9172

40

Зная одну из величин температурного эффекта tx или tг , можно для данного значения μ найти другую.

На рис. 4.2 показаны графики, характеризующие типовые зависимости

между величинами tx , tг и μ для адиабатной вихревой трубы при различных величинах π степени расширения.

Максимального значения величина tx достигает обычно при значениях

μ = 0,2...0,3. Увеличение доли холодного потока выше указанных значений приводит к повышению температуры этого потока (уменьшению величины tx )

из-за подмешивания к охлажденному потоку части нагретого газа внутри каме-

ры разделения. При μ = 1 происходит полное перемешивание обоих потоков,

поэтому tx = 0, что соответствует условию энергетического баланса адиабат-

ной вихревой трубы.

Снижение расхода μ от 0,2...0,3 до 0 также повышает температуру tx

(уменьшает tx ). В этом случае причиной повышения температуры холодного потока является интенсивный подсос относительно теплого окружающего воз-

духа внутрь трубы через приосевую область отверстия диафрагмы вследствие образования вакуума в приосевой зоне камеры разделения при достаточно

большом открытии дроссельного вентиля на выходе горячего потока.

Для энергетической характеристики вихревой трубы используют также величину qx удельной холодопроизводительности, отнесенной к 1 кг посту-

41

Рис. 4.2. Температурные характеристики и холодопроизводительность адиабатной вихревой трубы: 1 – π = 9; 2 –π = 5

42

4.3Описание экспериментальной установки

Ввихревую трубу 1 подают из компрессора сжатый воздух, давление ко-

торого можно регулировать входным вентилем 2. Температуру t1 сжатого воз-

духа замеряют лабораторным ртутным термометром 3, а его давление p1 – об-

разцовым пружинным манометром 4.

Холодный и горячий потоки поступают из вихревой трубы соответствен-

но в ресиверы 5 и 6, откуда выходят через мерные сопла 7 и 8, служащие для измерения расходов Мх и Мг этих потоков.

Давления pх и pг в ресиверах измеряют с помощью U – образных водяных манометров 9 и 10, а температуры tх и tг – лабораторными ртутными термомет-

рами 11 и 12.

Расходы горячего и холодного потоков (величину μ) можно изменять по-

средством дроссельного вентиля 13. Диаметры отверстий мерных сопел 7 и 8

равны 18 мм.

4.4 Проведение опыта и обработка результатов испытаний

Перед включением установки необходимо проверить правильность со-

единения всех измерительных приборов. Медленно открывая входной вентиль

постоянным во все время проведения испытаний. В случае изменения давления необходимо регулировать его вентилем 2.

43

Рис. 4.3. Схема экспериментальной установки: 1 – вихревая труба; 2 – входной вентиль; 3, 11, 12 – термометры; 4, 9, 10 – манометры; 5, 6 – ресиверы; 7, 8 – мерные сопла; 13 – дроссельный вентиль

Перед началом опытов дроссельной вентиль 13 должен быть полностью закрыт.

Для снятия характеристик вихревой трубы в первой точке необходимо открыть вентиль 13 примерно на 15 % и, спустя минуту – полторы после уста-

новления стационарного режима, записать показания манометров 9, 10

( pх, pг ) и термометров 3, 11, 12 (t1, tx, tг).

Подобным образом необходимо провести последовательно несколько опытов при открытии вентиля 13 на 30, 45, 60, 75, 90 %.

После окончания последнего опыта выключить установку, полностью за-

крыв вентиль 2, и приступить к обработке полученных результатов.

Все полученные данные сводят в таблицу 4.1 измерений и обработки опытных данных.

где В, Па – барометрическое давление во время проведения опытов.

Абсолютные температуры в ресиверах определяют из соотношений:

Величину π определяют по формуле:

по среднему значению избыточного давления pх .

4.5 Оценка погрешностей опыта

Количественной оценкой точности результатов измерений является отно-

сительная ошибка, определяемая как частное от деления абсолютной ошибки x измерения на абсолютное значение измеряемой величины x:

σ x . x

Относительная ошибка измерения величин tх (4.1) и tг (4.2) составляет:

Абсолютная ошибка измерения лабораторным ртутным термометром

t1 tх tг 0,1 С.

