Описание лабораторной установки и принцип ее работы

Лабораторная работа 1-м

Исследование движения газовой среды в трубах переменного сечения.

Выполнил:

студент группы Мт-37051

Сумин А.Д.

Проверил:

Шаврин В.С.

Екатеринбург

Г

Лабораторная работа 1-м.

Исследование движения газовой среды в трубах переменного сечения.

1 Цель работы:

Изучение закономерностей изменения давления при движении сплошной среды в канале переменного сечения на примере движения воздуха в трубе Вентури.

Описание лабораторной установки и принцип ее работы

Лабораторная установка для изучения закономерностей движения газов по трубам и каналам показана на рисунке 1. Таких установок в лаборатории установлено 3 и ко всем установкам, централизовано, подведён воздух от одного вентилятора. (Вентилятор включает только преподаватель). На каждой установке работает одна бригада студентов.

Рисунок 1 – Лабораторная установка

1 – воздуховод; 2 – коллектор с кнопочными кранами; 3 – датчик давления; 4 – труба Вентури; 5 – координатник; 6 – измерительная пневмометрическая трубка; 7 – сигнальная лампочка; 8 – гладкая труба с внутренним диаметром 20 мм; 9 – труба с абсолютной шероховатостью 0,3 мм; 10 – труба с абсолютной шероховатостью 0,6 мм; 11 – шаровой кран диаметром 40 мм; 12, 13, 14 – шаровые краны диаметром 20 мм; 16 – электрический выключатель; 17 – вторичный прибор измерения давления.

2. Общие сведения

Уравнение Бернулли является одним из основных уравнений гидродинамики. Если не учитывать процессов рассеянья энергии, которые могут иметь место в текущей непрерывной среде вследствие внутреннего трения и теплообмена между различными ее участками, т. е. рассматривать течение идеальной среды, то для несжимаемой среды постоянной плотности уравнение Бернулли имеет вид

gh + Р/ρ+w²/2= const,

где g - ускорение свободного падения; h - высота относительно горизонтальной плоскости сравнения.

Как раз для этого случая это уравнение и было выведено Даниилом Бернулли в 1738 году. Если уравнение (4) умножить на плотность р, то получим выражение

ρgh + P + (w²/2)*ρ= const,

где первые два слагаемых представляют собой выражение потенциальной энергии, часть которой обусловлена внешними силами, другая часть -давлением Р; третье слагаемое уравнения выражает кинетическую энергию.

Следовательно, уравнение Бернулли, записанное в виде выражения (5), представляет собой не что иное, как закон сохранения энергии.

Уравнение Бернулли имеет большое значение в гидравлике, аэродинамике и механике газов: его используют при расчётах каналов и трубопроводов, вентиляторов и насосов, в вопросах, связанных с фильтрацией и т. п.

Пользуясь уравнением Бернулли, необходимо иметь в виду, что оно получено без учета сил трения, и поэтому, применяя его к реальной среде (жидкости или газу), необходимо учитывать потери энергии на соответствующие местные сопротивления и трение, которые имеют место при течении сред в трубах и каналах.

Все описанные выше явления наблюдаются при движении воздуха в трубах переменного сечения. Характерным примером трубы с плавно изменяющимся сечением является труба Вентури. Профиль трубы Вентури представляет собой постепенное сужение (конфузор), плавно переходящее в расширение (диффузор). Опыт показывает, что с энергетической точки зрения постепенное сужение трубы влечёт за собой незначительную потерю энергии давления. И наоборот, при постепенном расширении потока возникают благоприятные условия для его отрыва от стенок. Надо иметь в виду, что восстановление статического давления по сечению потока, связанное с расширением трубы, всегда более полно при постепенном расширении, чем при внезапном, и зависит от угла раскрытия диффузора, поэтому угол раскрытия диффузора всегда стараются выполнить близким к оптимальному значению.

Труба Вентури служит характерным примером, иллюстрирующим переход давления одного вида в другой. Этот переход описывается уравнением Бернулли (5), которое показывает, что при отсутствии потерь сумма энергий движущейся среды в сечении II равна сумме энергий в сечении IV.

3 Порядок проведения работы

Перед началом работы ознакомиться с разделом «описание лабораторной установки».

3.1 Установить с помощью шарового крана 11 (см. рисунок 1.1) расход воздуха V₁, при котором проводится эксперимент (рассчитывается студентом по перепаду давлений на трубе Вентури).

3.2 Произвести измерения статического давления (P_ст) последовательно в каждом из восьми сечений, включая давление в точке 2. Произвести повторные измерения в обратном порядке, что позволит уменьшить возможные ошибки. Усреднённые результаты измерений занести в таблицу 1.1.

3.4 Рассчитать скорость потока во всех сечениях по формуле:

W_i= . (9)

где d_i – диаметр трубы в данном сечении, м.

3.5 Рассчитать динамическое давление, Па, в тех же сечениях по формуле:

. (10)

3.6 Рассчитать полное давление во всех сечениях по формуле:

Р_Σ= Р_ст+Р_дин. (11)

По полученным результатам измерений и расчётов, сведённым в таблицу 1.1, построить графические зависимость изменения статического и динамического давлений по длине экспериментального участка трубопровода, выполненного в виде трубы Вентури.

Ход работы.

W₇=

W₈=

W₉=

W₁₀=

W₁₁=

W₁₂=

W₁₃=

W₁₄=

Параметры	обозначение
Расход	Vt	0,023	0,023	0,023	0,023	0,023	0,023	0,023	0,023	0,023
Диаметр	d	0,044	0,04	0,037	0,038	0,041	0,044	0,046	0,048	0,05
Скорость	Wi	15,13	18,31	21,40	20,29	17,43	15,13	13,85	12,72	11,72
Статическое давление	Pст
Динамическое давление	Pдин	132,84	194,49	265,67	238,79	176,20	132,84	111,20	93,79	80,9
Полное давление	P∑	732,84	744,49	735,67	723,79	716,20	697,84	696,20	693,79	710,9
Потеренное давление	∆P	-11,65	-8,82	-11,88	-7,59	-18,36	-1,64	-2,41	17,11

График в виде эпюры давлений необходимо строить следующим образом: по оси абсцисс, которая одновременно является линией атмосферного давления, отложить длину экспериментального участка с отметками сечений, в которых был произведён замер статического давления, а по оси ординат отложить значения статического Р_ст, динамического Р_дин и полного Р_Σ давлений. Падение полного давления по длине канала будет характеризовать потери, величина которых должна возрастать в направлении движения потока.

t		температура
P		давление по прибору
p	1,178	плотность расчетная
V	0,023	расход по 3 и 9 точке
Вентилятор:	К Па
t
P
об

Вывод:

В данной лабораторной работе было изучено движение газов в трубе переменного сечения на примере трубы Вентури. При постепенном расширении канала возникают условия для отрыва потока от стенок. Р зависит от угла раскрытия, что показано на графике. Суммарное давление в начале возрастает и после точки 3 начинает падать. Это может быть связано с некачественными сварочными швами в точках 1 и 2.