1. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest zaoznanie się z metodą omiaru objętościowego natężenia rzeływu i wyznaczania średniej wartości rędkości łynu w r

Transkrypt

1 ZAKŁAD MECHANIKI PŁYNÓW I AERODYNAMIKI LABORATORIUM MECHANIKI PŁYNÓW ĆWICZENIE NR 2 WYZNACZANIE WYDATKU PŁYNU KRYZĄ ISA oracował: Piotr Strzelczyk Rzeszów

2 1. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest zaoznanie się z metodą omiaru objętościowego natężenia rzeływu i wyznaczania średniej wartości rędkości łynu w rurociągu na odstawie omiaru rzy użyciu zwężek omiarowych, na rzykładzie kryzy ISA. 2. Podstawy teoretyczne 2.1. Charakterystyka wybranych metod omiaru rędkosci Pomiar rędkości łynu nigdy nie jest omiarem bezośrednim, i zawsze oiera się na ewnych rawach fizycznych określających związek omiędzy mierzoną wielkością i olem rędkości. Z ostaci tej zależności z kolei wynika konstrukcja samego rzyrządu omiarowego. Ze względu na mierzoną wielkość fizyczną wyróżniamy oniżej wymienione metody omiarowe: 1. ciśnieniowe- wykorzystujące zależności wynikające z równania Bernoulliego i (lub) równanie ciągłości dla rzeływu jednowymiarowego. Mierzoną wielkością jest różnica ciśnień. Jedne z tych metod wykorzystują sondę Pitota lub sondę Prandtla, (tzw. sondy siętrzeniowe) inne z kolei wykorzystują tzw. zwężki omiarowe n. kryzę ISA, lub zwężkę Venturiego. W ierwszych dwóch rzyadkach rędkość wyznacza się na odstawie rożnicy ciśnienia siętrzenia i statycznego: ( ) V = 2 0 ρ (2.1.) dwie ozostałe wykorzystują związek omiędzy ciśnieniem statycznym rzed i za rzewężeniem (zwężką), który w ogólnym 2 12 rzyadku ma ostać: V2 = 2 1 m ρ (2.2.) gdzie wielkość: m:= A A ( d D) nazywa się modułem zwężki. wzór (2.2.) wyrowadzony został o rzyjęciu całego szeregu założeń uraszczających (łyn jest idealny), nie uwzględnia wływu lekości i ściśliwości rzeływającego medium. Sosób ostęowania w rzy raktycznych omiarach zostanie odany niżej. 2. termoanemometryczne- oarte są na zależniościach oisujących rzejmowanie cieła z nagrzanego drutu w funkcji rędkości naływającego strumienia (tzw wzór L. V. Kinga). Elementem omiarowym jest zwykle drut lub folia wykonana z materiału o niskiej rezystywności cielnej. 2

3 3. laserowa anemometroia dolerowska (LDA)- wykorzystuje w szerokim zakresie najnowsze najnowsze osiągnięcia w dziedzinie otyki (lasery), elektroniki jak i rzetwarzania sygnału. Zasada LDA wynika wrost z rac Ch. Dolera który (1842) wyjaśnił rzyczyny ozornego rzesunięcia częstotliwości ruchomego źródła światła fali monochromatycznej. Wykorzstuje się tu fakt, że jeżeli adająca wiązka światła o zadanej częstotliwości zostanie odbita rzez cząstkę zawieszoną w oruszającym się łynie (tzw. osiew) to częstotliwość rozroszonego światła, zmienia się w taki sosób, że różnica częstotliwości fali adającej i rozroszonej jest roorcjonalna do rędkości. 4. Inne metody omiarowe- należy tu wymienić: anemometry mechaniczne (skrzydełkowe, czaszowe), wykorzystujące wirnik z łaskimi łoatkami, miara rędkości rzeływu jest liczba obrotów wirnika w jednostce czasu. anemometr tyu Vortex wykorzystuje zjawisko zrzucania wirów z obocznicy walca umieszczonego rostoadle do osi rzeływu. Wiry te zrzucane są narzemiennie, w regularnych odstęach czasu i tworzą tzw. ścieżkę von Karmana. Pomiar rędkości olega na zliczaniu wirów schodzącyc w jednostce czasu. Powyższy rzegląd nie wyczeruje oczywiście wszystkich możliwych rozwiązań stosowanych w raktyce laboratoryjnej i rzemysłowej. 3. Stanowisko omiarowe Schemat stanowiska omiarowego został rzedstawiony na rysunku 2.1. Układ omiarowy składa się z odcinka rurociągu z wbudowaną kryzą z rzytarczowym omiarem ciśnienia różnicowego = 1-2, i otworem imulsowym do omiaru ciśnienia statycznego, oraz rostownicy ulowej. Układ naędzany jest zesołem naędowym złożonym z wentylatora romieniowego i silnika elektrycznego. Po tłocznej stronie wentylatora znajduje się odcinek rurociągu z zabudowanym na wylocie elementem dławiącym. W skład układu wchodzą również trzy manometry Recknagla służące odowiednio do omiaru różnicy ciśnienia statycznego i atmosferycznego: a -, różnicy ciśnień: = 1-2 oraz różnicę ciśnień: a Przebieg ćwiczenia 1. Podłączyć elementy układu omiarowego jak na rysunku Odczytać z barometru wartość ciśnienia atmosferycznego a 3. Odczytać wartość temeratury owietrza T 4. Za omocą sychrometru Assmana wyznaczyć wilgotność względną owietrza ϕ 5. Ustawić manometry w ołożeniu omiar. 6. Element dławiący ustawić w skrajnym zewnętrznym ołożeniu. 3

4 7. Srawdzić drożność rurociągu i rzewodów łączących manometr z otworami imulsowymi. 8. Uruchomić zesół naędowy. 9. Dla szeregu ołożeń elementy dławiącego zanotować wskazania manometrów Recknagla: a -; ; a - 1 wyrażone w milimetrach słua wody. 10. Wycofać element dławiący do olożenia skrajnie zewnętrznego. 11.Wyłączyć wentylator. 12.Manometry ustawić w ołożeniu zamknięte. wentylator odśrodkowy rostownica A wlot silnik elektryczny a 2 1 a 14 szczegół A element dławiący Φ 145 Φ 90 kierunek naływu 45 o 2 1 Rys 2.1. Schemat stanowiska omiarowego Wyniki omiarów zestawiamy w tabeli: a =...[mm Hg] T=...K ϕ=...[-] a - a - 1 [mm H 2 O] 4

5 5. Oracowanie wyników omiarów Masowe natężenie rzeływu wyznaczamy na odstawie wzorów odanych w normie PN-93/M-53950/01, zgodną z ISO :1991: π 2 Cε1 m = d 2 ρ 4 1 (2.3.) 4 1 β gdzie: β=d/d rzewężenie, d-średnica gardzieli D-średnica rurociągu,ρ 1 -gęstość owietrza odowiadająca ciśnieniu 1, a wsółczynnik rzeływu C dla rzytarczowego sosobu omiaru dany jest wzorem Stoltza: C = β β β (2.4.) ReD rzy czym: VD Re D = (2.5.) ν gdzie: V-średnia rędkość rzeływu w rurociągu obliczona na odstawie wydatku. ν-kinematyczny wsółczynnik lekości. Wsółczynnik eksansji ε 1 uwzględniający ściśliwość medium określa wzór: 4 ε1 = 10 ( β ) (2.6.) κ 1 gdzie: κ=c c wykładnik adiabaty Poisson a.(dla owietrza: κ=1.4 ). v Wydatek objętościowy wyznacza się jako: QV = m ρ (2.7.) Wydatek wyznacza się na drodze iteracyjnej. Gęstośćowietrza wilgotnego oblicza się ze wzoru: ( ϕpn ) TN ρ= ρn + ϕρ Pn (2.8.) N T gdzie indeksy N odnoszą się do warunków fizycznych normalnych a indeksy Pn do ary nasyconej w temeraturze T Uwaga: Wszystkie obliczenia rowadzimy w układzie jednostek SI. 6. Literatura uzuełniająca 1. Polska Norma PN-93/M-53950/01; 2. PROSNAK Wł. J. Mechanika Płynów ; Tom 1 PWN, Warszawa 1970; 5

6 3. ROSZCZYNIALSKI W., TRUTWIN W., WACŁAWIK J. Koalniane Pomiary Wentylacyjne, Wydawnictwo Śląsk, Katowice 1992 Dodatek A: rzykładowy rogram komuterowy do wyznaczania wydatku łynu kryzą ISA rogram Kryza1; Uses DOS,CRT,Printer; Const Ka=1.40; Var Beta,C,Qv,Qm, D_1,es1,Dd,d,Ni: Re,Re_ini,Re_old,D_,1,a,Ro,Ro1: Real; Real; { } function XdoY(XX,YY: Real):Real; { Obliczanie otęgi XX^YY} begin XdoY:=Ex(YY*Ln(XX)); end; {of XdoY} { } rocedure Czytajto; {Czytanie danych wejściowych} begin Writeln(' Podaj Dd d [m] Re_ini:'); Readln(Dd,d,Re_ini); Writeln('Podaj a d1 Dk [Pa]:'); Readln(a,D_1, D_); Writeln( Podaj Ro Ro1 [kg/m^3]: ); 6

7 Readln(Ro,Ro1); Writeln( Podaj ni [m^2/s]: ); Readln(Ni); 1:=a-D_1; end;{of Czytajto} { } rocedure Kryza; {Obliczanie arametrow rzeływu} { na odstawie PN-93/M-53950/01} Var V_sr: Real; begin beta:=d/dd; C:= *XdoY(beta,2.1)-0.184*XdoY(beta,8); C:=C *XdoY(beta,2.5)*XdoY((1E+06/Re),0.75); es1:=1-( *xdoy(beta,4))*d_/ka/1; Qm:=C/SqRt(1-XdoY(beta,4))*es1*Pi/4*d*d*SqRt(2*D_*Ro1); Qv:=Qm/Ro; V_sr:=4*Qv/Pi/Dd/Dd; Re:=V_sr*D/Ni; end; {of Kryza} { } {Program Glowny} begin Czytajto; Re:=Re_ini; Writeln(Re:10:2); Reeat Re_old:=Re; Kryza; Until ABS(Re-Re_old)<100; Writeln(' Qv=',Qv:10:5,' [m^3/s] Re=',Re:8:2,' C=',C:10:5,' es1=',es1:10:8); Reeat Until Keyressed end. {of Kryza} 7

8 8