Цифровой термоанемометр AVM-03.

В некоторых случаях измерять скорость воздуха в вентиляционной системе при помощи цифрового манометра затруднительно, поскольку динамическое давление может оказаться невелико. Это имеет место при скоростях воздуха до 5 м/с, например, при измерении скорости потока в открытых проемах, в сечениях приемных отверстий и т.д. В таких случаях используют другие приборы, например цифровые термоанемометры.

Цифровой термоанемометр AVM-03 (далее прибор) предназначен для измерения скорости и температуры воздуха в системах вентиляции и кондиционирования.

Прибор состоит из двух частей: основного (вычислительного) блока и ручки с крыльчаткой, которые соединены между собой витым проводом. В крыльчатке смонтированы тахогенератор (датчик, преобразующий частоту вращения оси крыльчатки в пропорциональный электрический выходной сигнал) и термопара (датчик, вырабатывающий напряжение, значение которого изменяется пропорционально изменению его температуры). При работе прибора электрические сигналы от тахогенератора и термопары поступают через витой соединительный провод в вычислительный блок, в котором смонтированы аналогово-цифровой преобразователь, микропроцессор и жидкокристаллический дисплей. В вычислительном блоке сигналы с датчиков преобразуются в цифровую форму, обрабатываются и отражаются на дисплее. Лицевая панель прибора снабжена следующими кнопками управления работой прибора (рис. 3):

1 – кнопка «ON/OFF» вкл./выкл. прибора;

2 – кнопка «HOLD» –фиксирование последней измеренной величины;

3 – кнопка «MAX» – фиксирование максимального показания измеренной температуры;

4 – кнопка переключателя режимов работы; прибор позволяет работать в трех режимах: измерение скорости воздуха – обозначение «ANEMOMETR», измерение температуры воздуха в ^оС – обозначение «^оС», измерение температуры воздуха в ^оF – обозначение «^оF»;

5 – кнопка переключателя размерности скорости воздуха; он имеет четыре положения: метры в секунду – обозначение «M/S», футы в минуту – обозначение «FT/MIN», «узлы», т.е. морские мили в час – обозначение «KHOTS», километры в час – обозначение «KM/H»;

Дисплей прибора снабжен следующими символами:

6 – символы индикации размерности скорости воздуха;

7 – символы индикации размерности температуры воздуха;

8 – символ разряда батареи;

9 – символ фиксации максимальной температуры;

10 – символ фиксации последней измеренной величины;

11 – символ ошибки.

Для измерения скорости воздушного потока необходимо выполнить следующие действия:

1. включить прибор, кнопкой «ON/OFF»;

2. с помощью переключателя режимов работы выбрать режим «ANEMOMETR»;

3. переключателем размерности скорости воздуха выбрать нужную размерность (как правило «M/S» – м/с);

4. определить приблизительное направление потока воздуха;

5. внести крыльчатку прибора в поток таким образом, чтобы воздух входил в нее с лицевой стороны (там, где есть отверстие с резьбой под винт); для контроля правильности положения внутри крыльчатки нанесена стрелка, соответствующая требуемому направлению потока; поскольку без специальных приборов бывает достаточно сложно точно определить направление потока воздуха, то для повышения точности замеров рекомендуется поворачивать ось крыльчатки в пределах 20^о по направлению ветра (см. рис. 4);

6. ждать не менее 4-х секунд для стабилизации показаний; для фиксации их на дисплее можно воспользоваться кнопкой «HOLD»;

7. записать результаты измерений в журнал и выключить прибор кнопкой «ON/OFF».

При измерении температуры воздуха рекомендуется выполнить следующую последовательность действий:

1. включить прибор, кнопкой «ON/OFF»;

2. c помощью переключателя режимов работы выбрать режим «^оС» или «^оF» (как правило «^оС»);

3. внести крыльчатку прибора в поток воздуха (термопара смонтирована в центр крыльчатки);

4. для фиксации показаний на дисплее можно воспользоваться кнопкой «HOLD»;

5. записать результаты измерения с дисплея в журнал и выключить прибор.

Если необходимо измерить максимальную температуру потока воздуха, то перед измерением температуры по описанной выше инструкции нужно нажать кнопку «MAX». При этом на дисплее будет отражена максимальная температура, измеренная в процессе эксперимента.

Цифровой термоанемометр AVM-03 позволяет также определять расход воздуха в струе. Для этого необходимо определить максимальную скорость потока воздуха, как описано выше, а также измерить площадь сечения отверстия, воздуховода или вентиляционной решетки, откуда данная струя истекает. После этого производится расчет средней скорости потока воздуха по формуле (4) и расход воздуха по формуле (5).

В табл. 3 представлена информация о диапазоне, разрешении и погрешности измерения прибора в зависимости от режима работы и единиц измерения.

Таблица 3

Единицы измерения	Диапазон измерения	Разрешение прибора	Погрешность измерения
m/s (м/сек)	0,0 – 45,0	0,1	или
ft/min (футы в мин.)	0 – 8800		или
knots (узлы)	0,0 – 88,0	0,1	или
km/hr (км/ч)	0,0 –140,0	0,1	или
оС (гр. Цельсия)	0 – 60,0	0,1	0,8 оС
оF (гр. Фаренгейта)	32,0 – 140,0	0,1	1,5 оF

В таблице: – измеренное показание; – верхний предел измерения; при вычислении погрешности измерения принимается наибольшее из двух полученных значений.

