Дифференциальный цифровой манометр ДМЦ-01

Министерство образования Российской Федерации

Изучить устройство дифференциального цифрового манометра

ДМЦ-01 (НПО «ЭКО-ИНТЕК», Россия) и цифрового термоанемометра AVM-03 (CPS Products Inc., США), ознакомиться с методиками измерения давления и скорости воздуха.

Давление жидкостей, паров и газов определяется силой, нормально действующей равномерно на единицу поверхности. При измерении следует различать давление атмосферное, избыточное и абсолютное.

Атмосферное, или барометрическое, давление

соответствует среднему давлению атмосферного воздуха, что равно давлению ртутного столба высотой 760 мм при

^oC.

Избыточное давление

есть превышение давления среды над атмосферным.

Абсолютное давление

– общее давление, под которым находится жидкость, газ или пар. Оно равно сумме давлений:

Если абсолютное давление меньше атмосферного на величину

, то эту величину называют разрежением:

Единицей измерения в системе СИ служит паскаль (Па):

. Шкалы приборов могут быть проградуированы в различных единицах давления.

При необходимости для пересчета единиц давления, пользуются следующим равенством:

1 ат = 1 кгс/см² = 10 м вод. ст. = 735,5 мм рт. ст. = 98100 Па.

При движении жидкостей и газов по трубопроводам и каналам недостаточно характеризовать их давление одним из названий – атмосферное, избыточное или абсолютное. В этом случае рассматривают следующие давления: статическое, динамическое и полное

Статическое давление

– это потенциальная энергия потока, действующая по нормали к стенке канала. При измерении его за начало отсчёта принимают атмосферное давление.

Динамическое давление

– это кинетическая энергия потока, давление его на препятствие движению, или давление, которое необходимо сообщить неподвижному потоку для приведения его в движение со скоростью

. Динамическое давление связано со скоростью потока следующей зависимостью:

где

– скорость потока, измеренная по оси трубопровода, (осевая скорость), м/с;

Полное давление

представляет собой алгебраическую сумму статического и динамического давлений:

Как видно из формулы (1), зная динамическое давление можно рассчитать осевую (т.е. максимальную) скорость воздушного потока:

Однако при расчете расхода воздуха необходимо знать не осевую, а среднюю скорость потока

. Она связана с осевой скоростью следующим соотношением:

где

– коэффициент поля скоростей, который зависит от типа измерительного прибора и принимается равным от 0,85 до 0,7; для цифрового термоанемометра AVM-03

Расход воздуха в воздуховоде,

, м³/с, рассчитывается по формуле:

Приборы для измерения давления и скорости воздуха имеют ряд технических характеристик, наиболее важными из которых являются диапазон измерения и класс точности. Диапазон измерения определяется величинами верхнего и нижнего пределов измерения прибора, т.е. максимальной и минимальной величиной параметра, которую способен измерить данный прибор. Класс точности прибора – это максимальная относительная погрешность, выраженная в процентах от верхнего предела измерения.

1. Давление абсолютное, избыточное, атмосферное, статическое, динамическое, полное: дать определения.

2. Подставить вместо знаков? коэффициенты в следующее равенство:

3. Рассказать об условиях эксплуатации изученных приборов.

4. Описать принцип действия цифрового манометра ДМЦ-01, рассказать о назначении кнопок на лицевой панели, нарисовать схемы измерения полного, статического и динамического давлений.

5. Описать принцип действия цифрового термоанемометра AVM-03, рассказать о назначении кнопок на лицевой панели, описать методику измерения температуры, скорости и расхода воздуха.

6. Что такое класс точности прибора? Каковы классы точности у цифрового манометра ДМЦ-01 и цифрового термоанемометра AVM-03? Как определяются погрешности измерений у этих приборов?

ОПРеделение коэффициентов трения и местного сопротивления воздуховодов в системах вентиляции

Ознакомиться с методикой экспериментального определения коэффициентов трения и местного сопротивления в воздуховодах вентиляционных систем и сравнение их с величинами, вычисленными теоретически.

