общая поправка в показания барометра Kбар.......... |
, мм. рт. ст. |
Атмосферное давление в процессе измерения Ра......... |
, мм. рт. ст |
8.3.3Показания психрометра: tc.......... , tм.......... , °С. Относительная влажность воздуха ϕ............. , %.
8.3.4Плотность воздуха при параметрах измерения. Плотность воздуха рассчитывается по формуле
ρ = |
ρст |
, |
(8) |
|
|||
|
Кв |
|
|
где ρст – плотность воздуха при стандартных параметрах,
кг/м3;
Кв – поправка для приведения измерений к стандартному состоянию воздуха.
Данная поправка может быть рассчитана как
Кв = 2,59 |
Тизм. , |
(9) |
|
Ра |
|
|
изм. |
|
где Тизм. – температура воздуха в процессе измерения, °К;
Раизм. – атмосферное давление, мм. рт. ст. 8.4 Поправки в показания микроманометра. 8.4.1 Поправка на тарировку
Кт = ρρж.ф. , (10)
ж.т.
где ρж.ф. – истинная (фактическая) плотность жидкости,
залитой в прибор при измерениях, г/см3; ρж.т. – плотность жидкости, при которой проводилась
тарировка (градуировка) шкалы прибора, г/см3.
8.4.2Фактор (коэффициент) прибора
Кпр =
8.4.3Общая поправка в отсчет по микроманометру
К = Кв Кт Кпр g . |
(11) |
Примечание: фактор прибора учитывается у микроманометра типа ММН; у микроманометра типа ТНЖ Кпр =1; у микроманометра
12
типа ЦАГИ и имеющих шкалу просто в мм, фактор равен синусу угла наклона трубки.
8.5 Схема опыта.
Следует рисовать с натуры, примерно на ½ листа формата. 8.6 Обработка результатов эксперимента.
Таблица 3
Расстояние |
Отсчеты динамического |
Величины динамического |
|||
точки |
давления по прибору, l |
давления Hд , Па |
|||
замера от |
|
|
|
|
|
стенки |
по |
по |
по |
по |
|
воздуховода |
|||||
вертикали |
горизонтали |
вертикали |
горизонтали |
||
ln , мм |
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
1 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
Продолжение таблицы 3 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
Местные скорости U , м/с |
Средняя |
Объемный |
Массовый |
||
расход |
расход |
||||
|
|
скорость |
|||
по |
по |
воздуха |
воздуха |
воздуха |
|
вертикали |
горизонтали |
V , м/с |
Q , м3/с |
ρ Q , кг/с |
|
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 Основные расчетные формулы
9.1 Величина динамического давления, получаемого при
измерении, Нд , Па |
|
Нд = К l , |
(12) |
где К – общая поправка в отсчет по микроманометру; |
|
13 |
|
l – отсчет динамического давления по шкале микроманометра, мм.
9.2 Местная скорость в данной точке поперечного сеченияU , м/с определяется как
U =1,29 Hд . |
(13) |
i |
|
9.3 Средняя по сечению воздуховода скорость воздуха V , м/с
∑z U
V = |
i=1 |
, |
(14) |
|
z |
||||
|
|
|
где z – общее количество точек измерения.
9.4 Объемный расход воздуха Q , м3/с, для воздуховодов круглого сечения
Q =V F =V |
π D2 |
. |
|
(15) |
||
4 |
|
|
||||
|
|
|
|
|
||
9.5 Массовый расход воздуха m , кг/с |
|
|
|
|||
m = ρ Q = ρ V F = ρ V |
π D2 |
. |
(16) |
|||
4 |
||||||
|
|
|
|
|
||
Вопросы для письменного контроля
1.Расскажите все, что Вы знаете о давлении.
2.Какие виды давлений различают в вентиляционной технике? Какие приборы применяются для их измерения?
3.Измерение избыточных давлений (приборы, поправки).
4.Измерение относительной влажности воздуха.
5.Назовите состав влажного воздуха и основные параметры, определяющие его состояние, применительно к вентиляционной технике.
6.Определение величины истинного атмосферного давления.
7.Устройство и работа микроманометра типа ТНЖ.
8.Устройство и работа микроманометра типа ММН.
9.Поправки, учитываемые при измерении избыточных давлений.
10.Поправки, учитываемые при измерении избыточных давлений микроманометром с вертикальной трубкой.
14
11.Поправки, учитываемые при измерении избыточных давлений U -образным микроманометром.
12.Какие параметры определяют стандартное состояние воздуха?
13.Напишите вывод формулы для расчета поправки приведения измерений к стандартному состоянию воздуха.
14.Дайте понятие местной и средней скорости воздуха. Как определяется средняя скорость движения воздуха:
a)при ламинарном режиме.
b)при турбулентном режиме.
15.Дайте определение статического, динамического и полного давления. Что такое всасывающий и нагнетательный воздуховоды?