ВНИМАНИЕ! Эксплуатация прибора допускается при температуре от 0 до 60 ^оС и влажности не более 80%. Категорически запрещается: 1) ронять прибор; 2) измерять скорости более 45 м/с и температуры более 60 ^оС; 3) растягивать витой провод более чем на 2 м; 4) самостоятельно разбирать и ремонтировать прибор.

3. Ход работы

После ознакомления с теоретическим материалом каждый студент получает индивидуальное задание от преподавателя, которое включает номера двух точек замеров на лабораторной установке и номер воздухораспределителя (ВР). В каждой из точек необходимо измерить статическое и полное давление (при помощи манометра ДМЦ-01), рассчитать динамическое давление, скорость и расход. Для заданного воздухораспределителя необходимо измерить скорость и температуру воздушного потока (при помощи термоанемометра AVM-03), рассчитать динамическое давление и расход воздуха. Результаты измерений и вычислений занести в табл. 4. Рассчитать погрешность проведенных измерений, результаты занести в табл. 5

Таблица 4

Таблица 5

4. Контрольные вопросы

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

2. Подставить вместо знаков? коэффициенты в следующее равенство:

1 ат =? кгс/см² =? м вод. ст. =? мм рт. ст. =? Па.

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?

Лабораторная работа № 2

ОПРеделение коэффициентов трения и местного сопротивления воздуховодов в системах вентиляции

Цель работы

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

Теоретическое введение

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

, (2.1)

где – средняя скорость воздуха, м/с;

– плотность воздуха, кг/м³;

– длина воздуховода, м;

– диаметр воздуховода, м;

– коэффициент трения;

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:

, (2.2)

где – скорость воздуха, м/с;

– диаметр воздуховода, м;

– коэффициент кинематической вязкости воздуха, м²/с.

Значения коэффициента кинематической вязкости воздуха приведены в табл. 2.1.

Таблица 2.1

Температура воздуха, , оС	Коэффициент кинематической вязкости, , м2/с
-20	0,0000113
-10	0,0000121
	0,0000130
	0,0000139
	0,0000157
	0,0000170
	0,0000192

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

. (2.3)

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

. (2.4)

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

, (2.5)

или, что более точно, формулой Никурадзе:

. (2.6)

Коэффициент трения при любом значении числа можно рассчитывать по универсальной формуле А.Д. Альтшуля:

. (2.7)

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:

, (2.8)

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

– плотность воздуха, кг/м³;

– 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.

5. Ход работы

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.

Таблица 2.2

№ п/п	Наименование величины	Ед. изм.	Режимы
1.	Статическое давление в т. 13,	Па
2.	Статическое давление в т. 14,	Па
3.	Статическое давление в т. 15,	Па
4.	Динамическое давление в т. 13,	Па
5.	Потери давления на трение на участке 13-14,	Па

6.	Экспериментальный коэффициент трения,	–
7.	Скорость на участке 13-14, .	м/с
8.	Число	–
9.	Теоретический коэффициент трения (по формуле Никурадзе),	–
10.	Потери давления в местных сопротивлениях на участке 14-15,	Па
11.	Экспериментальный коэффициент местных сопротивлений	–
12.	Теоретический коэффициент местных сопротивлений	–

Лабораторная работа № 3

Исследование воздушной приточной струи

Цель работы

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.

Теоретическое введение

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

, , (3.1)

, (3.2)

, (3.3)

(3.4)

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 и . При этом в расчетные формулы вместо радиуса отверстия необходимо ввести эквивалентный по площади радиус. Поскольку , то эквивалентный радиус определяется по уравнению

, (3.5)

– скорость по оси струи, м/с;

– 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 сечениях , , м³/с;

– расход воздуха в устье воздухораспределителя, м³/с:

. (3.6)

3. Ход работы

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 и , м от сечения с максимальной скоростью (ось струи, ), до сечения со значением скорости (граница струи ). Интервалы и задаются преподавателем. Значения и (, 2, … ) заносятся в табл. 3.1, после чего производятся вычисления средней скорости воздушного потока в струе по выражению

. (3.5)

Расход воздуха в сечениях и количество воздуха, эжектируемого струей рассчитываются по формулам

, (3.6)

. (3.7)

Результаты измерений и вычислений заносятся в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Размеры выходного сечения воздухораспределителя, , м
Длина начального участка, , м
Осевая скорость на начальном участке, , м/с
Расстояние до первого исследуемого сечения, , м
Расстояние до второго исследуемого сечения, , м
Интервал замеров скорости в первом сечении, , м
Интервал замеров скорости во втором сечении, , м
№ сечения	№ точки	Рас-стоя-ния , м	Ско-рость , м/с	по формуле (2), м/с	По- ⇐ Предыдущая123Следующая ⇒ Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам... Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем... Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все... ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: