POLITECHNIKA CZESTOCHOWSKA WYDZIAL INZYNIERII PROCESOWEJ, MATERIALOWEJ I FIZYKI STOSOWANEJ Katedra Pieców Przemyslowych i Ochrony Srodowiska Termodynamika i technika cielna Cwiczenie nr 8 Pomiar strumienia rzelywu za omoca kryzy i rurki Prandtla.
Tematy do rzygotowania:. Cisnienie calkowite, statyczne i dynamiczne.. Predkosc rzelywu. 3. Strumien rzelywu. 4. Przyrzady do omiaru strumienia rzelywu. 5. Budowa i zasada dzialania rurki Prandtla. 6. Budowa i zasada dzialania kryzy. W srawozdaniu nalezy zamiescic:. Cel cwiczenia.. Schemat stanowiska badawczego. 3. Tabele z otrzymanymi wynikami omiarów i obliczen. 4. Wnioski. Cel cwiczenia Celem cwiczenia jest wyznaczenie strumienia rzelywu za omoca zwezki i rurki Prandtla. Rurka sietrzajaca (rurka Prandtla) Porzez bezosrednie wyznaczenie rozkladu cisnienia dynamicznego mozna obliczyc srednia redkosc i strumien objetosciowy. Zgodnie z równaniem Bernouliego, omijajac cisnienie niwelacyjne, mozna zaisac: c = s + d () Przez umieszczenie rurki sietrzajacej w lynacym medium mozna okreslic anujace w wybranym unkcie rzekroju cisnienie calkowite (na czole rurki) i statyczne (rzez otwory w laszczu). Róznica tych cisnien stanowi cisnienie dynamiczne d = c s () gdzie: d cisnienie dynamiczne,, c cisnienie calkowite,, s cisnienie statyczne,. Cisnienie dynamiczne lynu zalezy od jego redkosci i gestosci ρ = w d, znajac cisnienie dynamiczne mozna wyznaczyc redkosc rzelywu medium z zaleznosci w = d ρ, m/s (3) gdzie: w redkosc rzelywu, m/s,? gestosc czynnika w warunkach rzelywu, kg/m 3, która oblicza sie ze wzoru: ( b + s) To ρ = ρo, kg/m 3 T o (4) gdzie:? 0 gestosc czynnika w warunkach umownych, kg/um 3,
b cisnienie barometryczne,, s cisnienie statyczne,, 0 cisnienie dla warunków umownych, 0 =035, T temeratura czynnika, K, T 0 temeratura czynnika w warunkach umownych, T 0 =73,5 K. Rurka sietrzajaca Prandtla umozliwia omiar cisnienia calkowitego i statycznego, a róznica tych cisnien to cisnienie dynamiczne. Imulsy cisnienia mierzy sie manometrami. Rurke Prandtla nalezy umieszczac równolegle do kierunku rzelywu tak, aby jej os nie byla odchylona wiecej jak 0º od kierunku strumienia, gdyz tylko taki uklad zaewnia dokladny omiar. Pomiar cisnienia owinien byc wykonywany w miejscu, w którym rzelyw odbywa sie bez zaklócen. Pomiar nalezy wykonywac na rostym odcinku tak, aby miejsce omiaru bylo oddalone za rzeszkoda nie mniej niz 0 dlugosci srednic i rzed rzeszkoda nie mniej niz 5 dlugosci srednic. A - A B - B S d 8-0 d A A L PS PS PC 0.3 d 0. d B B 0 Rys.. Rurka sietrzajaca Prandtla Strumien objetosciowy czynnika oblicza sie wg wzoru V = w Sr A, m 3 /s (5) Wykonanie omiarów - zmierzyc cisnienie dynamiczne w unktach omiarowych za omoca rurki sietrzajacej Prandtla wsólracujacej z mikromanometrem Recknagla lub manometrem cyfrowym, - zmierzyc temerature i cisnienie statyczne w rzewodzie oraz cisnienie barometryczne, - obliczyc redkosc srednia i strumien objetosciowy, - wyniki omiarów i obliczen zamiescic w tabeli. Pomiar strumienia objetosciowego za omoca kryzy normalnej Do omiaru strumienia objetosciowego mozna uzywac róznego rodzaju elementów 3
sietrzajacych umieszczonych w rzewodzie i umozliwiajacych omiar bezosredni. Jednym z takich elementów sietrzajacych jest kryza normalna, która oblicza sie wg normy PN EN ISO 567 : 004 (U). s d 0. D 0.5 D D'=(.00-.0) D Przysteujac do obliczenia srednicy kryzy nalezy ustalic: V max - maksymalny strumien objetosciowy czynnika, m 3 /h, D t - srednica rurociagu w temeraturze rzelywu, mm,? - gestosc czynnika w warunkach rzelywu, kg/m 3, T - temeratura czynnika, K, - cisnienie czynnika,, b - cisnienie barometryczne,, max - maksymalne cisnienie czynne, na które zbudowany jest rzelywomierz,. Przed rozoczeciem wlasciwych obliczen nalezy srawdzic czy liczba Reynoldsa (Re), charakteryzujaca rzelyw znajduje sie w zakresie stalosci liczby rzelywu (rys. 3). Strumien objetosciowy rzedstawia wzór V max = 0, 0039986 ε m d max v gdzie: a - liczba rzelywu, e?- liczba eksansji, m - modul zwezki, Rys.. Kryza normalna z unktowym omiarem cisnienia róznicowego α (6) d m = D max - cisnienie czynne,, v - objetosc wlasciwa rzelywajacego czynnika, m 3 /kg, d - srednica zwezki, m, D - srednica wewnetrzna rurociagu, m. Podczas rzelywu rzez rzewezenie gestosc ar i gazów zmienia sie wg równan termodynamicznych. Uwzglednia sie to wrowadzajac orawke tzw. liczbe eksansji e, która 4
jest mniejsza lub równa. Liczba ta w rzyadku gazów i ar odbiega od tym bardziej im wieksze jest cisnienie czynne w stosunku do cisnienia bezwzglednego rzed zwezeniem. Liczba eksansji zalezy równiez od wykladnika izentroy, wg którego czynnik owinien sie teoretycznie rozrezac. a 0,84 0,8 0,80 m=0,7 0,78 0,76 Re0 graniczne 0,74 m=0,6 0,7 0,70 m=0,5 0,68 0,66 m=0,4 0,64 m=0,3 0,6 m=0, 0,60 m=0,05 0,58 0,3 0,4 0,5 3 4 5 0 0 30 40 50 00 00 300 0 4 Re Rys. 3.Zaleznosc liczby rzelywu a od liczby Re i modulu m 5
Liczbe eksansji okresla sie na odstawie nomogramu rzedstawionego na rys.4. κ 0,99 0 0,0 0,0 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,98 m=0,8 0,97 0,96 m=0,7 m=0,6 a=,6 7 0,95 m=0,5 0,4 0,3 a=,4 a=,3 0,94 0,05 0, 0, 0,0 0,9 0,93 0,94 0,95 0,96 0,97 0,98 0,99,00 Rys. 4. Nomogram do wyznaczania liczby eksansji e dla 0, 08 i dowolnych wartosci? e 6
Ze wzgledów raktycznych stosuje sie wzór na strumien objetosciowy w ostaci V = C, m 3 /h (7) gdzie C jest wielkoscia stala charakteryzujaca zwezke ( stala zwezki ), która oisuje wzór C = 0,0039986 α ε d (8) ρ Znajomosc stalej C charakteryzuje kryze i jest omocna w razie wymiany rzelywomierza lub zmiany jego zakresu omiarowego. Wykonanie omiarów i oracowanie wyników Pomiar strumienia objetosciowego nalezy wykonac w wybranych unktach omiarowych modelowego rurociagu owietrznego uzywajac rurki Prandtla i zwezki. W tym celu nalezy zmierzyc za omoca mikromanometru Recknagla cisnienie calkowite i statyczne w rzyadku rurki sietrzajacej oraz cisnienia rzed i za zwezka. Nastenie wykorzystujac zaleznosci odane w czesci teoretycznej oraz nomogramy wyznaczyc strumien objetosciowy owietrza. Pomiary nalezy rzerowadzic dla minimum trzech róznych strumieni objetosciowych owietrza. Wyniki omiarów i obliczen zamiescic w tabeli, której wzór zamieszczono onizej. Porównac wartosci strumienia objetosciowego wyznaczone za omoca rurki Prandtla i zwezki. Wyniki omiarów i obliczen strumienia objetosciowego Tabela Srednica rurociagu D=..., m Temeratura dla warunków rzeczywistych t=..., C Pole rzekroju rurociagu F=..., m Cisnienie barometryczne..., Wyniki omiarów i obliczen dla rurki Prandtla Wyniki omiarów i obliczen dla zwezki c, s, d, w, m/s V, m 3 /s,, Re m a e V, m 3 /s 7
LITERATURA. Biernacki M.: Laboratorium z mechaniki lynów i hydrauliki, Wyd. Politechniki Gdanskiej, Gdansk 995.. Cwiczenia laboratoryjne z mechaniki lynów, Praca zbiorowa od red. Z. Ewertowskiej-Madej, Wyd. Wyzszej Szkoly Inzynierskiej, Koszalin 994. 3. Kotlewski F.: Pomiary w technice cielnej, WNT, Warszawa 97. 4. Kruszynski S., Boryca J., Krezolek I., Wyczólkowski R., Janda T.: Cwiczenia laboratoryjne z Termodynamiki i techniki cielnej, Skryt SWPCz, Czestochowa 006. 5. Kruszynski S.: Technika cielna cwiczenia laboratoryjne, Skryt Politechniki Czestochowskiej, Czestochowa 990. 6. Kulesza J.: Pomiary cielne, WNT, Warszawa 993. 7. Kuratow T.: Pomiary rzelywów cieczy, ar i gazów, Slask, Katowice 967. 8. Laboratorium z termodynamiki i dynamiki rzelywów, Praca zbiorowa od red. A. Ambrozika, Politechnika Swietokrzyska, Kielce 995. 9. Michalowski M., Ciuba Z., Machniewicz J., Zieba A.: Badania i omiary cielne ieców w hutnictwie zelaza, Slask, Katowice 973. 0. stucha L., Mielczarek E.: Podstawy termodynamiki technicznej, Wyd. Politechniki Czestochowskiej, Czestochowa 998.. Wernicki Z., Morel S.: Oaloznawstwo i urzadzenia energetyczne cwiczenia laboratoryjne, Wydawnictwo Politechniki Czestochowskiej, Czestochowa 97. 8