Аэро. Аэрология. Занятие 6 экспериментальное определение коэффициента аэродинамического

Название	Занятие 6 экспериментальное определение коэффициента аэродинамического
Дата	10.02.2022
Размер	1.95 Mb.
Формат файла
Имя файла	Аэрология.doc
Тип	Занятие #357980

ЛАБОРАТОРНОЕ-ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №6

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ

КОЭФФИЦИЕНТА АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО

СОПРОТИВЛЕНИЯ ВЫРАБОТКИ
Цель работы: – ознакомить с методикой определения коэффициента аэродинамического сопротивления α и дать навык проведения аэродинамического эксперимента.

Депрессия любого участка воздухопровода:

(6.1)
где α – коэффициент аэродинамического сопротивления;

Р – периметр, м;

L – длина участка воздухопровода, м;

S – площадь сечения, м²;

Q – количество протекающего по участку воздуха.

Отсюда:

(6.2)
Следовательно, чтобы определить коэффициент аэродинамического сопротивления α выработки или трубопровода, необходимо измерить величины h, S, P, L и Q.

Работа выполняется на аэродинамической трубе.

При экспериментальном определении коэффициента аэродинамического сопротивления моделей горных выработок обращается внимание на правильный выбор длины входного, начального, рабочего, выходного участков и других параметров, обеспечивающих создание на рабочем участке установившегося турбулентного режима течения и получения надежных отсчетов измеряемых величин разности давлений.

Входной и начальный участки представляют собой разгонный участок аэродинамической трубы, где начинается и завершается развитие турбулентного профиля скоростей.

Длина входного участка при турбулентном режиме колеблется в пределах 10 ÷ 50 калибров (калибром принято считать диаметр трубы).

Длина экспериментального (рабочего) участка при различных скоростях движения должна обеспечивать достаточную точность отсчетов по приборам во время замера депрессии.

Длина выходного участка должна быть выбрана таким образом, чтобы исключить влияние выхода потока из трубы на измерения в рабочем участке.

Работы по экспериментальному определению коэффициента аэродинамического сопротивления участка производятся в следующей последовательности:

1. Выбирают экспериментальный участок, на котором измеряют депрессию. Протяженностью 60 – 100 м, прямолинейный с постоянным сечением. Собирается схема представленная на рисунке 6.1.

Рисунок 6.1 – Схема соединений и расстановки приборов для определения коэффициента аэродинамического сопротивления на экспериментальном участке.
2. Определяют площадь поперечного сечения и периметр экспериментального участка.

3. Измеряют депрессию экспериментального участка. Для этого устанавливают в начале и конце экспериментального участка воздухомерные трубки и присоединяют их резиновыми шлангами к микроманометру, устанавливаемому за II сечением (см. схему рис. 6.1). Отсчеты по микроманометру для замера разности статических давлений h_ст берут одновременно (синхронно) с отсчетами по микроманометру, которым определяют динамическое давление h_ск.

3. Определяют количество воздуха, протекающего по аэродинамической трубе воздухомерными трубками в сочетании с микроманометрами или анемометрами.

Замер количества воздуха воздухомерными трубками и микроманометром. Для определения Q выбираем замерное сечение за вторым замерным пунктом и тщательно измеряем его поперечное сечение.

Разбиваем это сечение на ряд примерно равновеликих площадок. Устанавливаем микроманометр для замера динамического давления h_ск и соединяем его с так называемой подвижной воздухомерной трубкой резиновыми шлангами.

Установив все приборы и подготовив их к работе, приступают к измерениям.

Работу выполняют одновременно три наблюдателя.

Первый берет отсчеты по подвижному микроманометру h_ск, т. е. записывает результаты отсчетов свои и второго наблюдателя в полевой журнал. Второй наблюдатель отсчитывает синхронно с первым значения статического перепада по второму микроманометру h_ст. Эти отсчеты одновременно служат и контрольными, характеризующими вентиляционный режим во время исследований. Третий наблюдатель по команде первого переставляет подвижную воздухомерную трубку по замерным точкам сечения.

Перед началом исследований и в конце их измеряют, пользуясь психрометром и барометром-анероидом, температуру и влажность воздуха и барометрическое давление.