При перемещении воздуха по воздуховодам имеет место потеря удельной энергии движущегося потока на преодоление различных сопротивлений. Сопротивления могут быть разделены на две группы: линейные сопротивления, обычно называемые сопротивлениями трения, и местные сопротивления. Последние представляют собой потерю удельной энергии движущейся среды при проходе через различные фасонные части, а первые – потери на преодоление сил трения о стенки воздуховода.

Для круглого воздуховода, имеющего по всей своей длине одинаковое поперечное сечение и неизменный расход воздуха, уравнение, выражающее собой линейные потери удельной энергии – давление

, имеет вид

Коэффициент трения является переменной величиной и зависит от характера движения жидкости в воздуховодах, который может быть ламинарным и турбулентным. Первый характеризуется тем, что отдельные струйки движутся в потоке прямолинейно параллельно друг другу; второй – наличием поперечных к оси трубопровода пульсаций частиц жидкости, движущейся по беспорядочным и неустойчивым траекториям. Критерием, служащим для определения наличия того или другого характера движения, является критерий (или число) Рейнольдса –

. Коэффициент трения при ламинарном режиме движения воздуха зависит только от числа

. В частном случае для каналов круглого сечения:

– коэффициент кинематической вязкости воздуха, м²/с.

Значения коэффициента кинематической вязкости воздуха приведены в табл. 2.1.

Критерий

является величиной безразмерной. Ламинарный режим имеет место при

, переходный – при

, а турбулентный – при

. При турбулентном режиме движения, кроме чисел

, коэффициент трения зависит также и от коэффициента относительной шероховатости

, где

– абсолютная шероховатость, т.е. средняя высота отдельных мельчайших выступов и неровностей на поверхности стенок в радиальном направлении, выраженная в мм, а

– диаметр воздуховода в мм. Величина относительной шероховатости характеризует внутренние поверхности воздуховодов в гидравлическом отношении. На рис. 2.1 графически изображена зависимость коэффициента трения

от числа

и относительной шероховатости

Этот график был получен Никурадзе в результате обобщения экспериментальных данных. Как видно из рисунка, в пределах ламинарного режима движения воздуха коэффициент трения

совершенно не зависит от степени шероховатости стенок и равен

При турбулентном режиме движения воздуха один и тот же воздуховод при данной его шероховатости, характеризуемой отношением

, в зависимости от числа

может быть гидравлически гладким или гидравлически шероховатым. Для гидравлически гладких воздуховодов при числах Рейнольдса

, т.е. при режимах движения жидкости, характерных тем, что выступы шероховатости стенки меньше толщины пограничного ламинарного слоя, имеет место зависимость, называемая формулой Блазиуса

По мере возрастания числа

выше критического (

) толщина пограничного ламинарного слоя уменьшается, и он перестает покрывать выступы шероховатости; при этом технически шероховатые трубы становятся и гидравлически шероховатыми. В этой области значений чисел

. При значениях

или

влияние числа

сказывается уже весьма незначительно, и

в основном начинает зависеть только от относительной шероховатости. В пределах точности, допустимой для практических расчетов при

можно пользоваться приближенной формулой Б.Л. Шифринсона

Коэффициент трения

при любом значении числа

можно рассчитывать по универсальной формуле А.Д. Альтшуля:

Местные потери давления в воздуховодах возникают при резких изменениях сечения или конфигурации потока, при разделении или слиянии потоков в тройниках, крестовинах или других фасонных частях. Потери давления в местных сопротивлениях принято выражать в долях от динамического давления:

где

– коэффициент местного сопротивления, величина безразмерная, зависящая от конструктивных особенностей и не зависящая от скорости;

– средняя скорость по сечению воздушного потока, м/с.

Для большинства геометрически подобных сопротивлений величины

постоянны. Независимость их от числа

указывает на незначительность потерь на трение по сравнению с потерями от вихреобразований. В устройствах с очень развитыми поверхностями (пластинчатые калориферы, фильтры) вязкость (а, значит, и трение) играет заметную роль. В этом случае показатель степени средней скорости является величиной переменной и изменение потери давления в местном сопротивлении не пропорционально квадрату средней скорости воздуха в сечении. Потери давления в калориферах, фильтрах и подобных им устройствах рассчитываются по эмпирическим формулам, которые предлагают заводы-изготовители в техническом описании изделий.

Схема установки представлена на рис. 1, замеры производятся на правой ветви в точках 13, 14 и 15. Все эксперименты проводятся для 4-6 режимов, которые устанавливаются разной степенью перекрытия воздушного потока заслонкой № 2.

1. Измеряются статические давления в точках 13, 14, 15 –

и динамическое давление в точке 1 –

при помощи манометра ДМЦ-01.

2. Определяются потери давления на трение на участке 13-14 –

. Полные потери давления на участке 13-14 определяются следующим образом:

Т.к. на участке 13-14 отсутствуют местные сопротивления (т.е.

), то полные потери давления на участке будут равны потерям давления на трение, т.е.

. Поскольку расход воздуха и сечение воздуховода на участке 13-14 постоянны, то скорости движения воздуха в точках 13 и 14 постоянны и равны –

. Следовательно, равны и динамические давления в точках 13 и 14

. Поэтому можно записать

3. Рассчитывается значение экспериментального коэффициента трения

, выраженного из формулы (2.1)

4. Рассчитывается значение скорости на участке 13-14 –

. Из формулы динамического давления имеем

5. Определяется значение числа

по формуле (2.2)

6. Вычисляется значение коэффициента трения воздуховода по формуле Никурадзе

и сравниваем его с величиной коэффициента трения, полученного экспериментальным путем.

7. Определяются потери давления в местных сопротивлениях на участке 14-15 –

. Разность статических давлений в точках 14 и 15 будет потерей полного давления на трение и местные сопротивления на участке 14-15 (

) по тем же соображениям, что и в п. 2:

Поскольку длина участка 14-15 мала, то потери давления по длине невелики, и ими можно пренебречь. Считаем, что полные потери давления на участке 14-15 складываются только из потерь в местных сопротивлениях:

8. Рассчитываем величину экспериментального коэффициента местных сопротивлений

из формулы (2.8)

где

– скорость движения воздуха на участке 2-3;

, т.к. расходы воздуха и диаметры воздуховодов на участках 13-14 и 14-15 одинаковы.

9. Значение экспериментального коэффициента местных сопротивлений

нужно сравнить с табличным

, взятым из любого справочника по вентиляции.

Данные измерений и результаты расчетов необходимо занести в табл. 2.2. В конце лабораторной работы нужно сформулировать вывод, в котором надо объяснить возможные причины расхождения экспериментальных и теоретических данных.

Ознакомиться с разновидностями приточных струй и закономерностями их развития. Овладеть методиками расчета и измерения скоростей и расходов воздуха в приточной струе. Научиться определять расход воздуха, осевую и среднюю скорости приточной струи опытным и расчетным путями.

Большую роль в организации воздухообмена в помещениях промышленных и гражданских зданий играют приточные струи, образованные воздухораспределителями различного типа. На практике часто встречаются задачи по выбору и расчету воздухораспределителя с учетом взаимодействия приточных струй с воздухом рабочей зоны. При этом необходимо знать закономерности развития приточных струй и их виды.

В общем случае струей называется поток жидкости или воздуха с конечными поперечными размерами. Поток воздуха, выходящий в некоторый объем, заполненный той же средой, называется затопленной струей.

Струи различаются на свободные и несвободные, на изотермические и неизотермические, на ламинарные и турбулентные.

Свободная струя не стеснена твердыми поверхностями (например, колоннами, балками и т.д.), которые не оказывают никакого влияния на ее развитие. На практике чаще всего приходится иметь дело со стесненными струями, на образование которых оказывают влияние различные поверхности помещения, а также взаимодействие самих приточных струй, расположенных на близком расстоянии друг от друга.

Изотермическая струя имеет по всему объему одинаковую температуру. Это возможно тогда, когда температура воздуха в начале развития струи равна температуре среды помещения. В этом случае теплообмен струи с воздухом помещения отсутствует.

Если приточная струя нагрета или охлаждена, то по мере ее развития температура все в большей степени приближается к температуре окружающего воздуха. Однако количество избыточного тепла в каждом сечении приточной струи остается постоянным и равным начальному. Такие струи называются неизотермическими.

Ламинарные и турбулентные приточные струи характеризуются числом Рейнольдса как в любом другом виде течения воздушного потока.

