ĆWICZENIE I POMIAR STRUMIENIA OBJĘTOŚCI POWIETRZA. OPORY PRZEPŁYWU PRZEWODÓW WENTYLACYJNYCH

Transkrypt

1 ĆWICZENIE I POMIAR STRUMIENIA OBJĘTOŚCI POWIETRZA. OPORY PRZEPŁYWU PRZEWODÓW WENTYLACYJNYCH CEL ĆWICZENIA Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z metodą pomiaru strumienia objętości powietrza przy pomocy kryzy znormalizowanej i rurki Prandtla oraz określania oporów przepływu w przewodach wentylacyjnych. WYKONYWANE POMIARY Po uruchomieniu silnika napędzającego wentylator ( n = const ) podłączony do przewodu wentylacyjnego należy wykonać następujące pomiary: pomiar temperatury powietrza - t o pomiar ciśnienia barometrycznego - p b pomiar wilgotności względnej powietrza - φ pomiary średnic: przewodu wentylacyjnego D średnicy kryzy d pomiar długości przewodów wentylacyjnych - L pomiary ciśnień: - nadciśnienie statyczne w rurociągu przed kryzą p 1 punkt pomiarowy p 1 - ciśnienie różnicowe z kryzy p punkt pomiarowy p 15 - nadciśnienie statyczne w rurociągu za kryzą p punkt pomiarowy p 16 - nadciśnienia statyczne w rurociągu - pkty pomiarowe:,3,,5,6,7,13,1,18,0,1 - pomiary ciśnień dynamicznych przy pomocy rurki Prandtla. OBLICZENIA DO SPRAWOZDANIA obliczenie strumienia objętości przepływającego powietrza - V obliczenie prędkości przepływu powietrza w rurociągu - w obliczenie strat ciśnienia na skutek tarcia w rurociągu - p t obliczenie strat ciśnienia na skutek oporów lokalnych - p lok (dla punktów wyznaczonych przez prowadzącego ) obliczenie strumienia objętości powietrza na podstawie pomiarów rurką Prandtla Sprawozdanie ma zawierać: schemat stanowiska pomiarowego z zaznaczonymi punktami pomiarowymi, wyniki pomiarów w tabeli podpisane przez prowadzącego, obliczenia, wykres rozkładu miejscowych prędkości na podstawie pomiarów rurką Prandtla.

2 Algorytm obliczeń strumienia objętości powietrza 1. OBLICZENIE STRUMIENIA OBJĘTOŚCI POWIETRZA ( KRYZA ) w obliczeniach nie uwzględniamy rozszerzalności cieplnej rurociągu i kryzy, ( temperatura powietrza jest niższa niż 0 o C ) d przewężenie kryzy pomiarowej β =, sprawdzić warunek dla kryzy pomiarowej D β = gęstość powietrza wilgotnego w warunkach roboczych ( pi ϕ pp ) Tn 3 ρ 1 = ρn + ϕ ρ", kg/m pi = pb + p1 T1 = 73 + to pn T1 K1 K 1 względny współczynnik ściśliwości przy ciśnieniu p I i temperaturze T 1. współczynnik lepkości dynamicznej powietrza η 1 w temperaturze t o, tymczasowa wartość współczynnika przepływu C dla Re = 10 6 C = f ( rodzaj kryzy, Re, β ) - odczytać z tablicy sprawdzenie zależności: pi p 0,75 pi wykładnik izentropy dla powietrza κ odczyt z tablicy, obliczenie liczby ekspansji: ε 1 = f (rodzaj kryzy, β, κ, p /p I ) p = p b + p 16 p I = p b + p 1 strumień masy powietrza m C π m & = ε1 d p ρ1, kg / s 1 β liczba Reynoldsa Re D m& Re D = π η1d dokładna wartość współczynnika przepływu C C = f ( rodzaj kryzy, Re D, β ) - odczytać z tablicy zrewidowana wartość strumienia masy m C π m & = ε1 d p ρ1, kg/ s 1 β strumień objętości powietrza w warunkach roboczych V m V& & = 3, m /s ρ1 prędkość przepływu powietrza w rurociągu - w V w =, m/s F

3 . OBLICZENIE STRAT CIŚNIENIA NA SKUTEK TARCIA określenie charakteru przepływu - liczba Re wdρ1 Re = η1 obliczenie liczby tarcia - λ dla ruchu laminarnego (Re < 3000) dla ruchu turbulentnego: 3000 < Re < λ = 6 Re 0,5 λ = 0,316 Re 6 Re λ = 0, Re < Re < λ = 0, Re obliczenie strat ciśnienia na skutek tarcia w ρ1 L pt = λ, N / m D L długość całkowita rurociągu pomiarowego 3. STRATY CIŚNIENIA NA SKUTEK OPORÓW LOKALNYCH Dla wybranych punktów należy obliczyć współczynnik oporów miejscowych [ζ] korzystając z zależności: p lok w ρ = ζ 1, N / m Wartości p lok zostały zmierzone dla wybranych punktów.. OBLICZENIE STRUMIENIA OBJĘTOŚCI [RURKA PRANDTLA] wyznaczenie prędkości przepływu powietrza - w do pomiarów jest używana znormalizowana rurka Prandtla prędkość przepływu po wietrza można obliczyć z zależności na obliczanie ciśnienia dynamicznego p dyn w =, m/s ρ1 prędkość średnią w przekroju pomiarowym obliczamy jako średnią arytmetyczną z prędkości określonych w poszczególnych punktach pomiarowych. 1 w n obliczenie strumienia objętości powietrza - V V = w Sr F, m 3 /s ( w + w + ) śr = 1 w n, m/s

4 PRZEPŁYWY PŁYNÓW PODSTAWOWE POJĘCIA PŁYN ŚCIŚLIWY - ciecz, para i gaz, których objętość właściwa zmienia się wraz ze zmianą ciśnienia. STRUMIEŃ PŁYNU iloraz ilości płynu przepływającego przez przekrój przewodu i czasu przemieszczenia się tej ilości płynu przez ten przekrój. STRUMIEŃ OBJĘTOŚCI strumień płynu wyrażony w jednostkach objętości mierzony w otworze wylotowym maszyny (m 3 /s, m 3 /h) V. PRZEPŁYW USTALONY prędkość i kierunek przepływu płynu w tym samym przekroju strugi jest stała w czasie. RODZAJE PRZEPŁYWÓW: przepływ laminarny (uwarstwiony, warstwowy), przepływ turbulentny (burzliwy). Charakter przepływu określa kryterium podobieństwa hydrodynamicznego, liczba Reynoldsa w Dh w D h ρ Re = = ν η gdzie: w średnia prędkość przepływu, m/s D h hydrauliczna średnica przewodu, m ν współczynnik lepkości kinematycznej, m /s ρ gęstość płynu, kg/m 3 η współczynnik lepkości dynamicznej, kg/(m s) MASOWE RÓWNANIE CIAGŁOŚCI STRUGI F 1 w1 F w F w = = const, v1 v v = kg/ s RÓWNANIE BERNOULLIEGO w 1 ρ w ρ p1 + = p + = pc =const POMIAR STRUMIENIA PŁYNU ZA POMOCĄ ZWĘŻEK POMIAROWYCH kryza kryza znormalizowana, kryza symetryczna,, dysza dysza ISA 193, dysza o dużym promieniu, zwężka Venturiego klasyczna zwężka Venturiego, dysza Venturiego. Równanie do obliczania strumienia masy płynu (dla wszystkich zwężek): C π m& = ε1 d p ρ1,kg/ s 1 β

5 PRZYRZĄDY DO POMIARU CIŚNIENIA manometr cieczowy dwuramienny (U-rurka) Przyrząd elementarny stanowi szklana, wygięta w kształcie litery U rurka o pionowych ramionach wypełnionych częściowo cieczą manometryczną o znanej gęstości. Manometr ten mierzy różnicę ciśnień działających na swobodne powierzchnie cieczy w rurkach. p1 p = h ρ g manometr z rurką pochyłą (manometr Krella, manometr Recknagla) W celu zwiększenia dokładności pomiaru niewielkich ciśnień stosuje się przyrządy, w których dokonuje się pomiaru długości słupka cieczy w pochyłym ramieniu. h = l sinα mikromanometr kompensacyjny (mikromanometr Askania) Przyrząd do pomiaru małych wysokości słupa cieczy z dużą dokładnością. Przed rozpoczęciem pomiarów należy zwrócić uwagę na dokładne ustawienie przyrządu według poziomicy (15) 1 króciec niższego ciśnienia, 11 króciec wyższego ciśnienia, naczynie z cieczą, 9 podziałka milimetrowa, 13 podziałka 0.01 milimetra, 5 obrotowa głowica, 6 śruba regulacyjna,

6 manometr pierścieniowy (waga pierścieniowa) p 1 = p p 1 > p W manometrze pierścieniowym mierzoną różnicę ciśnień równoważy ciśnienie hydrostatyczne cieczy manometrycznej mierzy się jednak nie różnicę poziomów, lecz kąt wychylenia przyrządu z położenia równowagi początkowej. Wychyleniu słupa cieczy towarzyszy zakłócenie równowagi statycznej przyrządu, zaś nowe położenie równowagi jest funkcją różnicy ciśnień. W przypadku różnicy ciśnień (p 1 > p ) ciecz przemieszcza się i powstaje różnica poziomów (h) spełniająca warunek p = p 1 - p = h ρ g. Powoduje to powstanie momentu obrotowego zależnego od p, promienia pierścienia R i jego przekroju wewnętrznego A. Na skutek działania tego momentu cały pierścień obraca się o kąt φ, przy czym ustala się nowy stan równowagi gdy moment pochodzący od ciężaru części ruchomych G zrównoważy moment od ciśnienia. AR p = sinϕ Gr Wagi pierścieniowe odznaczają się dużą czułością i dokładnością umożliwiającą zmierzenie różnic ciśnienia rzędu 10 Pa. Opracował: dr inż. Marian Siudek