Определение расхода воздуха через канал с конфузорно-диффузорной вставкой. Определение расхода воздуха через канал с конфузорнодиффузорной вставкой Описание задачи

Название	Определение расхода воздуха через канал с конфузорнодиффузорной вставкой Описание задачи
Анкор	Определение расхода воздуха через канал с конфузорно-диффузорной вставкой
Дата	19.04.2023
Размер	203.19 Kb.
Формат файла
Имя файла	1.docx
Тип	Документы #1073451

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

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. Исходные данные давления и температуры окружающей среды представлены в таблице 2.2. Варианты заданий даны в таблице 2.3. Номер варианта определяется по первой букве фамилии студента.

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
11	-	95	135	152	160	165	170	170	170	170	170
12	-	32	50	60	75	87	96	104	111	123	148

Таблица 2.2 – Давление и температура окружающей среды

№ канала	p*, мм рт. ст.	Т*, К
11, 12	760	300

Таблица 2.3 – Варианты заданий

Первая буква фамилии студента	Вариант	Номера каналов для расчета из таблицы 2.1
О,П,Р	06	11, 12

Расчетная часть

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

f

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:

де 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:

где р – измеренное давление в критическом состоянии сопла (по ртутному манометру),мм рт.ст;
p* – 760 давление окружающей среды, замеренное по барометру, мм рт. ст.
Внесем рассчитанные значения в таблицу для каналов 11-12.

Для канала 11

p	95	135	152	160	165	170	170	170	170	170
	0,75	0,64	0,6	0,58	0,56	0,55	0,55	0,55	0,55	0,55

Для канала 12

p	32	50	60	75	87	96	104	111	123	148
	0,91	0,87	0,84	0,80	0,77	0,75	0,72	0,70	0,67	0,61

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

где Т* 300 – температура окружающей среды, К;

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

Внесем рассчитанные значения в таблицу для каналов 11-12.

Для канала 11

p	95	135	152	160	165	170	170	170	170	170
	0,75	0,64	0,6	0,58	0,56	0,55	0,55	0,55	0,55	0,55
T	225	192	180	174	168	165	165	165	165	165

Для канала 12

p	32	50	60	75	87	96	104	111	123	148
	0,91	0,87	0,84	0,80	0,77	0,75	0,72	0,70	0,67	0,61
T	273	261	252	240	231	225	216	210	201	183

3) Определяем число Маха M по формуле:

Внесем рассчитанные значения в таблицу для каналов 11-12.

Для канала 11

p	95	135	152	160	165	170	170	170	170	170
	0,75	0,64	0,6	0,58	0,56	0,55	0,55	0,55	0,55	0,55
T	225	192	180	174	168	165	165	165	165	165
M	1,29	1,67	1,82	1,90	1,98	2,02	2,02	2,02	2,02	2,02

Для канала 12

p	32	50	60	75	87	96	104	111	123	148
	0,91	0,87	0,84	0,80	0,77	0,75	0,72	0,70	0,67	0,61
T	273	261	252	240	231	225	216	210	201	183
M	0,70	0,86	0,97	1,18	1,22	1,29	1	1,46	1,59	1,78

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

где R – газовая постоянная, для воздуха R = 287 Дж/кг∙К.
Внесем рассчитанные значения в таблицу для каналов 11-12.

Для канала 11

p	95	135	152	160	165	170	170	170	170	170
	0,75	0,64	0,6	0,58	0,56	0,55	0,55	0,55	0,55	0,55
T	225	192	180	174	168	165	165	165	165	165
M	1,29	1,67	1,82	1,90	1,98	2,02	2,02	2,02	2,02	2,02
a	301	278	269	264	260	257	257	257	257	257

Для канала 12

p	32	50	60	75	87	96	104	111	123	148
	0,91	0,87	0,84	0,80	0,77	0,75	0,72	0,70	0,67	0,61
T	273	261	252	240	231	225	216	210	201	183
M	0,70	0,86	0,97	1,18	1,22	1,29	1	1,46	1,59	1,78
a	331	324	318	310	305	301	295	290	284	271

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

Внесем рассчитанные значения в таблицу для каналов 11-12.

Для канала 11

p	95	135	152	160	165	170	170	170	170	170
	0,75	0,64	0,6	0,58	0,56	0,55	0,55	0,55	0,55	0,55
T	225	192	180	174	168	165	165	165	165	165
M	1,29	1,67	1,82	1,90	1,98	2,02	2,02	2,02	2,02	2,02
a	301	278	269	264	260	257	257	257	257	257
w	388	464	490	502	515	519	519	519	519	519

Для канала 12

p	32	50	60	75	87	96	104	111	123	148
	0,91	0,87	0,84	0,80	0,77	0,75	0,72	0,70	0,67	0,61
T	273	261	252	240	231	225	216	210	201	183
M	0,70	0,86	0,97	1,18	1,22	1,29	1	1,46	1,59	1,78
a	331	324	318	310	305	301	295	290	284	271
w	232	279	308	366	372	388	410	423	451	482

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

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

Внесем рассчитанные значения в таблицу для каналов 11-12.
Для канала 11

p	95	135	152	160	165	170	170	170	170	170
	0,75	0,64	0,6	0,58	0,56	0,55	0,55	0,55	0,55	0,55
T	225	192	180	174	168	165	165	165	165	165
M	1,29	1,67	1,82	1,90	1,98	2,02	2,02	2,02	2,02	2,02
a	301	278	269	264	260	257	257	257	257	257
w	388	464	490	502	515	519	519	519	519	519
pкр.сеч	1,00	0,42	0,30	0,25	0,21	0,20	0,20	0,20	0,20	0,20

Для канала 12

p	32	50	60	75	87	96	104	111	123	148
	0,91	0,87	0,84	0,80	0,77	0,75	0,72	0,70	0,67	0,61
T	273	261	252	240	231	225	216	210	201	183
M	0,70	0,86	0,97	1,18	1,22	1,29	1	1,46	1,59	1,78
a	331	324	318	310	305	301	295	290	284	271
w	232	279	308	366	372	388	410	423	451	482
pкр.сеч	4,29	2,91	2,21	1,31	1,19	1,00	0,79	0,66	0,49	0,32

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

кг/с

Для канала 11

p	95	135	152	160	165	170	170	170	170	170
	0,75	0,64	0,6	0,58	0,56	0,55	0,55	0,55	0,55	0,55
T	225	192	180	174	168	165	165	165	165	165
M	1,29	1,67	1,82	1,90	1,98	2,02	2,02	2,02	2,02	2,02
a	301	278	269	264	260	257	257	257	257	257
w	388	464	490	502	515	519	519	519	519	519
pкр.сеч	1,00	0,42	0,30	0,25	0,21	0,20	0,20	0,20	0,20	0,20
G	0,043	0,022	0,016	0,014	0,012	0,011	0,011	0,011	0,011	0,011

Для канала 12

p	32	50	60	75	87	96	104	111	123	148
	0,91	0,87	0,84	0,80	0,77	0,75	0,72	0,70	0,67	0,61
T	273	261	252	240	231	225	216	210	201	183
M	0,70	0,86	0,97	1,18	1,22	1,29	1	1,46	1,59	1,78
a	331	324	318	310	305	301	295	290	284	271
w	232	279	308	366	372	388	410	423	451	482
pкр.сеч	4,29	2,91	2,21	1,31	1,19	1,00	0,79	0,66	0,49	0,32
G	0,112	0,091	0,076	0,054	0,050	0,043	0,036	0,031	0,024	0,017

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 результате выполнения данной работы, я рассчитал расход воздуха (G) в определенных каналах, который зависит от перепада давлений. Проанализировав график (Рис.4), можно сделат вывод, 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).