Опытами установлено, что статическое давление воздуха во всем объеме свободной струи практически постоянно. При этом потеря энергии между двумя какими-либо поперечными сечениями струи равна разности кинетических энергий воздуха в этих сечениях. Вместе с тем, количество движения массы воздуха струи в единицу времени в каждом поперечном сечении ее будет одинаково.

При выходе из отверстия струя расширяется и постепенно размывается в окружающей среде за счет интенсивного поперечного перемещения частиц воздуха. Вследствие этого периферийные слои струи притормаживаются, а слои окружающего неподвижного воздуха, находящиеся вблизи струи приходят в движение. В результате создается пограничный слой струи, который по направлению течения непрерывно утолщается. Таким образом, размеры струи по течению увеличиваются, масса растет, а скорость убывает.

Свободная осесимметричная приточная струя образуется при истечении газообразной или капельной жидкости в безграничное или достаточно большое пространство, заполненное той же, но покоящейся жидкостью.

Согласно теории Г.Н.Абрамовича, воздух, вытекая из воздухораспределителя, образует струю с криволинейными границами, которые приближенно могут быть заменены прямыми

(рис. 3.1).

В струе различают начальный участок

и основной

. Сечение

называют переходным сечением. Если продолжить границы основного участка

, то они пересекутся в точке

. Боковой угол расширения

. Исследования показывают, что статическое давление в струе равно статическому давлению в окружающей жидкости.

В задачу лабораторной работы входит определение длины начального участка

, скорости по оси струи

, средней скорости по площади

и расхода

в сечениях

струи; построение эпюры скоростей для сечений

; определение количества воздуха, эжектируемого струей, и сравнение полученных результатов с вычисленными по зависимостям вида:

где

– расстояние от устья струи воздухораспределителя до сечения

, м;

– расстояние от полюса струи до устья воздухораспределителя,

, м/с;

– радиус воздухораспределителя, м; приведенные формулы (3.1)-(3.4) справедливы и для плоской струи, вытекающей из прямоугольного отверстия со сторонами

. При этом в расчетные формулы вместо радиуса отверстия

необходимо ввести эквивалентный по площади радиус. Поскольку

, то эквивалентный радиус определяется по уравнению

– средняя скорость истечения струи из воздухораспределителя,

, м/с;

– осевая скорость на начальном участке, м/с (см. рис. 3.1);

– поправочный коэффициент на количество движения

;

– средняя скорость по площади в заданном сечении, м/с;

– расход воздуха в устье воздухораспределителя, м³/с:

Схема установки представлена на рис. 1.1. Экспериментальные замеры скоростей воздуха производятся в струе, истекающей из воздухораспределителя № 1. Измерения скоростей воздушного потока осуществляется цифровым термоанемометром AVM-03. Для измерения расстояний используется рулетка.

Каждый студент выполняет замеры самостоятельно, при определенном режиме работы установки, который достигается разной степенью перекрытия воздушного потока заслонкой 1. Режим работы устанавливаемым преподавателем индивидуально для каждого студента.

Длину начального участка

определяют из условия постоянства осевой скорости

по длине начального участка. Следовательно, анемометр, установленный по оси потока, зафиксирует переходное сечение

падением скорости. Расстояние от устья воздухораспределителя до места, где скорость начинает падать, является начальным участком

. Это расстояние необходимо измерить рулеткой и занести в протокол отчета.

Расстояния от устья воздухораспределителя до сечений

задаются преподавателем. В этих сечениях струи нужно снять серию показаний скорости (

, …,

) и определить расстояния (

, …,

) от оси струи до точек, в которых измеряются скорости. Показания снимаются с интервалами

, м от сечения с максимальной скоростью (ось струи,

), до сечения со значением скорости

(граница струи

). Интервалы

задаются преподавателем. Значения

(

, 2, …

) заносятся в табл. 3.1, после чего производятся вычисления средней скорости воздушного потока в струе по выражению

Расход воздуха в сечениях

и количество воздуха, эжектируемого струей

рассчитываются по формулам

Результаты измерений и вычислений заносятся в табл. 3.1.

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычислить, когда этот...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: