Методичка web 2013 Лаборат

Изменение расхода воздуха осуществляется открытием всасывающего патрубка вентилятора. Это достигается с помощью передвижной пластины 2, имеющей различные по величине отверстия.

Лабораторная установка имеет следующие размеры: внутренний диаметр трубопровода Д = 146 мм, диаметр отверстия в нормальной диафрагме d = 100 мм, величина отношения квадратов диаметров отверстия диафрагмы и трубопровода

m= d2 / Д2 = 0,47.

4.4.Измерение скорости и расхода газа с помощью пневмометрических трубок

Измерение скорости газа пневмометрическими трубками сводится к измерению динамического напора потока газа.

Полное давление в рассматриваемом сечении потока газа равно сумме статического и динамического давлений:

Статическое давление Рст – это давление, которое показал бы манометр, перемещающийся вместе с газом, или давление, которое производит на стенку канала газ, движущийся параллельно этой стенке.

Динамическое давление Рд – это давление, которое воз-

никает в потоке газа при его полном торможении, другими словами, это именно то избыточное давление, под действием которого истечение газа через сопло будет происходить со скоростью, равной скорости потока газа.

Динамическое давление Рд связано со скоростью потока газа соотношением:

Отсюда скорость движения газа, м/с:

где – плотность протекающего газа, кг/м3.

Плотность протекающего газа определяется из выраже-

где Рабс – абсолютное статическое давление газа в потоке, Па;

Т– температура газа, К.

Если показание барометра Рбар выражено в Паскалях, а показание манометра, измеряющего статическое давление газа Рст, выражено в миллиметрах столба рабочей жидкости, то абсолютное статическое давление Рабс (Па) определится по выражению:

Рабс = Рбар + Рст = Рбар + g hст · (ρ' – ρср) = Рбар + g hст, (7)

где g – ускорение свободного падения, м/с2; hст – показания дифманометра, мм вод. ст; ρ' – плотность рабочей жидкости, кг/м3

(для воды ρ = 1000 кг/м3);

ρср – плотность среды над рабочей жидкостью (воздуха), кг/м3;

Учитывая, что ρ>>ρср, после преобразований получим Рст = g hст.

Измерение полного давления газа производится открытой трубкой, установленной навстречу потоку, а статического давления – через отверстие на поверхности цилиндрического участка трубы 5 (Риc. 1).

12

Так как для определения скорости газа нужно знать только разность указанных давлений, согласно формуле (3), то можно обе трубки присоединить к U-образному дифманометру.

Динамическое давление (Па), с учетом преобразований (7), определится выражением:

где hд – показания дифманометра, мм вод. ст.

На основании совместного решения уравнений (5, 6, 7 и 8) получим выражение для определения скорости движения газа, м/с:

Если трубка установлена вдоль геометрической оси потока газа, то мы найдем значение так называемой осевой скорости газа Со. Средняя же по сечению потока скорость газа будет меньше Со и определится из соотношения:

где – коэффициент, величина которого зависит от числа Рейнольдса, лежащего в пределах от 10000 до 100000. Значение может быть принято равным 0,84.

Зная среднюю скорость потока газа С и площадь сечения канала (трубы) F, можно определить часовой расход газа (кг/ч) из соотношения:

где F – площадь поперечного сечения канала, м2.

13

4.5. Измерение расхода газа при помощи дроссельной диафрагмы (шайбы)

Нормальная дроссельная диафрагма (шайба) представляет собой тонкий стальной диск (Рис. 1) с круглым проходным отверстием, располагаемым концентрично относительно стенок трубы. Диаметр проходного отверстия шайбы делается меньше внутреннего диаметра трубопровода Д. Отношение квадратов которых выполняется обычно равным 0,05-0,8.

При протекании вещества через отверстие диафрагмы его кинетическая энергия возрастает, а потенциальная соответственно уменьшается. Это приводит к возникновению разности статических давлении, т.е. перепаду давлений перед и за диафрагмой. Данная величина может быть измерена с помощью дифференциального манометра.

Зная диаметр проходного отверстия шайбы d, плотность вещества , протекающего по трубопроводу, и перепад давлений Р, вызванный протеканием вещества через шайбу, можно вычислить расход вещества.

Составляя уравнение расхода вещества, после ряда преобразований, найдем формулу для определения массового расхода:

где а – исходный коэффициент расхода шайбы, который может быть определен для нормальных шайб по специальным графикам в зависимости от величины m;

– поправочный коэффициент, учитывающий расширение вещества, протекающего по трубопроводу. Величина его также может быть определена по специальным графикам;

k – поправочный коэффициент, учитывающий тепловое расширение дроссельной шайбы;

14

d – диаметр проходного отверстия шайбы;

Р – перепад давлений вещества при прохождении через шайбу;

– плотность измеряемого вещества, соответствующая его состоянию перед шайбой.

Учитывая, что температура воздуха в трубопроводе равна температуре помещения, а перепад давления воздуха при прохождении через диафрагму весьма мал, то в соответствии с

Правилами 28-64 комитета стандартов, мер и измери-

тельных приборов для данной лабораторной установки коэффициенты принимают следующие значения:

а = 0,69; = 0,995; k = 1.

Перепад давлений (Па), с учетом преобразований (7) находится из выражения:

где h – показания дифманометра, мм вод. ст.

После подстановки в уравнение (12) значений коэффициентов и выражения (13) поручим:

5.Методика проведения испытаний

иобработка опытных данных

5.1.Порядок проведения работы.

Перед проведением испытаний необходимо ознакомиться с опытной установкой, проверить заполнение манометров рабочей жидкостью (водой) и изучить правила техники безопасности.

15

Далее следует заготовить протокол (таблицу) для записи результатов испытаний.

Перед началом опыта с помощью передвижной пластины установить определенную степень открытия входного отверстия, вентилятора. Затем включить вентилятор и произвести запись показаний проборов.

Опыт проводить для трех степеней открытия входного отверстия вентилятора с 4-х кратной повторностью каждого измерения.

5.2. Обработка опытных данных.

Расчет скорости движения и расхода газа производится на основании значений измеряемых величин, которые находятся из результатов 4-х повторных измерений, по формуле:

где Хi – результат отдельного измерения;

n – число повторных измерений одной и той же величины. Согласно теории ошибок для среднего значения изме-

где Х – предельная ошибка измерения величины данным прибором, которая обычно равна половине деления его шкалы.

Относительная ошибка измерения величины в процен-

тах равна:

ХХ ср Х ср 100. (17)

ср

16

Таблица 1

Таблица результатов измерений

Для скорости газа, вычисляемой по показаниям пневмометрических трубок, относительная ошибка определяется из выражения:

Для расхода газа, определяемого по пневмометрическим трубкам, ошибка составит:

Все участники испытаний должны соблюдать правила техники безопасности, нарушение которых может привести к несчастному случаю.

18

6.1.Не трогать без надобности никаких деталей оборудования, кнопок, электропроводов, рубильников и движущихся деталей работающей установки.

6.2.Не бегать, обходить скользкие места, покрытые маслом, водой или другой жидкостью.

6.3.Не включать лабораторную установку без разрешения преподавателя.

6.4.Перед пуском вентилятора необходимо убедиться в его исправности и отсутствии посторонних предметов в его корпусе, а также лиц, занимающихся осмотром установки или

ееизучением.

6.5.Пускать установку следует только с помощью собственного выключателя.

6.6.В процессе работы установки, во избежание несчастного случая, категорически запрещается смотреть в нагнетательный канал, перекрывать его руками, касаться предметами или руками рабочих лопаток центробежного колеса.

6.7.Если произошел несчастный случай или замечены неисправности, следует немедленно выключить пусковой рубильник установки или главный рубильник силового шкафа.

6.8.После окончания испытаний сразу же отключить вентилятор установки.

7. Составление отчета

Отчет по лабораторной работе должен включать следующее:

7.1.Наименование и цель работы.

7.2.Необходимые приборы, и оборудование.

7.3.Схему опытной установки.

7.4.Таблицы данных наблюдений и результатов расчета.

7.5.Выполненный расчет.

7.6.Анализ результатов испытаний и выводы по работе.

19

Контрольные вопросы

1.Как устроена и работает вентиляционная установка?

2.Назовите основные методы измерения скорости и расхода газа.

3.Что подразумевается под статическим, динамическим и полным напором?

4.Как измерить статический, динамический и полный напор газа в канале?

5.На основании каких уравнений определяется скорость потока и плотность газа в канале, а также массовая производительность вентилятора?

6.Как определяется абсолютная и относительная ошибка измерения?

7.Какие основные правила техники безопасности необходимо соблюдать при использовании вентиляционной установки?

20