Pomiar prędkości i natęŝenia przepływu za pomocą rurek spiętrzających

Transkrypt

1 Pomiar prędości i natęŝenia przepływu za pomocą rure spiętrzających Instrucja do ćwiczenia nr 8 Miernictwo energetyczne - laboratorium Opracowała: dr inŝ. ElŜbieta Wróblewsa Załad Miernictwa i Ochrony Atmosfery Wrocław, grudzień 2008 r.

2 I. WSTĘP Pomiary za pomocą rure spiętrzających mają na celu wyznaczenie miejscowej prędości przepływającego płynu. MoŜna je podzielić na dwie grupy: do pomiaru ciśnienia całowitego p c ruri o róŝnej onstrucji, do pomiaru ciśnienia dynamicznego p d. Rys. 1. Ruri spiętrzające do pomiaru ciśnienia całowitego: a) rura usytuowana poprzecznie do ierunu przepływu, b) rura usytuowana wzdłuŝnie do ierunu przepływu (rura Pitota), c) rura Kiela odznaczająca się małą wraŝliwością na odchylenie jej osi od ierunu przepływu [1] Ciśnienie całowite p c moŝe być mierzone za pomocą ruri Pitota, zaś statyczne p s na ściance anału, ja na rys. 2. NaleŜy zwrócić uwagę, aby sładowa wetora prędości równoległa do osi otworu w ściance anału była równa zeru, tj, płyt powinien przepływać równolegle do ściani anału. W ten sposób ciśnienie statyczne p s moŝe być zmierzone prawidłowo. Ruri spiętrzające przedstawione na rys. 1a stosowane są do pomiaru ciśnienia całowitego p c w anałach o więszych średnicach orz jao tzw. ruri uśredniające do pomiaru średniej prędości przepływu w anale. W rurach uśredniających liczba otworów na czołowej tworzącej rury jest więsza, zwyle wynosi 4 8. Otwory te rozmieszczone są wzdłuŝ osi rury ta, aby mierzyć ciśnienie całowite w róŝnych puntach przeroju 2

3 poprzecznego anału wzdłuŝ jego średnicy w przewodach o przeroju ołowym lub wzdłuŝ przeątnej w przewodach o prostoątnym przeroju poprzecznym. Rys. 2. Schemat pomiaru ciśnienia dynamicznego p d za pomocą U-ruri: 1 rura Pitota, 2 U-rura, 3 przewód, 4 uszczelnienie ruri [1] Na rys. 1b przedstawiona jest rura Pitota. Jej modyfiacją jest rura Prandtla (rys. 3). Ciśnienie statyczne p s mierzone jest na bocznej powierzchni ruri zewnętrznej, w miejscu, gdzie wetor prędości jest równoległy do osi ruri Prandtla. Przy zastosowaniu ruri Prandtla do pomiaru prędości przepływu nie ma onieczności wiercenia otworów w ściance anału do pomiaru ciśnienia statycznego, ja ma to miejsce w przypadu ruri Pitota. Rys. 3. Schemat ruri Prandtla [1] 3