Замер скорости анемометром выполняется одним из известных способов: точечным способом в центрах площадок или путем обвода сечения, оба эти способа подробно описаны в лабораторной работе №4. Результаты наблюдений заносятся в журнал наблюдений (табл. 6.1)

Таблица 6.1 – Журнал наблюдений

№ точки	Скоростной напор				Статический перепад				Примечание
	Отсчеты		Среднее	Разность	Отсчеты		Среднее	Разность
	Начльный	Конечный	Среднее	Разность	Начльный	Конечный	Среднее	Разность
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10

5. Обрабатывают материалы наблюдений. Для удобства обработки материалов пользуются журналом вычислений (табл. 6.2).
Таблица 6.2 – Журнал вычислений

№ точки	ст Па		h_ск, Па	Скорость воздуха v, м/с	Площадка S, м²	Количество воздуха, ппротекающего через площадку q, м³/с	Примечание
1	2	3	4	5	6	7	8

Чтобы найти исправный отсчет скоростного напора в миллиметрах наклонного столба спирта микроманометра, соединенного с подвижной скоростной трубкой (графа 2, табл. 6.2), поступаем так:

а) по формуле (6.3) определяем средний отсчет по неподвижной трубке, для чего складываем все отсчеты графы 9 (табл. 6.1) и делим на число наблюдений. Результат записываем внизу этой колонки.

(6.3)
б) по формуле (6.4) вычисляем для каждой точки исправленный отсчет. Значения h_под берем из графы 5 (табл. 6.1), а значения h_ст – из графы 9 (табл.6.1).

(6.4)
Для вычисления скоростного напора в мм вод. ст. пользуются следующей формулой:

(6.5)
где K – постоянная прибора;

П – поправочный коэффициент прибора;
Скорость потока в каждой площадке вычисляем по формуле:

(6.5)
где h_c_к – берется из графы 4 (табл. 6.2);

ξ – поправочный коэффициент воздухомерной трубки в нашем случае =1

– поправка на приведение скорости к стандартному давлению и температуре;

Т – температура воздуха в период проведения эксперимента, ⁰С;

В – барометрическое давление воздуха, мм рт. ст.
Вычисляем количество воздуха в площадке:

(6.6)
Депрессию выработки вычисляем по формуле:

(6.7)
где ξ₁ и ξ₂ – поправочные коэффициенты воздухомерных трубок.

Среднее значение h_c_т берется из графы 9 (табл. 6.1);

Общее количество воздуха, протекающего по выработке, находим, суммируя значения q, приведенные в графе 7 (табл. 6.2).

Имея все величины, входящие в формулу (6.2) для подсчета коэффициента аэродинамического сопротивления α, вычисляем его значение.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что такое коэффициент аэродинамического сопротивления трению α?

Коэффициент аэродинамического сопротивления трения α выражает удельное сопротивление горной выработки при такой ее длине, для которой Пl / S³ = 1

2. Физический смысл коэффициента аэродинамического сопротивления α.

Физический смысл коэффициента α состоит в том, что он показывает, какую часть от массы жидкости, гипотетически заполнившей собой внутренность тела, составляет присоединённая масса среды в окрестности тела, вовлекаемая им в движение за счёт наличия ускорения.

3. Размерность коэффициента аэродинамического сопротивления α.

4. Методика определения коэффициента аэродинамического сопротивления α.

1. Выбирают экспериментальный участок, на котором измеряют депрессию.

2. Определяют площадь поперечного сечения и периметр экспериментального участка.

3. Измеряют депрессию экспериментального участка.

4. Определяют количество воздуха, протекающего по аэродинамической трубе воздухомерными трубками в сочетании с микроманометрами или анемометрами.

5. От каких факторов зависит величина?

При экспериментальном определении коэффициента аэродинамического сопротивления моделей горных выработок обращается внимание на правильный выбор длины входного, начального, рабочего, выходного участков и других параметров, обеспечивающих создание на рабочем участке установившегося турбулентного режима течения и получения надежных отсчетов измеряемых величин разности давлений.

6. Зависит ли от скорости движения воздуха коэффициент аэродинамического сопротивления α?

Да, зависит.

7. Напишите уравнение по которому можно рассчитать коэффициент аэродинамического сопротивления α.

8. Какие величины необходимо определить для расчета коэффициента аэродинамического сопротивления α?

Р – периметр, м;

L – длина участка воздухопровода, м;

S – площадь сечения, м2;

Q – количество протекающего по участку воздуха.

9. Разность каких давлений необходимо замерить для определения коэффициента аэродинамического сопротивления трению α?

Разность статических давлений и динамическое давлений.

ЛАБОРАТОРНОЕ-ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №7

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ

КОЭФФИЦИЕНТА МЕСТНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ
Цель работы: – ознакомить с методикой определения коэффициента местного сопротивления и техникой эксперимента.

Работа выполняется на аэродинамической трубе с местным сопротивлением.

Величина потери напора при протекании воздуха через местное сопротивление, например при повороте выработки под прямым углом, определяется из выражения

(7.1)
где h_об – суммарная величина потерь напора на местные сопротивления вследствие поворота выработки и трения о стенки выработки;

h_тр – величина потери напора на трение воздуха о стенки выработки;

Δh_ск – разность скоростных напоров при наличии разных скоростей в замерных сечениях.

Известно также, что

(7.2)
где ξ – коэффициент местного сопротивления, в нашем случае поворот;

v – средняя скорость потока в выработке, м/с;

g – ускорение силы тяжести, м/с²;

откуда находим:

(7.3)
Следовательно, чтобы определить ξ, необходимо опытным путем найти h_м, v и γ.

Величина потери напора на трение вычисляется по формуле:

(7.4)
причем величины Р, L, S и Q измеряются в каждом опыте. Коэффициент α определяется экспериментальным путем или принимается по справочникам. (В данном случае он может быть принят по результатам лабораторной работы №6.)

Для определения величины местного сопротивления измеряем величину потери напора h_об, располагая статические трубки с обеих сторон местного сопротивления.

Схема соединений и расстановки приборов для определения коэффициента местного сопротивления на экспериментальном участке представлена на рисуноке 7.1.

При выборе места установки статических трубок рекомендуется руководствоваться следующими положениями: первая (по направлению движения потока) статическая трубка должна устанавливаться в таком сечении, чтобы расстояние от него до местного препятствия было равно 5—6d с непременным наличием прямолинейного начального участка длиной 15d перед этой статической трубкой с такой же крепью, как на замерном участке; вторая трубка устанавливается за местным сопротивлением на расстоянии 12—15d.

Рисунок 7.1 – Схема соединений и расстановки приборов для определения коэффициента местного сопротивления на экспериментальном участке.
Способ измерения депрессии, скоростного напора и других элементов описан в лабораторных работах №5 и №6.

Определив все величины, входящие в формулу (7.3) для подсчета коэффициента местного сопротивления ξ, вычисляем его значение.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что такое коэффициент местного сопротивления ξ ?

Коэффициент местного сопротивления ξ (КМС) - безразмерный показатель который характеризует сопротивление оказываемое потоку на определенном элементе трубопровода (на сужении, на задвижки, повороте и пр.)

2. Физический смысл коэффициента местного сопротивления ξ.

Это вызывает потери удельной энергии потока (напора). Чем выше коэффициент сопротивления тем выше будут потери напора на этом участке. Чем выше коэффициент сопротивления тем выше потери напора.

3. Размерность коэффициента местного сопротивления ξ.

Коэффициент местного сопротивления ξ (КМС) - безразмерный показатель.

4. Методика определения коэффициента местного сопротивления ξ.

Следовательно, чтобы определить ξ, необходимо опытным путем найти h_м, v и γ.

Для определения величины местного сопротивления измеряем величину потери напора h_об, располагая статические трубки с обеих сторон местного сопротивления.

Определив все величины, входящие в формулу (7.3) для подсчета коэффициента местного сопротивления ξ, вычисляем его значение

5. От каких факторов зависит величина?

Р, L, S и Q

6. Напишите уравнение по которому можно рассчитать коэффициента местного сопротивления ξ.

7. Какие величины необходимо определить для расчета коэффициента аэродинамического сопротивления α?

Р – периметр, м;

L – длина участка воздухопровода, м;

S – площадь сечения, м2;

Q – количество протекающего по участку воздуха.

8. Напишите уравнение для определения потерь давления в местном сопротивлении.

9. В каком случае в одинаковых воздуховодах коэффициент местного сопротивления ξ больше: при слиянии или разделении потоков?

При слиянии потоков.

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ушаков К.З., Бурчаков А.С., Аэрология горных предприятий. – М.: Недра, 1987. – 421с.

2. Абрамов Ф.А., Бойко В.А., Лабораторный практикум по рудничной вентиляции. – М.: Недра, 1966. – 160с.

3. Рудничная вентиляция: Справочник / Н.Ф. Гращенков, А.Э. Петросян, М.А. Фролов и др.; Под ред. К.З. Ушакова. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Недра, 1988. – 440с.

4. Правила безпеки у вугільних шахтах: НПАОП 10.0-1.01.08. – Київ: Відлуння, 2008. – 398с.