Лабораторные работы гидромеханика. Методические указания. 2020 sunspire
 Скачать 5.64 Mb.
|
|
2020 ©SUNSPIRE | www.sunspire.site 74 Рисунок 12.2 – Измерение статического давления во всасывающем трубопроводе с помощью дифференциального спиртового манометра Статическое давление во всасывающем трубопроводе (P st1 , кгс/м 2 ) определяется по формуле 1000 sp 1 U t1 H P s , (4) где H U1 – разность отметок жидкости в образной трубке дифференциального манометра, мм. спиртового столба. Рисунок 12.3 – Измерение мощности вентилятора с помощью стрелочного киловаттметра H U1 Виртуальная лаборатория гидромеханики 2020 ©SUNSPIRE | www.sunspire.site 75 Статическое давление на выходе из нагнетательного трубопровода установки соответствует атмосферному давлению (P st2 =P atm ). Частота вращения вала вентилятора (об./мин) фиксируется по стрелочному тахометру, расположенному в правой верхней части измерительного стенда. Мощность вентилятора (кВт) фиксируется по стрелочному киловаттметру, расположенному в правой части измерительного стенда. Следует обратить внимание, что шкала прибора градирована неравномерно (рисунок 12.3). ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ Цели лабораторной работы Получение аэродинамических характеристик вентилятора ( Q cur , n, P fan и η) и сравнение их с номограммой центробежного вентилятора. Порядок действий и обработка экспериментальных данных 1. Включить электродвигатель вентилятора, установить начальное открытие задвижки и определить текущий расход воздуха. 2. Определить разрежение в коллекторе по микроманометру. 3. Измерить статическое давление во всасывающем трубопроводе с помощью дифференциального манометра. 4. Снять показания с тахометра и киловаттметра. 5. Рассчитать скорости воздуха (мс) во всасывающем и нагнетательном трубопроводе ; (5) P cur 2 S Q V , (где S S , S P – площади поперечных сечений всасывающего и нагнетательного трубопроводов, м (в данной модели лабораторной установки S S = 0,057 мм м. 6. По полученным значениям скоростей воздушного потока во всасывающем и нагнетательном трубопроводах определить динамические составляющие полного давления воздуха (кгс/м 2 ): g V P dyn 2 2 1 0 1 ; (7) g V P dyn 2 2 2 0 2 (8) Виртуальная лаборатория гидромеханики 2020 ©SUNSPIRE | www.sunspire.site 76 7. Определить полное давление, развиваемое вентилятором, по уравнению баланса давлений r1 r2 yn1 yn2 fan s s d d P P P P P (9) 8. Вычислить коэффициент полезного действия вентилятора 1000 fan cur N g P Q , (10) где N – мощность вентилятора, кВт (по показанию киловаттметра). 9. Результаты измеренных и рассчитанных параметров занести в таблицу 1. 10. Полученные аэродинамические характеристики вентилятора (Q cur , n, P fan и η) сравнить с номограммой вентилятора (рисунок 12.4). 11. Дать заключения по лабораторной работе. Таблица 1 – Результаты измерений и расчетов опыта Часто тавра щ ени я вала о б. /мин Т ек ущ и й расход воздуха в системе, м 3 /с Ра зр еж ени е в коллекторе, кг с/ м 2 Статическое давление Динамическое давление Полное давление вентилятора, кг с/ м 2 М ощ но ст ь системы, кВт КПД вентилятора η всасыв. трубопр. P st1 , кгс/м 2 нагнет. трубопр. P st2 , кгс/м 2 всасыв. трубопр. P dyn1 , кгс/м 2 нагнет. трубопр. P dyn2 , кгс/м 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Виртуальная лаборатория гидромеханики 2020 ©SUNSPIRE | www.sunspire.site 77 Рисунок 12.4 – Аэродинамическая характеристика вентилятора высокого давления в логарифмическом масштабе координатных осей Виртуальная лабораторная работа из курса гидромеханики Экспериментальное определение скоростей в сечении круглой трубы ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ Симуляционная модель лабораторной установки (рисунок 13.1) включает центробежный насос (1) с электроприводом (2), для включения которого используется пульт (3). С помощью насоса вода подается в трубопровод с внутренним диаметром 100 мм, в начало которого установлен пружинный