Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
PAGE 9
Лабораторная работа № 7
Определение расхода рабочего тела в трубопроводе
1. Цель работы.
Определение расхода рабочего тела в трубопроводе методом дросселирования и с помощью пневмометрических зондов.
2. Основные теоретические положения.
Дросселированием называется понижение давления жидкости, газа или пара в трубопроводе путем введения дополнительного (местного) гидродинамического сопротивления. Источником этого сопротивления обычно служит сужение потока с последующим его расширением. Дросселирование применяется для измерения и регулирования расхода рабочего тела, а также для регулирования его давления на участке трубопровода. Измерение осуществляется посредством расходомеров, дросселирующий элемент которых имеет постоянную площадь проходного сечения, а регулирование - дроссельными клапанами с переменной площадью проходного сечения. Задачей измерительного дросселирования является создание разности давлений, характеризующей скорость или расход рабочего тела в трубопроводе. Эта разность давлений Р1 - Р2 = Р, называемая перепадом, измеряется дифференциальным манометром, градуировка которого может быть выполнена непосредственно в объемных или весовых единицах (л/с, кг/с, м3/час и т. д.).
Измерительные дросселирующие органы выполняются в виде кольца (шайбы или диафрагмы), конической насадки особого профиля-сопла, или двух сходящихся вершинами усеченных конусов - трубы Вентури.
При переходе потока из трубы с поперечным сечением F1 через дросселирующий орган сечение потока уменьшается, а его скорость увеличивается от начального значения V1 до величины V2 (рис. 1). При этом давление в потоке падает с величины Р1 до Р2 Приближенное соотношение между этими параметрами выражается уравнениями, вытекающими из законов неразрывности струи и сохранения энергии, что позволяет, измерив Р1 и Р2, найти V2 , а, следовательно, определить расход жидкости или газа. Для несжимаемой жидкости, при отсутствии потерь на трение и др., на участке между сечениями F1 и F2 справедливы выражения:
где: - плотность жидкости, кг/ м3 ;
V1, V2 - средние скорости потока в соответствующих сечениях, м/с
Площадь поперечного сечения сжатой струи обычно выражается через сечение дросселирующего органа F0:
F2 = F0 ( 3 )
где: - коэффициент сужения струи.
Для труб и дросселирующих органов круглого сечения
где : D и d - диаметры трубопровода и дросселирующего органа, м .
На основании этих уравнений теоретическая скорость в сечении F2 в рассматриваемом случае будет:
В реальных условиях вязкость жидкости и трение ее о стенки трубы и дросселирующего органа вызывают некоторую потерю давления, и действительная средняя скорость жидкости в сечении F2 будет:
где: l - поправочный коэффициент.
Секундный массовый расход рабочего тела определяется выражением:
G = V F [ кг/с ] ( 8 )
Подставив в формулу ( 8 ) значение F2 и V2 из формул ( 3, 6 ) , получим:
[кг/с] (9)
плотности и вязкости среды, диаметра дросселирующего устройства и трубопровода, а также шероховатости стенок. Основным фактором, определяющим величину коэффициента расхода дросселирующего органа заданной геометрической формы, является число Рейнольдса:
где : - коэффициент кинематической вязкости, м2/с .
Расчет коэффициента расхода осуществляется по специальным графикам, одним из параметров которых является Re. Для сжимаемой жидкости или газа (в случае, когда F1 велико по сравнению с F2) массовый расход определяется по формуле:
где: k - показатель адиабаты. Если F1 и F2 близки по величине, то должна быть внесена поправка, определяемая по гидравлическим справочникам.
Для газов пользуются также формулой, сходной с формулой для несжимаемых жидкостей :
[кг/с] (12)
где : - поправочный коэффициент, учитывающий влияние сжимаемости газа. Чем меньше V2, тем ближе к единице значение . Приведенные уравнения действительны для скоростей потоков в сечении F2 , меньших скорости звука.
В результате измерения расхода дросселирующими устройствами часть давления среды, протекающей по трубопроводу, теряется, и оно на выходе оказывается меньшим, равным Р3. Потеря давления Р = Р1 - Р3 зависит от типа измерительного устройства. Наименьшие потери дает труба Вентури, однако она занимает много места и поэтому не всегда применима.
Для обеспечения правильности измерений без специальной тарировки дросселирующие устройства устанавливаются только на прямых, свободных от арматуры, участках трубопроводов длиной не менее 10D впереди и 5D сзади измерителя.
Более точно можно измерить расход рабочего тела в трубопроводе с помощью гидрометрической или пневмометрической трубки (зонда).
Гидрометрической (пневмометрической) трубкой называется устройство для измерения давления и скорости жидкости или газа. На рис. 2 показан способ измерения давлений в потоке при помощи двух трубок. Трубка 1, направленная перпендикулярно линиям тока, измеряет статическое давление РСТ. Трубка 2, называемая трубкой Пито, параллельна линиям тока, она измеряет сумму статического давления и скоростного напора РСТ + РД. Скоростной напор или динамическое давление
Сумма РСТ + РД называется полным давлением РП или давлением торможения.
Немецкий ученый Людвиг Прандтль усовершенствовал трубку Пито, совместив измерение полного и статического давления в одном приборе. Трубка Прандтля состоит из двух концентрически расположенных трубок (рис. 3). Отверстие внутренней трубки направлено навстречу текущей жидкости или газу, через него измеряется полное давление. Внешняя трубка сообщается с потоком посредством отверстий, просверленных в стенке, и служит для измерения статического давления. Если обе трубки соединить с дифференциальным манометром, то показанная им разница давлений даст динамическое давление или скоростной напор:
РД = РП - РСТ (14)
Зная динамическое давление, плотность рабочего тела и площадь сечения, можно из формулы (13) найти скорость рабочего тела в трубопроводе:
Рис.3. Трубка Прандтля
Массовый расход рабочего тела в трубопроводе находится по формуле (8) .
3. Описание лабораторной установки.
Для выполнения лабораторной работы используется часть турбинного стенда, описание которого помещено в работе [ 1 ]. На рис. 4 показан участок напорного трубопровода 5, в котором установлена стандартная расходомерная диафрагма 6, пневмометрические трубки 1, 2, измеряющие перепад давления на диафрагме, трубки 3, 4, измеряющие статическое и полное давление в сечении трубопровода. Указанные трубки соединены резиновыми шлангами с верхними концами соответствующих стеклянных трубок Р1, Р2, Р3, Р4 на манометрическом щите 7. Трубки манометрического щита присоединены к емкости с водой 8. По уровню воды в стеклянных трубках рассчитывается давление рабочего тела в трубопроводе. Уровень жидкости в трубке РО является нулевым и соответствует атмосферному давлению.
Рабочим телом в установке является воздух, нагнетаемый электровоздуходувкой ЭВ2. Воздуходувка состоит из центробежного вентилятора 9, который приводится во вращение электродвигателем 10. Запуск и остановка электродвигателя осуществляется с помощью магнитного пускателя 11 и кнопочного поста 12. Магнитный пускатель подсоединен к электрической сети трехфазного тока 380 в, 50 гц. Расход воздуха в трубопроводе регулируется клапаном К3.
4. Порядок выполнения работы.
Работа на установке производится в соответствии с инструкцией по эксплуатации турбинного стенда [1]. Перед началом работы все клапаны стенда должны быть закрыты. Подготовив протокол испытаний, кнопкой “Пуск” включают воздуходувку ЭВ2. В течение времени выхода вентилятора на установившийся режим работы следует не отходить от кнопочного поста и быть готовым к немедленному выключению электродвигателя кнопкой “Стоп” в случае появления в установке посторонних шумов и вибрации.
Убедившись в нормальной работе установки, открывают клапан К1, направляющий воздух из напорного трубопровода через стенд для продувки плоских решеток турбинного профиля в помещение. Постепенно открывая клапан К3, записывают для каждого из семи положений клапана отсчет уровня жидкости в трубках манометрического щита h0, h1 ... h4 и температуру воздуха в трубопроводе.
Закончив замеры уровней, выключают кнопкой “Стоп” воздуходувку ЭВ2, записывают величину атмосферного давления Ра, внутренний диаметр трубопровода и расходомерной диафрагмы.
5. Обработка результатов измерений.
Обработку результатов опыта начинают с вычисления статического и динамического давления в сечении трубопровода, а также перепада давления на расходомерной диафрагме по формулам:
Рст = Ра + ж g ( h0 - h3 ) [ Па ] (16)
Рд = ж g ( h3 - h4 ) [ Па ] (17)
Р = ж g ( h2 - h1 ) [ Па ] (18)
где ж - плотность жидкости в манометре, кг/м3 ;
g - ускорение силы тяжести , м/с2 ;
h0 , h1 ... h4 - отсчеты уровня жидкости в соответствующих трубках манометрического
щита, м .
Плотность воздуха в трубопроводе определяется по уравнению состояния идеального газа :
где R - газовая постоянная, равная для воздуха 287 дж/кг·К ;
Т - абсолютная температура воздуха, К.
По результатам замера внутреннего диаметра трубопровода D и расходомерной диафрагмы d по формулам (4, 5) находят площади сечения трубопровода F1 и диафрагмы F0, а также отношение (d/D)2.
Для малых чисел М без учета сжимаемости скорость воздуха на оси трубопровода V0 определяют по формуле (15). Затем по скорости V0 и диаметру D, пользуясь формулой (10), вычисляют число Рейнольдса ReD. Зная число ReD, и отношение (d/D)2, можно определить по графику (рис.5) коэффициент расхода нормальной расходомерной диафрагмы .
Рис.5. Коэффициент расхода диафрагмы.
Рис.6. Нормальная расходомерная диафрагма.
Расход воздуха в зависимости от перепада давления на диафрагме определяют по формуле (12). В наших опытах в связи с незначительным перепадом давления поправка на сжимаемость принимается равной 1 .
Для определения расхода воздуха по замерам давления пневмометрическими трубками необходимо вычислить среднюю скорость потока в трубопроводе Vср, которая отличается от скорости в ядре потока V. Альтшуль А. Д. [3] предлагает для этого следующую зависимость :
Расход воздуха определяется по формуле:
G = Vср F1 кг/с (21)
Обработка результатов опыта проводится обоими способами для каждого из семи режимов. Результаты расчетов сводятся в таблицу. По результатам расчетов строятся графики G = f (Р).
6. Содержание отчёта.
Отчет по лабораторной работе должен содержать:
Контрольные вопросы
Литература:
РИО Севмашвтуза, 1997.
4. Правила измерения расхода газов и жидкостей стандартными сужающими устройствами. РД. 50 – 213 – 80. М.: изд-во стандартов, 1982.
Протокол испытаний
Лабораторная работа № Определение расхода рабочего тела в трубопроводе.
Группа:
Дата испытаний:
Исполнители:
Исходные данные:
Внутренний диаметр трубопровода D = м
Внутренний диаметр диафрагмы d = м
Атмосферное давление Ра = Па
Температура воздуха Тв = К
Коэффициент кинематической вязкости воздуха = м2/с
Плотность жидкости в манометрическом щите Ж = кг/м3
Результаты испытаний:
|
№ |
Уровень жидкости в трубках манометрического щита, м |
||||
|
опыта |
h0 |
h1 |
h2 |
h3 |
h4 |
|
1 2 3 4 5 6 7 |
Подписи исполнителей
Подпись преподавателя
EMBED PBrush
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED PBrush
EMBED PBrush