16.Покажите и объясните схемы измерения избыточных давлений во всасывающем воздуховоде.
17.Покажите и объясните схемы измерения избыточных давлений
внагнетательном воздуховоде.
18.Объясните, почему схема измерения динамического давления во всасывающем и нагнетательном воздуховодах одинакова?
19.Расскажите, как проверить и подготовить к работе микроманометр типа ММН.
20.Расскажите все, что Вы знаете о приемниках давления.
21.Покажите и разъясните устройство комбинированной пневмометрической трубки.
22.Поверка и разметка комбинированной пневмометрической трубки.
23.Методика измерения средней скорости и расхода воздуха методом исследования поля скоростей в воздуховоде с диаметром D = 500 мм.
24.Методика измерения средней скорости и расхода воздуха методом исследования поля скоростей в воздуховоде с размерами a = 200 мм и b = 300 мм.
25.Методика измерения средней скорости и расхода воздуха методом исследования поля скоростей в воздуховоде квадратного сечения со стороной a = 250 мм.
15
Лабораторная работа №2
ИЗМЕРЕНИЕ СРЕДНЕЙ СКОРОСТИ И РАСХОДА ВОЗДУХА В ВОЗДУХОВОДАХ С ПОМОЩЬЮ МЕСТНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ
1 Цель работы
Практическое освоение процесса тарирования местных сопротивлений, составляющего основу одного из способов контроля скорости и расхода воздуха в воздуховодах вентиляционных систем. Способ прост и оперативен. Он может быть использован для местного и дистанционного контроля скорости и объема перемещаемого воздуха, а также в системе комплексного автоматического контроля, регулирования и управления вентиляционными установками.
2 Основные теоретические положения
Местными сопротивлениями называют различного рода фасонные детали (отводы, тройники, диафрагмы, переходы и т.д.), изменяющие скорость, форму и направление движения потока. При движении потока в прямых воздухопроводах часть энергии затрачивается на преодоление сопротивлений по длине, вызванных вязкостным трением и вихреобразованием. Если поток меняет скорость, форму или направление движения, то возникают дополнительные потери давления , состоящие из потерь на удар и дополнительное вихреобразование. Они называются потерями в местных сопротивлениях.
Для расчета дополнительных потерь в любом местном сопротивлении Нм.с. , Па используется формула Вейсбаха
Нм.с. = |
ζм.с. |
ρ V 2 |
=ζм.с. Нд , |
(1) |
|
2 |
|||||
где ζ м.с. – |
|
|
|
||
коэффициент местного |
сопротивления, |
||||
определяемый экспериментальным путем и при турбулентном режиме являющийся постоянной величиной для данного местного сопротивления;
V – скорость движения потока воздуха, м/с;
Hд – величина динамического давления, Па.
16
Зная коэффициент и потери давления в местном сопротивлении, можно найти среднюю скорость воздуха V , м/с
V = |
2 H м.с. , |
(2) |
|
ρ ζм.с. |
|
а также объем перемещаемого воздуха Q , м3/с
Q = F |
2 Н |
|
ρ ζ |
м.с. . |
(3) |
м.с. |
|
Чтобы воспользоваться выражениями (2) и (3) необходимо иметь значения коэффициента местного сопротивления ζ м.с. и величину
потерь давления в данном сопротивлении.
Однако использование справочных данных по коэффициенту ζ м.с. может привести к значительным погрешностям при определении
скорости и расхода воздуха по следующим причинам:
–при изготовлении фасонных деталей возможны отклонения в их размерах от указанных в справочнике;
–могут быть нарушены правила установки местных сопротивлений в действующие вентиляционные системы.
Всвязи с этим фасонные детали, используемые для измерения скорости и объема перемещаемого воздуха, должны быть предварительно индивидуально протарированы.
Тарирование местного сопротивления – это процесс установления экспериментальным путем зависимости скорости и расхода воздуха от величины измеряемого давления. Протарировать возможно практически любое местное сопротивление, однако наиболее часто используют входные коллекторы (входные раструбы), входные коллекторы (сужающиеся переходы), присоединяемые к машине для ее аспирации, диафрагмы и шайбы, отводы.
Что касается величины измеряемого давления, то она может быть определена для любого местного сопротивления на основании уравнения Д. Бернулли.
