Измерение скорости в потоках

Измерение скорости во многих исследованиях является важнейшей задачей, поэтому создано большое число основанных на различных методах приборов для измерения скорости.

Рассмотрим кратко метод, наиболее часто используемый для измерения скорости.

Гидромеханический метод. Суть его заключается в вычислении некоторой разности давлений в определенных точках на поверхности вносимых в поток приборов.

Измерение скорости при помощи скоростной трубки основано на измерении давления в точке полного торможения потока, которое зависит от скорости. Конструктивные исполнения скоростных трубок могут быть весьма различными.

Наиболее часто употребляются трубки, позволяющие измерить разность между полным и статическим давлением в определенной точке потока. Полное давление измеряется при помощи трубки Пито.

Трубка Пито (рис.1.4) представляет собой согнутую под прямым углом трубку, обращенную своим открытым концом навстречу потоку. Скорость перед трубкой (в точке А) равна нулю. Полное давление у переднего открытого конца ее

, (1.2)

где P₀ и ₀ – давление и скорость невозмущенного потока на некотором расстоянии перед точкой А.

Зная статическое давление (измерение его можно произвести простым пьезометром), можем определить скорость

. (1.3)

Трубка полного напора и статическая трубка, конструктивно объединенные в одном приборе, представляют собой гидродинамическую трубку или трубку Пито-Прандтля (рис.1.5).

Измерив перепад между уровнями в динамической и статической трубках, находим скорость , (1.4)

где j - коэффициент, учитывающий, что полного торможения жидкости около трубки Пито не происходит, а, следовательно, не вся ее кинетическая энергия расходуется на создание динамического давления.

Коэффициент j определяется с помощью специальных тарировочных опытов, обычно j = 1,01 – 1,05.

Способы измерения расхода

Самыми простыми и точными способами измерения расхода жидкости, которыми обычно пользуются при тарировке приборов, измеряющих расход, являются объемный и весовой способы.

При объемном способе жидкость из трубопровода жидкость из трубопровода поступает в тщательно тарированный резервуар (мерник), при этом фиксируется время его наполнения.

Объемный расход равен объему резервуара W, деленному на время его наполнения t

. (1.5)

При весовом способе определения расхода определяется вес жидкости, натекающей в резервуар за некоторое время. Количество жидкости, натекающей за единицу времени, есть весовой расход. Объемный расход можно получить, разделив величину весового расхода на удельный вес жидкости.

Расходомерами переменного перепада давления называются приборы, основанные на измерении перепада давления, создаваемого в зависимости от расхода жидкости или газа сужающим устройством, напорными трубками, напорным усилителем или трубным сопротивлением.

Из сужающих устройств обычно применяются сопла (рис.1.6), трубы Вентури (рис.1.7) и наиболее часто мерные диафрагмы (рис.1.8).

Практически перепад давления измеряют непосредственно у торцов сужающего устройства, при этом расход выражают в виде

(1.6)

где Dh – перепад давления, созданный суживающим устройством; m - коэффициент расхода, зависящий от геометрии устройства и режима течения и не зависящий от рода жидкости.

Расходомеры обтекания представляют собой приборы, состоящие из тела (поплавка, диска, поршня или крыла), которое воспринимает динамическое давление обтекающего его потока и перемещается в зависимости от величины расхода.

Наиболее употребительным прибором этого класса является ротаметр, состоящий обычно из стеклянной конической трубки, внутри которой перемещается поплавок. В зависимости от величины скорости меняется

динамическое давление, действующее на поплавок. Высота подъема поплавка определяется равенством веса поплавка силам, действующим на него со стороны потока жидкости.

Все описанные выше устройства для измерения расхода относятся к контактным расходомерам, т.е. таким, которые создают препятствия движущемуся потоку жидкости.

В настоящее время все большее развитие получает бесконтактная расходометрия. Примером такого рода устройств могут служить индукционные расходомеры, являющиеся разновидностью электрических расходомеров.

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

Лабораторная работа № 1