Относительная ошибка определения величины qх (4.14) составляет:

Относительная ошибка определения величины μ (4.4) составляет:

Относительная ошибка определения расходов воздуха (4.16) и (4.17) при

α 1 const составляет:

46

Относительная ошибка измерения площади сопла F π d2 при условии

4

dх dг 18 мм и d 0,1 мм составляет:

Относительная ошибка измерения плотностей (18) составляет:

Относительная ошибка измерения давлений в ресиверах при условии

B = const составляет:

Абсолютная ошибка измерения перепадов давления на мерных соплах

( pх ) ( pг ) 1 мм вод. ст. Величины pх и pг в уравнения (4.24), (4.25), (4.28) подставляют в мм вод. ст. Погрешность измерений определить для одного из средних опытов, начиная расчеты с уравнения (4.29).

4.6Контрольные вопросы

1.Что такое вихревая труба?

2.Принцип работы вихревой трубы.

3.Основные элементы экспериментальной установки.

4.От чего зависит температурный эффект вихревой трубы?

5.Порядок проведения эксперимента.

4.7Задания для УИРС

Выполнить исследование вихревой трубы для трех-четырех значений π степени расширения. Построить зависимость температурного к.п.д. ηt и адиа-

батного к.п.д. ηq от величины π.

47

5. Лабораторная работа № 5.

«Исследование сопла Лаваля на переменных режимах»

5.1 Цель работы

Получение опытного распределения давлений и скоростей вдоль расши-

ряющегося сопла при различных отношениях π0 давлений воздуха на выходе из сопла к давлению на входе в сопло.

5.2 Краткие теоретические сведения

Газовый поток принято характеризовать с помощью системы взаимосвя-

занных безразмерных параметров (функций).

В качестве аргумента выбрана приведенная скорость λ, представляющая собой отношение скорости газа к критической скорости в данном сечении ка-

нала:

48

Последнее уравнение позволяет по известным отношениям давлений оп-

ределить приведенные скорости в различных сечениях по длине канала, а затем,

по формуле (5.1) и абсолютные скорости газового потока.

Уравнение (5.5), как и другие, аналогичные ему функциональные зависи-

мости, затабулировано, что значительно облегчает соответствующие расчеты. В

данном описании приведена Таблица 5.2 значений π и λ для имеющегося в ла-

бораторной работе диапазоне изменения этих величин при k = 1,4.

5.3 Описание экспериментальной установки

Опыты по исследованию сопла Лаваля производятся на установке, схема которой изображена на рис. 5.1.

Сжатый воздух из компрессора подводится к ресиверу 1 и попадает далее к исследуемому осесимметричному расширяющемуся соплу 2. За соплом уста-

новлена расширительная камера 3, откуда воздух отводится в систему выхлопа.

Регулировка режима осуществляется вентилем В1, установленным на вхо-

де в ресивер.

Для проведения работы в процессе эксперимента необходимо измерять давление p0 и температуру t0 полного торможения перед расширяющимся со-

плом, противодавление p2 и распределение статических давлений pi вдоль со-

пла.

Измерение давления p0 и температуры t0 производится непосредственно в ресивере перед соплом с помощью образцового пружинного манометра и ртут-

ного термометра. Давление за соплом p2 измеряется водяным манометром, а

измерение статических давлений pi вдоль оси сопла осуществляется мановаку-

умметрами, соединенными с дренажными отверстиями, расположенными непо-

средственной на стенке сопла.

Следует иметь ввиду, что все измеряемые давления являются избыточ-

ными, и поэтому обозначены на рис. 5.1 буквой p с индексом «штрих».

Для получения абсолютных величин к ним необходимо добавить величи-

ну атмосферного давления.

49

5.4 Методика проведения опыта и обработка опытных данных

Перед включением установки необходимо проверить правильность со-

единения всех измерительных приборов. Полностью открыть вентиль В2 и за-

тем, медленно открывая вентиль В1, установить в ресивере 1 такое начальное

на π0 приблизительно на 0,1 меньше, чем в первом опыте, и повторяющийся все предыдущие измерения.

Подобным образом нужно провести последовательно несколько опытов

при значениях величины π0 , отличающихся одно от другого на 0,1.

Полученные данные сводятся в таблицу 5.1 измерений и обработки опыт-

ных данных. Такая таблица заполняется для каждого значений величины π0 .

Давления В, p0 , p2 и pi заносятся в таблицу 5.1 в размерности соответ-

ствующей показанию шкалы измерительного прибора. Абсолютные давления p0 , p2 и pi определяются из соотношения p p B , где В – атмосферное давление полного торможения, считается постоянным по всей длине канала и