Например, для входного коллектора (рисунок 1), находящегося между сечениями 0-0 и I-I, можно записать
Нст |
+ Нд |
= −Нст |
+ Нд |
+ Нпт , |
(4) |
0 |
0 |
1 |
1 |
0−1 |
|
т.к. Нст0 = 0 и Нд0 = 0 , а по формуле Дарси-Вейсбаха
17
|
|
Нпт |
= λ |
l |
Нд +ζк Нд , |
|
(5) |
||||||||
|
|
D |
|
||||||||||||
|
|
0−1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
то получаем |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
l |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Нст |
= Нд 1+λ |
|
|
|
|
+ζк . |
|
(6) |
|||||
|
|
|
D |
|
|||||||||||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Откуда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V = |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
Нст |
, |
(7) |
|
|
|
|
|
l |
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
||||
|
|
ρ |
1+λ |
|
|
+ζ |
к |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
D |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
где ρ – плотность стандартного воздуха, кг/м3; |
|
||||||||||||||
λ |
– |
коэффициент |
гидравлического |
сопротивления |
по |
||||||||||
длине; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
l – длина от входа в воздухопровод до сечения I-I, м; |
|
||||||||||||||
D – диаметр воздухопровода, м; |
|
|
|
||||||||||||
ζк |
– коэффициент сопротивления входного коллектора; |
||||||||||||||
Нст |
– величина статического давления в сечении I-I, Па. |
||||||||||||||
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 1
Т.о., величиной измеряемого давления для входного коллектора будет являться величина статического давления в сечении I-I.
Тогда скорость воздуха
V = a Hст , |
(8) |
1 |
|
а объем перемещаемого воздуха
Q = a F Hст |
=b |
Нст , |
(9) |
1 |
1 |
|
|
18 |
|
|
|
где a – тарировочный коэффициент входного коллектора по скорости;
b – тарировочный коэффициент входного коллектора по расходу воздуха.
Аналогично определяется измеряемое давление для других фасонных деталей.
Для односторонних диафрагм и шайб, находящихся между сечениями II-II и III-III уравнение Бернулли следует записать таким образом
−Нст |
+ Нд |
= −Нст |
+ Нд |
+ Нпт , |
(10) |
2 |
2 |
3 |
3 |
2−3 |
|
где Нд2 = Нд3 , т.к. воздуховод имеет постоянное сечение. Потери на участке между сечениями II и III равны
Нпт |
= λ |
l2−3 |
Hд +ζш Нд . |
(11) |
|
D |
|||||
2−3 |
|
|
|
||
|
|
|
|
Ввиду незначительной длины участка между сечениями II и III, потерями по длине можно пренебречь. Тогда зависимость между скоростью движения воздуха и измеряемым давлением выглядит следующим образом
V = |
2 |
∆Нст |
, |
(12) |
|
|
ρ ζш |
|
2 |
−3 |
|
|
|
|
|
||
или |
|
|
|
|
|
|
V = a |
∆Hст |
−3 |
, |
(13) |
|
|
2 |
|
|
|
где a – тарировочный коэффициент шайбы.
Величиной измеряемого давления в данном случае является разность (перепад) статических давлений.
Зависимость между объемом перемещаемого воздуха и измеряемым давлением в этом случае может быть представлена в виде
Q = a F ∆Hст |
−3 |
=b ∆Нст |
. |
(14) |
2 |
2 |
−3 |
|
Процесс тарирования любого местного сопротивления выполняется в следующей последовательности:
–задвижкой устанавливается скорость движения воздуха и при помощи комбинированной пневмометрической трубки и микроманометра типа ММН определяется средняя скорость воздуха в воздухопроводе методом исследования поля
19
скоростей. Одновременно фиксируется величина измеряемого давления;
– при данной скорости расчитывается объем перемещаемого воздуха;
– по результатам эксперимента определяются тарировочные коэффициенты a и b ;
– строятся тарировочные графики V = f (Hст1 ) или V = f (∆Hст )
и Q = f (H ст1 ) или Q = f (∆H ст ).
Протарированное местное сопротивление в дальнейшем может быть использовано для определения скорости и объема перемещаемого воздуха, для чего необходимо получать лишь величину измеряемого давления.
Тарировочный коэффициент местного сопротивления можно также получить расчетным путем.
Например, для входного коллектора
a' = |
|
2 |
|
|
|
|
|
, |
(15) |
|
|
l |
|
|
|
||||
|
ρ 1 |
+λ |
|
|
+ζ |
|
|
||
|
D |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
к |
|
||
где величину коэффициента |
λ в |
формуле (15) можно принять в |
|||||||
среднем равной 0,015 или вычислить по упрощенной формуле |
|
||||||||
|
λ = 0,013 + |
|
0,001 |
, |
(16) |
||||
|
|
|
D |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
где D – диаметр воздухопровода, м.
При этом коэффициент местного сопротивления входного
коллектора |
ζк необходимо взять по |
справочным |
таблицам, |
а |
коэффициент |
местного сопротивления |
шайбы ζш |
(диафрагмы |
с |
центральным круглым отверстием) рассчитать по следующему выражению
ζш = [0,707 п (1 −п)+ п−1]2 , |
(17) |
|
D |
2 |
(18) |
где п = |
|
. |
|
d |
|
|
|
Для того чтобы убедиться в необходимости тарирования фасонных деталей при их использовании в качестве приборов для измерения скорости и объема перемещаемого воздуха, необходимо
20