4 Do pomiaru prędości płynu stosowane są równieŝ ruri spiętrzające usytuowane poprzecznie do ierunu przepływu płynu (rys. 4). Rura przedstawiona na rys. 4a umoŝliwia znalezienie ierunu przepływu płynu. W tym celu rurę naleŝy usytuować w strumieniu płynu ta, aby ciśnienia całowite w otworach a i b były jednaowe. Tego typu ruri są szeroo stosowane w tunelach aerodynamicznych i badaniach maszyn przepływowych. Na rys. 4b przedstawiona jest rura z otworem do pomiaru ciśnienia statycznego usytuowanym w tylnej części ruri. W rurce na rys. 4c o przeroju wadratowym pomiar ciśnienia statycznego odbywa się równieŝ w tylnej jej części. W obszarze za rurą, w pobliŝu jej powierzchni worzą się zwyle wiry i wetor prędości płynu nie jest styczny do powierzchni rury i mierzone ciśnienie moŝe się znacznie róŝnić od ciśnienia statycznego. Rys. 4. Schematy rure spiętrzających usytuowanych poprzecznie do ierunu przepływu: a) rura umoŝliwiajaca wyznaczenie ierunu przepływu płynu, b) rura uśredniająca (Accutube i Annubar), c) rura uśredniająca firmy Honeywell; a, b otwory, w prędość płynu [1] Ruri spiętrzające usytuowane poprzecznie do ierunu przepływu płynu stosuje się często jao ruri uśredniające do pomiaru średniej prędości płynu w przeroju poprzecznym anału. Na czołowej tworzącej rury znajduje się wówczas ila otworów do pomiaru ciśnienia całowitego w róŝnych odległościach od ściani anału. Przyłady pomiaru prędości średniej za pomocą rure uśredniających w anale o przeroju prostoątnym i ołowym przedstawiono na rys. 5. Ruri mierzą uśrednione ciśnienie, natomiast ciśnienie statyczne p s mierzone jest w otworach wywierconych w ściance anału. 4

5 Rys. 5. Pomiar średniej prędości płynu za pomocą rure uśredniających: a) anał o przeroju prostoątnym, b) anał o przeroju ołowym [1] Ruri uśredniające stosowane są w przewodach o duŝej średnicy lub przy duŝym przeroju porzecznym. II. WYKONANIE POMIARÓW I OBLICZEŃ Wyonanie ćwiczenia na stanowisu pomiarowym (rys. 6) polega na wyznaczeniu współczynnia poprawowego 1 i 2 przy pomiarze strumienia masy przepływającego powietrza, odpowiednio dla rure uśredniających RU i manometru grzebieniowego MG. Ruri uśredniające wstawione są do rurociągu o średnicy d w pozycji rzyŝowej. Manometr grzebieniowy to zespół rure Prandtla, z tórych wartości ciśnień z poszczególnych puntów pomiarowych, rozmieszczonych równomiernie w całym przeroju rurociągu, zbierana jest w ciśnienie uśrednione. Wyznaczenia współczynniów doonuje się przez porównanie obliczonego strumienia masy powietrza płynącego przez zwęŝę (przyjmowaną jao wzorzec) do strumieni masy powietrza przepływającego przez RU i MG. Pierwszym roiem jest wyznaczenie gęstości powietrza płynącego w rurociągu z wentylatora: pzw p b ± p 1,293 t W olejnych roach wymagane wartości ciśnień w poszczególnych puntach pomiarowych odpowiednio wg wzorów: 5

6 p den g h lub p p b + p zw Strumień masy powietrza płynący przez zwęŝę pomiarową: C εa 4 1 β zw pzw zw Wyznaczenie wartości współczynniów poprawowych: dla rure uśredniających 1 mru A RU dla manometru grzebieniowego 2 mmg A MG Następnie oblicza się wartość masowego strumienia natęŝenia powietrza płynącego w rurociągu z umieszczonymi w nim rurami uśredniającymi i manometrem grzebieniowym: mru mmg 1 1 w 2 2 w RU MG Z wyliczonych wartości wyznacza się teŝ średnią prędość powietrza w anale: w w p RU p MG Liczba Rejnoldsa: Re wd ν Zadaniem studentów jest sporządzenie wyresów zaleŝności 1 f(re), 2 f(re) 6

7 LITERATURA [1] Taler D., Pomiar ciśnienia, prędości i strumienia przepływu płynu, Uczelniane Wydawnictwa Nauowo-Dydatyczne, Kraów 2006 [2] Negrusz A., Stańda J., Badania procesów termoenergetycznych, cz. I, Politechnia Wrocławsa, Wrocław 1980 [3] Miernictwo energetyczne, praca zb. pod red. Negrusza A., Sąsiada M., Politechnia Wrocławsa, Wrocław 1977 [4] Laboratorium procesów termoenergetycznych, tom I, pod red. Negrusza A., Politechnia Wrocławsa, Wrocław