манометр (4) для измерения на выходе из насоса. Расход воды регулируется вентилем (5). Горизонтальная часть трубопровода выполнена из стекла (6). В конце данного участка установлено устройство для замера скоростного напора, объединяющего 100 Давление вентилятора, к гс /м 2 Расход воздуха Q cur , м 3 /ч x1000 2 3 4 5 6 7 8 9 200 300 400 500 600 700 0,448 0,494 0,527 0,547 0,554 0,549 0,532 0,504 0,465 0,416 КПД об/мин 900 об/мин 1000 об/мин 1100 об/мин 1200 об/мин 1300 об/мин 1400 об/мин 1500 об/мин 1600 об/мин 1700 об/мин 1800 об/мин Виртуальная лаборатория гидромеханики 2020 ©SUNSPIRE | www.sunspire.site 78 мерную диафрагму (7) и трубку Пито (8). К правому вертикальному участку трубопровода подключен ртутный дифференциальный манометр (9). В центральной части лабораторной установки расположена шкала прибора Пито- Прандтля (10) и компрессор (11) для подачи сжатого воздуха в верхнюю часть трубок прибора. Рисунок 13.1 – Внешний вид симуляционной лабораторной установки ОПИСАНИЕ ФИЗИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА Скорости потока жидкости в трубопроводах обычно вычисляют по скоростному напору, измеряемому по разности показаний скоростных трубок трубок полного напора) и пьезометров. На рис. 13.2 и 13.3 показаны схемы измерения скоростей с помощью угловой трубки полного напора. Трубка закреплена в державке, которая фиксируется в стержне цангой. Стержень перемещается радиально в корпусе координатника. Перемещения трубки отсчитывают по шкале на корпусе. Для повышения точности показаний установки трубки ограничитель снабжен нониусом. Применяя трубки диаметром до 1 мм (внутренний диаметр 0.5 мм, можно проводить достоверные измерения на расстояниях от стенок в 2…3 мм. При меньших расстояниях возникают ошибки измерения из-за возрастания радиального градиента скорости и асимметрии обтекания трубки. 3 5 11 4 1 6 10 7 8 9 2 Виртуальная лаборатория гидромеханики 2020 ©SUNSPIRE | www.sunspire.site 79 Рисунок 13.2 – Изменение положения угловой трубки полного напора Рисунок 13.3 – Измерительная шкала угловой трубки полного напора Для уменьшения влияния державки на поток, ее диаметр не должен быть больше 0.05 диаметра мерного сечения. При установке прибора необходимо Виртуальная лаборатория гидромеханики 2020 ©SUNSPIRE | www.sunspire.site 80 тщательно выверить пространственную ориентацию трубки и точно зафиксировать на шкале координатника начальное положение трубки в центре мерного сечения. Пьезометры подключаются к кольцевому выравнивающему коллектору, соединенному в нескольких точках периметра с трубопроводом (рис. 2). Дренажные отверстия в стенке должны иметь диаметр 1…4 мм и острые, тщательно зачищенные кромки, чтобы избежать появления местных деформаций потока, искажающих замеры. При измерении больших скоростей воды, а также в трубах большого диаметра, на консоль угловой трубки действуют значительные гидродинамические силы, которые могут вызвать отклонения и вибрации трубки. В таких случаях целесообразно пользоваться цилиндрической трубкой полного напора (диаметр трубки d = 3…5 мм, диаметр входного отверстия – 0.5…1 мм, которая имеет две опоры, расположенные диаметрально. При этом замер давления нужно производить в сечении, вынесенном перед трубкой на 2…4 ее диаметра, чтобы исключить влияние стеснения потока трубкой на замер напора. Перепад h U полного и пьезометрического напоров измеряется прибором Пито ‒ Прандтля. Если обнаруживаются значительные колебания показаний пьезометра вызываемые пульсациями потока, передним в соединительных линиях устанавливаются демпфирующие устройства в виде дросселей различного типа, усредняющих значения Скорость в точке замера U h g k U 2 , (1) где k – тарировочный коэффициент трубки, обусловленный влиянием на показания конструкции трубки и числа Рейнольдса Re. Для угловых трубок полного напора в обычных уcловиях измерений ( Re>1000) можно принимать k=1. Из-за большой инерционности прибора, измерения рассмотренным