Градуировка термоанемометра и измерение степени турбулентности потока. Лабораторная работа "Градуировка термоанемометра и измерение степени турбулентности потока" Студент гр. 325140210002 Бабкин М. А
 Скачать 122.94 Kb.
|
|
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ПЕТРА ВЕЛИКОГО Институт Энергетики Высшая школа атомной и тепловой энергетики Лабораторная работа "Градуировка термоанемометра и измерение степени турбулентности потока" Студент гр. 3251402/10002 Бабкин М. А. Студент гр. 3251402/10002 Векшина В. А. Студент гр. 3251402/10002 Макарова О. С. Преподаватель Коршунов А. В. Введение В данной работе для измерения скорости воздуха в вертикальной трубе используется термоанемометр с нагретой нитью. Малая инерционность измерений позволяет определить истинное значение скорости потока  как сумму среднего значения и пульсационной составляющей w'. Определяют также такие величины, как  – степень турбулентности потока и  – среднеквадратичное значение пульсационной составляющей скорости. В поток помещают зонд термоанемометра. В корпусе зонда закреплена вилка, на которой в точках с помощью пайки или сварки крепится нить. Время запаздывания термоанемометра тем меньше, чем тоньше нить и чем больше скорость течения. Описание установки Схема лабораторной установки представлена на рисунке 1. В вертикальную трубу 1 внутренним диаметром 16 мм вентилятор 2 засасывает воздух. Расход воздуха можно изменять регулятором 3. На входе в трубу установлено расходомерное сопло 4, которое одновременно способствует стабилизации потока после входного участка. Для подавления турбулентных пульсаций скорости и дополнительной стабилизации потока на входе в сопло установлена сетка. Перепад давлений на сопле измеряется U-образным водяным манометром 9. За соплом на расстоянии трёх калибров установлен зонд термоанемометра 5. Далее расположена диафрагма 6 с тремя сменными отверстиями с соотношениями поперечных сечений 5/16, 7/16 и 10/16. Смена отверстий диафрагмы осуществляется поворотом рычага 8. На расстоянии восьми калибров за диафрагмой имеется ещё один участок для установки зонда. На этот участок можно либо переносить зонд 5, либо использовать предварительно отградуированный зонд 7. Сигналы от зондов поступают к измерительному прибору 10 (ИРВИС ТА-5). Соединительный кабель зонда подключается к гнезду 2.  Рисунок 1 – Лабораторная установка для градуировки термоанемометра Здесь 1 – вертикальная труба; 2 – вентилятор; 3 – регулятор расхода воздуха; 4 – расходомерное сопло; 5 – зонд термоанемометра; 6 – диафрагма; 7 – отградуированный зонд; 8 – рычаг; 9 – манометр; 10 – передняя панель. В корпусе зонда 1 закреплена вилка 2, на которой в точках 4 с помощью пайки или сварки крепится нить 3. При нагревании нити или ленты постоянным электрическим током ее температура становится большей, чем температура потока. Вследствие этого возникает теплообмен, который зависит от физических свойств среды, скорости её движения, а также от температур нагретой нити и среды. Равновесную температуру нити определяют, измеряя ее электрическое сопротивление, которое зависит от теплового потока через нить и скорости протекающего вокруг нити газа или жидкости.  Рисунок 2 – Зонд термоанемометра с нагретой нитью Здесь 1 – корпус; 2 – вилка; 3 – нить; 4 – точки крепления нити; 5 – соединительные провода. При тепловом равновесии  , откуда  Скорость среды w входит в выражение для коэффициента теплоотдачи α; в зависимости от характера течения имеются различные эмпирические формулы α (w). Например, формула Кинга для безразмерного коэффициента теплоотдачи  где A и B – постоянные коэффициенты, определяемые для конкретных сред и датчиков,  – средняя скорость среды;Результаты эксперимента Таблица 1 – Результаты измерений
t = 24,4 °C, pатм = 752 мм. рт. ст. Таблица 2 – Результаты измерений
4. Обработка результатов Среднюю скорость потока на участке тарировки рассчитывают по формуле  где ∆h – показания манометра 9, мм вод. ст.; β = 0,98 – коэффициент расхода для сопла 4; g = 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения;  – плотность воздуха, кг/м3, F2/F1 = 0,04 – отношение минимального сечения сопла 4к максимальному.Для используемой в данной работе схемы с постоянной температурой соотношение для коэффициента теплоотдачи можно представить в виде  или в безразмерной форме,  где  Для получения градуировочной зависимости  используем формулу Кинга. С учетом предыдущего соотношения преобразуем ее к виду здесь  – напряжение при  Константу К определяют графически. Для этого по данным таблицы 1 строят график    Рисунок 3 – К расчету величин Е0 и К Точку Е0 определяют, продолжив градуировочную линию до абсциссы Из рисунка 3, Е02 = 1,4, а следовательно,  По известным Е0 и К для заданных значений Е определяют постоянную составляющую скорости  и степень турбулентности потока  Результаты расчётов степени турбулентности  для трёх различных диафрагм аппроксимируют степенной зависимостью (рисунок 4) Таблица 3 – Результаты расчётов степени турбулентности
 Рисунок 4 – К расчету величин C и m По графику, представленному на рисунке 4, определяются константы C =8,3 и  Таким образом,  5. Вывод В ходе градуировки термоанемометра нашли тангенс угла наклона К графика функции и значение 𝐸 = 𝐸0, которое соответствует 𝑤 = 0. В результате работы получены значения: 𝐾 = 0, 247  , 𝐸0 = 1,18 𝐵. Кроме того, для полученной экспериментально зависимости соответствующие коэффициенты равны 𝐶 = 8,3, 𝑚 = 0,93. В методическом пособии указаны значения коэффициентов 𝐶 = 7,76, 𝑚 = 0,9. Разницу в значениях коэффициентов можно объяснить тем, что при теоретических вычислениях используется нить бесконечной длины, а в экспериментальной установке не соблюдено данное условие. Санкт-Петербург 2022 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
