задание2. 1. Цель работы Определение расхода воздуха через канал с конфузорнодиффузорной вставкой Описание задачи

• Название: 1. Цель работы Определение расхода воздуха через канал с конфузорнодиффузорной вставкой Описание задачи
• Дата: 14.05.2023
• Размер: 268.53 Kb.
• Имя файла: задание2.docx
• Тип: Документы; #1129848

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«Тольяттинский государственный университет»

Архитектурно-строительный институт
Центр архитектурных, конструктивных решений и организации строительства

08.03.01 Строительство

(код и наименование направления подготовки, специальности)

Промышленное и гражданское строительство

(направленность (профиль) / специализация)


задание №2
по учебному курсу «Механика жидкости и газа»
Вариант 4(при наличии)

Студент	Грибовский Александр Владимирович (И.О. Фамилия)
Группа	СТРбдо-2103а (И.О. Фамилия)
Преподаватель	Сайриддинов Сайриддин Шахобович (И.О. Фамилия)

Тольятти 2023

1. Цель работы: Определение расхода воздуха через канал с конфузорно-диффузорной вставкой
Описание задачи

Необходимо произвести обработку экспериментальных данных, определить расход воздуха через два заданных канала, например, в одну и другую сторону, и определить, на сколько отличается расход воздуха через один канал по отношению к расходу через другой заданный канал, построить график зависимости расхода воздуха от перепада давлений, сделать вывод.

Экспериментальные исследования пропускной способности впускных каналов различной конфигурации проводились при стационарном режиме течения на вакуумной установке (рисунок 2), включающей вакуумный насос 1, трубопровод 2, вакуумметр 3, ртутный манометр 4 и сопло Лаваля 5, входная часть которого конфузор (сужающийся канал) под углом 60°, а выходная часть – диффузор (расширяющийся канал) с углом раскрытия 14° с входным и выходным диаметрами 42 и 30 мм и внутренним диаметром в критическом сечении 12 мм. Перед входом в данное сопло устанавливались исследуемые каналы с входным и выходным диаметрами 29 мм, сужающиеся и расширяющиеся под углом 60 и 15°, с разным внутренним диаметром: 10, 12, 14 и 19 мм и другие каналы при различном перепаде давлений в стационарном режиме течения. Пример данного канала представлен на рисунке 3. При этом замер давления для расчета расхода воздуха производился в критическом сечении сопла 5 с помощью ртутного манометра 4.

Воздух в систему каналов поступал из атмосферы, т. е. на входе было атмосферное давление p* (1 бар), на выходе – разрежение (pсист.) варьировалось перепуском воздуха в системе от 0,94 до 0,7 бар и замерялось с помощью вакуумметра.



Рисунок 2 – Схема экспериментальной установки для стационарных продувок



Рисунок 3 – Канал с конфузорно-диффузорной вставкой
2. Исходные данные

Варианты каналов и значения давлений в критическом сечении сопла для расчета расхода воздуха при различном перепаде давлений Δp=pсист./p* (отношении разрежения в системе к давлению окружающей среды) представлены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 – Варианты исследуемых каналов и замеренные значения давлений в критическом сечении сопла p, мм рт. ст.

Δp № канала	0,94	0,92	0,9	0,88	0,86	0,84	0,82	0,8	0,78	0,75	0,7
3	43	57	72	83	94	103	113	124	133	146	170
4	30	39	50	63	73	86	100	111	123	140	170

Исходные данные давления и температуры окружающей среды представлены в таблице 2.2.

Таблица 2.2 – Давление и температура окружающей среды

№ канала	p*, мм рт. ст.	Т*, К
3, 4	764	296

Варианты заданий даны в таблице 2.3. Номер варианта определяется по первой букве фамилии студента.

Таблица 2.3 – Варианты заданий Первая буква фамилии студента	Вариант	Номера каналов для расчета из таблицы 2.1	Вариант	Номера каналов для расчета из таблицы 2.1
А,Б,В	01	1, 2	11	1, 7
Г,Д,Е	02	3, 4	12	1, 8
Ё,Ж,З	03	5, 6	13	1, 9
И,Й,К	04	7, 8	14	1, 10
Л,М,Н	05	9, 10	15	3, 5
О,П,Р	06	11, 12	16	4, 6
С,Т,У	07	1, 3	17	5, 7
Ф,Х,Ц	08	1, 4	18	6, 8

3. Расчетная часть
Расход воздуха G, кг/с, для каждого замеренного значения давления в критическом сечении сопла с учетом исходных данных определяем по формуле:

, (3.1)

где ρ – плотность воздуха в критическом сечении измеряемого сопла, кг/м3;

w – скорость воздуха в критическом сечении сопла, м/с;

f – площадь критического сечения сопла, м2.

Площадь критического сечения сопла f, м2, находим по формуле:

, (3.2)

где d – диаметр измерительного сопла в критическом сечении, м; d = 0,012 м.

Плотность и скорость воздуха находим через газодинамические функции

1) Определяем приведенное давление πk по формуле:

(3.3)

где р – измеренное давление в критическом состоянии сопла (по ртутному манометру), мм рт.ст;

p* – 764 давление окружающей среды, замеренное по барометру, мм рт. ст.

Внесем рассчитанные значения в таблицу для каналов 3-4.

Для канала 3

p	43	57	72	83	94	103	113	124	133	146	170
	0.89	0.85	0.81	0.78	0.75	0.73	0.7	0.68	0.65	0.62	0.55

Для канала 4

p	30	39	50	63	73	86	100	111	123	140	170
	0.92	0.90	0.87	0.84	0.81	0.77	0.74	0.74	0.68	0.63	0.55

2) Определяем температуру воздуха в критическом сечении мерного сопла T, К, по формуле:

(3.4)

где Т* 296 – температура окружающей среды, К;

k – показатель адиабаты, для воздуха k = 1,4

Внесем рассчитанные значения в таблицу для каналов 3-4.

Для канала 3

p	43	57	72	83	94	103	113	124	133	146	170
	0.89	0.85	0.81	0.78	0.75	0.73	0.7	0.68	0.65	0.62	0.55
T	265	253	241.1	232	223	217	208	202	193	185	164

Для канала 4

p	30	39	50	63	73	86	100	111	123	140	170
	0.92	0.90	0.87	0.84	0.81	0.77	0.74	0.74	0.68	0.63	0.55
T	274	268	259	250	241	229	220	211	202	188	164

3) Определяем число Маха M по формуле:

(3.5)

Внесем рассчитанные значения в таблицу для каналов 3-4.

Для канала 3

p	43	57	72	83	94	103	113	124	133	146	170
	0.89	0.85	0.81	0.78	0.75	0.73	0.7	0.68	0.65	0.62	0.55
T	265	253	241.1	232	223	217	208	202	193	185	164
M	0.76	0.92	1.07	1.17	1.28	1.35	1.45	1.53	1.63	1.73	2.01

Для канала 4

p	30	39	50	63	73	86	100	111	123	140	170
	0.92	0.90	0.87	0.84	0.81	0.77	0.74	0.74	0.68	0.63	0.55
T	274	268	259	250	241	229	220	211	202	188	164
M	0.63	0.72	0.85	0.96	1.07	1.21	1.31	1.42	1.53	1.69	2.01

4) 4. Определяем скорость звука a, м/с, по формуле:

(3.6)

где R – газовая постоянная, для воздуха R = 287 Дж/кг∙К.

Внесем рассчитанные значения в таблицу для каналов 3-4.

Для канала 3

p	43	57	72	83	94	103	113	124	133	146	170
	0.89	0.85	0.81	0.78	0.75	0.73	0.7	0.68	0.65	0.62	0.55
T	265	253	241.1	232	223	217	208	202	193	185	164
M	0.76	0.92	1.07	1.17	1.28	1.35	1.45	1.53	1.63	1.73	2.01
a	326	319	311	305	299	295	289	285	278	273	257

Для канала 4

p	30	39	50	63	73	86	100	111	123	140	170
	0.92	0.90	0.87	0.84	0.81	0.77	0.74	0.74	0.68	0.63	0.55
T	274	268	259	250	241	229	220	211	202	188	164
M	0.63	0.72	0.85	0.96	1.07	1.21	1.31	1.42	1.53	1.69	2.01
a	332	328	323	317	311	303	297	291	285	275	257

5) Определяем скорость воздуха в критическом сечении w, м/с, по формуле:

(3.7)
Внесем рассчитанные значения в таблицу для каналов 3-4.

Для канала 3

p	43	57	72	83	94	103	113	124	133	146	170
	0.89	0.85	0.81	0.78	0.75	0.73	0.7	0.68	0.65	0.62	0.55
T	265	253	241.1	232	223	217	208	202	193	185	164
M	0.76	0.92	1.07	1.17	1.28	1.35	1.45	1.53	1.63	1.73	2.01
a	326	319	311	305	299	295	289	285	278	273	257
w	248	293	333	357	383	398	419	438	453	472	517

Для канала 4

p	30	39	50	63	73	86	100	111	123	140	170
	0.92	0.90	0.87	0.84	0.81	0.77	0.74	0.74	0.68	0.63	0.55
T	274	268	259	250	241	229	220	211	202	188	164
M	0.63	0.72	0.85	0.96	1.07	1.21	1.31	1.42	1.53	1.69	2.01
a	332	328	323	317	311	303	297	291	285	275	257
w	209	236	275	304	333	367	389	413	436	465	517

6) Из уравнения состояния находим плотность окружающей среды ρ*, кг/м3, по формуле:

(3.8)
7) Определяем плотность воздуха в критическом сечении ρ, кг/м3, по формуле:

(3.9)
Внесем рассчитанные значения в таблицу для каналов 3-4.

Для канала 3

p	43	57	72	83	94	103	113	124	133	146	170
	0.89	0.85	0.81	0.78	0.75	0.73	0.7	0.68	0.65	0.62	0.55
T	265	253	241.1	232	223	217	208	202	193	185	164
M	0.76	0.92	1.07	1.17	1.28	1.35	1.45	1.53	1.63	1.73	2.01
a	326	319	311	305	299	295	289	285	278	273	257
w	248	293	333	357	383	398	419	438	453	472	517
pкр.сеч	3.75	2.56	1.76	1.37	1.05	0.89	0.7	0.58	0.46	0.37	0.21

Для канала 4

p	30	39	50	63	73	86	100	111	123	140	170
	0.92	0.90	0.87	0.84	0.81	0.77	0.74	0.74	0.68	0.63	0.55
T	274	268	259	250	241	229	220	211	202	188	164
M	0.63	0.72	0.85	0.96	1.07	1.21	1.31	1.42	1.53	1.69	2.01
a	332	328	323	317	311	303	297	291	285	275	257
w	209	236	275	304	333	367	389	413	436	465	517
pкр.сеч	5.15	4.18	3.04	2.31	1.76	1.24	0.97	0.75	0.58	0.41	0.21

8) Определяем массовый расход воздуха G, кг/с, по формуле (3.1):


Внесем рассчитанные значения в таблицу для каналов 3-4.

Для канала 3

p	43	57	72	83	94	103	113	124	133	146	170
	0.89	0.85	0.81	0.78	0.75	0.73	0.7	0.68	0.65	0.62	0.55
T	265	253	241.1	232	223	217	208	202	193	185	164
M	0.76	0.92	1.07	1.17	1.28	1.35	1.45	1.53	1.63	1.73	2.01
a	326	319	311	305	299	295	289	285	278	273	257
w	248	293	333	357	383	398	419	438	453	472	517
pкр.сеч	3.75	2.56	1.76	1.37	1.05	0.89	0.7	0.58	0.46	0.37	0.21
G	0.105	0.084	0.066	0.055	0.045	0.04	0.033	0.029	0.024	0.019	0.012

Для канала 4

p	30	39	50	63	73	86	100	111	123	140	170
	0.92	0.90	0.87	0.84	0.81	0.77	0.74	0.74	0.68	0.63	0.55
T	274	268	259	250	241	229	220	211	202	188	164
M	0.63	0.72	0.85	0.96	1.07	1.21	1.31	1.42	1.53	1.69	2.01
a	332	328	323	317	311	303	297	291	285	275	257
w	209	236	275	304	333	367	389	413	436	465	517
pкр.сеч	5.15	4.18	3.04	2.31	1.76	1.24	0.97	0.75	0.58	0.41	0.21
G	0.122	0.112	0.095	0.079	0.066	0.051	0.043	0.035	0.029	0.022	0.012

По полученным значениям расхода воздуха строим график зависимости через заданные каналы через заданные каналы.


Рисунок 4 – Зависимости массового расхода воздуха (G) от отношения давления на выходе к давлению на входе (Δp = pсист./p*) через измерительное сопло с конусными участками (60 и 15 градусов) (15 и 60 градусов) без дополнительного канала;
Вывод: в данной работе я научился рассчитывать расход воздуха (G) в определенных каналах, который зависит от перепада давлений. Построили график зависимости расхода воздуха (Рис.4). Из которого мы видим, что измерительное сопло с конусными участками (15 и 60 градусов) без дополнительного канала, расходует большее количество воздуха, чем измерительное сопло с конусными участками (60 и 15 градусов).