способом позволяют получать в турбулентном потоке только осредненные во времени значения местных скоростей. Измерения осредненных скоростей по осредненному прибором перепаду h U связано с турбулентными пульсациями в потоке и возникающими от этого некоторыми погрешностями, которые, однако, невелики менее 1 %). Для измерения и контроля постоянства расхода на трубопроводе вне рабочего участка должно быть установлено расходомерное сужающее устройство (диафрагма и т. п. Чтобы обеспечить достаточную точность результатов, измерения скоростей следует производить в трубах диаметром не менее 50 мм. Поскольку нив реальных, нив виртуальных условиях невозможно замерить скорость потока жидкости у стенки трубопровода (на расстоянии 5 см от осевой линии, скорость в данной точке условно принимается равной 40…60 % от скорости на оси трубопровода, что отображается в строке 4 табл. 1. Виртуальная лаборатория гидромеханики 2020 ©SUNSPIRE | www.sunspire.site 81 Определение расхода воды в системе осуществляется с помощью ртутного дифференциального манометра, расположенного в правой части лабораторного стенда (рисунок 13.4). Рисунок 13.4 – Показания ртутного дифференциального манометра Точное снятие показаний с измерительных шкал ртутного дифференциального манометра осуществляется путем наведения перекрестия (в центре экрана) в центральную точку свободной поверхности жидкости измерительной трубки. Колебания отметки жидкости в стеклянной трубке должны осуществляться в обе стороны (вверх и вниз) от перекрестия. Расход по ртутному дифференциальному манометру определяется по формуле h C Q h , (2) где С ‒ постоянная диафрагмы (С h ‒ перепад давлений по дифманометру, мм рт. ст. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ Цели лабораторной работы 1. Научиться замерять скорости в заданных точках сечения с помощью трубки полного напора (скоростной трубки) и пьезометра. 2. Определить расход потока по эпюре скоростей и сравнить его с расходом, замеренным другим способом. Порядок действий и обработка экспериментальных данных 1. Включить установку и по заданию преподавателя установить расход воды с помощью вентиля изменения расхода. 2. Замерить показания прибора Пито ‒ Прандтля в указанных в табл. 1 точках сечениях и занести их в табл. 1. Виртуальная лаборатория гидромеханики 2020 ©SUNSPIRE | www.sunspire.site 82 3. По формуле (1) определить скорости в данных точках и записать их в строку 4 табл. 1. 4. Умножить полученные скорости на площади сечений, к которым относятся эти скорости (строка 6 табл. 1), получить элементарные расходы, значения которых занести в строку 7 табл. 1. 5. Сложить все расходы строки 7, получить общий расход сечения (строка 8 табл. 1). 6. Оценить расход установки по дифференциальному манометру (строки 11– 13 табл. 1) и сравнить с расходом, определенным по эпюре скоростей (строка 8 табл. 1). 7. Построить по опытным данным (в масштабе) эпюру скоростей для сечения. 8. Дать заключения по лабораторной работе. Таблица 1 – Результаты измерений и расчетов Наименования и обозначения измеряемых и вычисляемых величин Ед. Результаты измерений и вычислений 1 Расстояние от центра трубы до точки замера скорости см 0 0.5 1 2 3 3.5 4 4.3 4.5 4.6 4.7 5 2 Показание прибора Пито ‒ Прандтля в точке замера h left | h right мм 3 Скоростная высота в точке замера h Ui = h left + h right мм 4 Скорость в точке замера 𝑈 i = √2𝑔ℎ 𝑈i мс 5 Средняя скорость по замеренным скоростям 𝜐 = ∑ мс 6 Площади кольцевых сечений в точках замера S i см 0. 196 1. 571 5. 301 12 .5 7 13 .5 5 11 .0 9. 92 7 6. 71 5 4. 21 8 2. 89 8 5. 98 4. 64 7 Элементарные расходы по точкам замеров 𝑈 i 𝑆 i мс 8 Расход сечения 𝑄 q = ∑ 𝑞 i мс 9 Площадь сечения трубопровода диаметром D = 100 мм S = πD 2 /4 10 Средняя скорость υ q = Q q /S мс 11 Число Рейнольдса Re=υ q d/v 12 Показание ртутного дифманометра для замера расхода, h мм 13 Расход 𝑄 h = 𝐶√ℎ, (С = 0,7) л/с 14 Расход Q h мс 15 Cредняя скорость υ h = Q h /S мс |