Laboratorium Napędów Hydraulicznych i Pneumatycznych. Badanie zjawisk towarzyszących wypływowi gazu ze zbiornika

Transkrypt

1 Lbortoriu Nędów Hydrulicznych i Pneutycznych Bdnie zjwis towrzyszących wyływowi gzu ze zbiorni Wiesłw GRZESIKIEWICZ Michł MKOWSKI. Wrowdzenie Cele ćwiczeni jest bdnie zjwis towrzyszących wyływowi gzu ze zbiorni rzez dyszę Bendenn. W trcie wyływu gzu ze zbiorni będą rowdzone oiry ciśnieni i teertury gzu ozostjącego w zbiorniu. Ćwiczenie słd się z dwu części bdń eseryentlnych n stnowisu lbortoryjny orz z bdń syulcyjnych rowdzonych w lbortoriu outerowy. Bdni doświdczlne zostną rzerowdzone n stnowisu lbortoryjny służący do bdń wyływu gzu ze zbiorni rzez dyszę Bendenn. Stnowiso to zostło wyosżone w czujnii ciśnieni i teertury orz outer lsy PC służący do zisywni dnych oirowych. Po rzerowdzeniu bdń eseryentlnych zostną rzerowdzone bdni nueryczne. W rogrie syulcyjny zostł oisny odel zjwis towrzyszących wyływowi gzu ze zbiorni.. Przebieg bdń eseryentlnych Bdni eseryentlne zostną rzerowdzone n stnowisu lbortoryjny służący do bdń wyływu gzu ze zbiorni rzez dyszę Bendenn, tóry zostł rzedstwiony n rysunu. Stnowiso słd się ze zbiorni gzu o objętości V 0 = orz zworów sterujących, tóre służą do nełnini i oróżnini zbiorni. Zwór wylotowy jest ołączony z dyszą Bendenn. N rysunu ozno schetycznie dyszę Bendenn. Stnowiso bdwcze jest wyosżone w zestw dysz o średnicy D = 4, D = 8, D 3 =. W trcie ćwiczeni zostną rzerowdzone bdni

2 rzy użyciu dyszy Bendenn o średnicy 8. Ciśnienie gzu wewnątrz zbiorni ierzone jest rzy oocy czujni ciśnieni o zresie 0 MP. Teertur gzu znjdującego się w zbiorniu ierzon jest z oocą terory o zresie 3 K 473 K. Ziny ciśnieni i teertury w trcie bdń rejestrowne są w ięci outer lsy PC wyosżonego w rtę oirową PCL. Rys.. Stnowiso bdń wyływu gzu rzez dyszę Bendenn Rys.. Dysz Bendenn

3 W trcie rowdzeni bdń zbiorni będzie nełniny owietrze do wrtości x. 0.6 MP. Po nełnieniu nleży odczeć, ż ustli się stł teerturę gzu znjdującego się w zbiorniu, oniewż odczs nełnini teertur gzu w zbiorniu wzrośnie. Zresy ciśnień oczątowych, dl tórych nleży wyonć ćwiczenie, zostną odne rzez rowdzącego. Zresy ciśnień oczątowych owinny być t dobrne, by uzysć nd- i odrytyczny wyływ gzu ze zbiorni rzez dyszę Bendenn. Uzysne wynii bdń eseryentlnych osłużą do identyficji retrów odelu oisującego zjwis towrzyszące wyływowi gzu ze zbiorni rzez dyszę Bendenn. 3. Wyływ gzu ze zbiorni rzez dyszę 3.. Przeływ gzu rzez dyszę Do oisu zjwis zchodzących z zbiorniu osłużyy się gze dosonły wyływjący ze zbiorni rzez dyszę Bendenn. W dnej chwili w zbiorniu znjduje się gz o ciśnieniu, gęstości i teerturze T. Złdy, że gz wyływ ze zbiorni rzez dyszę do tosfery. Zin retrów gzu wewnątrz zbiorni (ciśnienie i teertur) zleżn jest od sy gzu, tóry wyływ ze zbiorni. Wyływ gzu ze zbiorni rzez dyszę, rzy złożeniu rzeiny dibtycznej, ożey rzedstwić w ostci: gdy s r ρ w () gdy 0 s r ρ gdzie: wyłdni dibty; ciśnienie gzu znjdującego się w zbiorniu, ciśnienie tosferyczne, gęstość gzu znjdującego się w zbiorniu; Wrtość wsółczynni oreśljącego rodzj rzeływu (nd- lub odrytyczny) jest wyznczn n odstwie zleżności: s r () Po uwzględnieniu zleżności () równnie zchowni sy w zbiorniu rzyjuje nstęującą ostć: 3

4 4 r r - s 0 gdy s gdy ρ ρ G (3) Zleżność wyu sowego i zin ciśnieni odczs wylotu gzu jest rzedstwion n rysunu 3. N rysunu ty rzedstwiono wyres zin wyu sowego w zleżności od zin ciśnieni zewnętrznego () do ciśnieni w zbiorniu. N odstwie równni zchowni sy gzu ożey wyznczyć wye sy rzy wyływie gzu ze zbiorni, gdy ciśnienie w zbiorniu jest wyższe od ciśnieni rytycznego: * ρ G (4) Wrtość ciśnieni rytycznego jest obliczn n odstwie zleżności: r (5) Rys. 3. Wyres zin wyu sowego w zleżności od ciśnieni z dyszą i ciśnieni gzu w zbiorniu

5 Jeśli rozwżyy wyływ gzu ze zbiorni jo ubyte sy gzu znjdującego się w zbiorniu to zleżność (3) ożey rzedstwić w nstęującej forie: d G (6) 3.. Zin energii w zbiorniu Jeżeli złożyy, że nie zchodzi wyin cieł i rcy oiędzy gze znjdujący się w zbiorniu otoczenie. Wówczs energię wewnętrzną gzu znjdującego się w zbiorniu rzedstwiy w ostci: U c T (7) V gdzie: c V cieło włściwe gzu rzy stłej objętości, T teertur gzu w zbiorniu; N rysunu 4 rzedstwiono odel zbiorni wyełnionego gze. Rys. 4. Model zbiorni wyełnionego gze Entlię włściw gzu znjdującego się w zbiorniu ożn rzedstwić w ostci: e c T (8) P gdzie: c P cieło włściwe gzu rzy stły ciśnieniu; Zjwis zchodzące wewnątrz zbiorni oisujey równnie Cleyron zwne równnie stnu gzu dosonłego: V0 R T (9) gdzie: ciśnienie gzu znjdującego się w zbiorniu, V 0 objętość zbiorni, R stł gzow, T teertur gzu w zbiorniu, s gzu w zbiorniu; Po odstwieniu równni stnu gzu dosonłego do równni (8) wówczs entli włściw gzu rzyjuje ostć: 5

6 V cp (0) R e 0 Ntoist o odstwieniu równni stnu gzu dosonłego do równni (7) energię wewnętrzną gzu znjdującego się w zbiorniu oisujey zleżnością: V cv () R U 0 Przyrost energii wewnętrznej gzu znjdującego się w zbiorniu o stłej objętości oisujey: du cv V0 d () R W rzydu, gdy nie zchodzi wyin cieł z otoczenie (rzein dibtyczn) wyłdni dibty oisujey zleżnością: c P (3) cv Bilns energii gzu znjdującego się w zbiorniu z uwzględnienie wyiny cieł z otoczenie rzedstwiy w ostci: du gdzie: Q cieło doływjące do zbiorni; dq e d (4) Złdy uroszczony odel wyiny cieł gzu znjdującego się w zbiorniu z otoczenie ostci: dq λ (T T) (5) gdzie: wsółczynni wyiny cieł, T teertur otoczeni, T teertur gzu w zbiorniu; Po rzesztłcenich otrzyujey zleżność n zinę ciśnieni gzu znjdującego się w zbiorniu rzy uwzględnieniu wyiny cieł z otoczenie: d λ T R ( G) c V V0 (6) N odstwie wyznczonych retrów zin ciśnieni i sy w zbiorniu ożey wyznczyć rzebieg zin teertur n odstwie zleżności: V (7) R T 0 Przedstwione zleżności osłużyły do oisu zjwis towrzyszących wyływowi gzu ze zbiorni rzez dyszę Bendenn. 6

7 4. Bdni syulcyjne Po rzerowdzeniu bdń eseryentlnych zostną rzerowdzone bdni syulcyjne. Bdni te zostną wyonne rzy oocy rogru syulcyjnego Bni, tóry jest dostęny w rcowni outerowej Instytutu Pojzdów Politechnii Wrszwsiej. Progr syulcyjny owstł w orciu o tetyczny odel zjwis zchodzących odczs wyływu gzu ze zbiorni rzez dyszę Bendenn. Mtetyczny odel zjwis towrzyszących wyływowi gzu ze zbiorni zostł rzedstwiony w ostci równń różniczowych ierwszego rzędu: d G (8) gdzie d λ T R ( G) c V V0 (9) G s r ρ ρ - gdy gdy s r 0 s () W trcie bdń syulcyjnych nleży uwzględnić wruni oczątowe: (0) 0 (5) r (0) T(0) T 0 (6) (0) 0 (7) 0 V0 R T0 0 (8) Progr syulcyjny zostł orcowny w środowisu Mtlb/Siulin. Rysune 5 rzedstwi rogr syulcyjny w ostci schetu bloowego. W celu uruchoieni obliczeń nleży otworzyć rogr Mtlb i uruchoić rogr Bni w Siulinu. W onie dilogowy Mtlb nleży wrowdzić retry oczątowe, tóre nleży ustlić n odstwie wrtości oczątowych z bdń eseryentlnych. W trcie bdń syulcyjnych nleży wyznczyć wsółczynni λ t, 7

8 by wynii bdń syulcyjnych były zbliżone do wyniów uzysnych n odstwie bdń eseryentlnych. ' Ms ' Cisnienie T' T Teertur Rys. 5. Schet bloowy rogru syulcyjnego do bdni wyływu gzu ze zbiorni 5. Orcownie wyniów W srwozdniu nleży uieścić: - ois rzerowdzonych bdń eseryentlnych i syulcyjnych, - schet stnowis oirowego, - wyznczone retry odelu, dl tórych rzerowdzono bdni syulcyjne, - wyresy zin ciśnieni, sy gzu w zbiorniu orz teertury w funcji czsu, - wniosi z rzerowdzonych bdń; 6. Litertur [] Wiśniewsi S. Terodyni techniczn. WNT, Wrszw, 999. [] Buowsi J. Mechni łynów. PWN, Wrszw, 975. [3] Grzesiiewicz W. Hulce ojzdów szynowych. PWP, 98. [4] User s Guide Siulin, 8