Лабораторная работа № 4. Измерение полей скоростей

Измерение полей скоростей

Цель работы – выяснить работу элементов лопаток вентиляторов на различных радиусах и условие работы направляющих и спрямляющих аппаратов необходимо измерить поля скоростей перед и за колесом осевого вентилятора. Результаты работы должны быть пред­ставлены в виде соответствующих таблиц экспериментальных данных, а также графиков.

Общие сведения

Поля скоростей могут замеряться при разных углах установки лопаток колеса в разных углах установки лопаток колеса в разных точках аэродинамической характеристики производятся обычно цилиндрическими насадками (рис. 4). Испытания проводятся на стенде типа «камера всасывания» рис. 2.

Замеряемые величины обрабатываются по следующим формулам:

Динамическое давление отсчитывается по манометру

(48)

Таким образом скорость потока может быть подсчитана по формуле

(49)

В отвлеченном виде, учитывая, что ; ; – тарировочный коэффициент насадка

(50)

зная скорость и угол δ в ряде сечений , подсчитывают осевую скорость и скосы закручивания :

; (51)

Полное давление подсчитывается по формуле

(52)

Рис. 14 – Пример отсчета угла δ

Угол (рис. 14) подсчитывается по формуле:

, (53)

где - показание по лимбу, - нулевое показание.

Расстояние подсчитывается следующим образом

, (54)

где - измеренное расстояние от стенки корпуса до отверстий насадка, - поправка на положение шкалы отсчета расстояний.

Графики строятся в функции от переменного радиуса , выражение для которого в отвлеченном виде через величину получается следующим образом:

; ;

Обработанные по указанным выше формулам величины наносятся на график (рис. 15).

Рис. 15 – Распределение циркуляции и коэффициента осевой составляющей скорости по радиусу на различных режимах для экспериментального рабочего колеса

Такие графики строятся для каждого из режимов с указанием угла установки лопатки θ_к. Поля скоростей могут измеряться при разных углах установки лопаток колеса θ_к в разных точках аэродинамической характеристики. В эксперименте измеряется полное давление потока , скорость потока , угол между направлением потока и плоскостью отсчета и расстояние от отверстий насадка до стенки корпуса. Кроме того, через каждые 5 точек (5 разных расстояний ) на данном режиме подсчитывается отвлеченный статический напор вентилятора и отвлеченный расход воздуха для проверки того, что точки снимаются на заданном режиме.

При замере перечисленных величин за вращающимся колесом в данной точке замеряются осредненные величины, которые будут одинаковыми на данном радиусе по всей окружности. В случае измерения полей за неподвижным элементом вентиляторной установки на данном радиусе поле будет, вообще, переменным по окружности. Поэтому при измерении полей следует перемещать насадок по дуге окружности настолько, чтобы исследованный участок характеризовал поле по всей окружности (или его неизменность, или периодическую повторяемость).

Для проверки точности измерений, дополнительно проводилась проверка по интегральным величинам (мощность и расход), полученным при определении режима, на котором проводится измерение полей скоростей:

(55)

где – коэффициент осевой составляющей скорости, – относительный радиус;

(56)

где – коэффициент окружной составляющей скорости.

Порядок проведения работы:

1. Ознакомиться со схемой установки, устройством микроманометров и насадков и проверить их готовность к работе.

2. Соединить с помощью резино­вых шлангов насадок и микромано­метры и проверить герметичность этого соединения; снять начальные показания микроманометров h_{01_0} и h_{0_0}.

3. Включить аэродинамическую трубу и произвести замеры показа­ний обоих манометров h_д и h₀ при различных скоростях воздушного потока в рабочей части, но для нескольких значений углов наклона насадка (углов ата­ки α), устанавливаемых с помощью координатника. Аналогичные изме­рения провести при других скоро­стях воздушного потока; выключить трубу.

4. По результатам замеров вычислить разности dh_д = h₀₁ – h_{01_0} и dh₀ = h₀₀ – h_{0_0}, определить угол .

5. По опытным данным определить абсолютной скорости потока в отвлеченном виде зная скорость и угол δ в ряде сечений , подсчитать осевую скорость и тангенциальную .

6. Для каждой скорости и построить зависимость по этим значениям от ( ).

7. Построить зависимость полного давления по этим значениям от ( ).

Погрешности измерений

Следует помнить, что кроме погрешностей, связанных с наличием радиальной составляющей скорости, погрешности возникают из-за неравномерности поля скоростей за рабочим колесом. При измерении в неподвижной системе координат, вектор направления скорости постоянно меняется из-за того, что насадок попадает в след от проходящей мимо него лопатки. Исследования в данной области показали, что основная погрешность возникает в измерении направления скорости и при градиенте скорости , погрешность в измерении достигает всего лишь . Этими погрешностями можно пренебречь в отношении определения скорости, но они могут привести к сильным расхождениям в показаниях полного давления.

Погрешности определения аэродинамических параметров вентилятора определялись по ГОСТ 10921-90 «Аэродинамические испытания осевых и центробежных вентиляторов». При оценке погрешностей измерения и определения аэродинамических и энергетических параметров вентиляторов принимают следующие условия:

а) составляющие погрешности не имеют корреляционной связи и являются независимыми;

б) составляющие погрешности распределены по нормальному закону Гаусса;

в) предельная погрешность измерения равна максимальной погрешности однократного измерения при доверительной вероятности 0,95, составляющей удвоенное значение среднего квадратического отклонения ;

г) составляющей или совокупностью составляющих погрешностей, не превышающих 30% результирующей погрешности, пренебрегают;

д) систематические ошибки, не поддающиеся устранению или учету классом точности, рассматривают как случайные путем оценки погрешности не только данного прибора (способа), а совокупности аналогичных приборов (способов);

е) так как скорость потока в расходомерном сопле не превышает 20 м/с, давление вентилятора не превышает 1000 Па, то коэффициенты , , , принимаются равными 1.

ж) среднюю квадратическую относительную погрешность ( ) измерения показывающими приборами определяется по формуле

(57)

где - длина шкалы прибора; - отсчет измеренной величины; - класс точности прибора, %.

Погрешность измерения давлений, расхода, потребляемой мощности и КПД определялись для параметров, соответствующих осевому вентилятору среднего давления с диаметром колеса 700 мм при частоте вращения 1300…1400 об/мин.

1. Средняя квадратическая относительная погрешность ( ) при измерении объемного расхода:

=0,99% (58)

где: =0,5%- погрешность измерения коэффициента расхода расходомерного устройства; =0,1% -погрешность измерения диаметра расходомерного устройства; = погрешность измерения поправки на отличие атмосферных условий от стандартных:

= 1,57% (59)

где =0,1%; =1,25; погрешности измерения атмосферного давления и температуры, = 0,5% -погрешность измерения давления в расходомерном устройстве.

2. Средняя квадратическая относительная погрешность ( ) определения динамического давления :

=2,6% (60)

где =0,1 - погрешность определения диаметра корпуса вентилятора.

3. Средняя квадратическая относительная погрешность ( ) определения статического давления (Р_d1 =0 и ζ₂=0):

=0,75% (61)

где =0,75% погрешность измерения разности статического давления за вентилятором и перед ним; Р_м/P_sv=1.

4. Средняя квадратическая относительная погрешность ( ) определения полного давления :

=0,86% (62)

где: P_sv /Р_v=0,75; Р_dv/P_v=0,25

5. Средняя квадратическая относительная погрешность ( ) определения потребляемой мощности при измерении крутящего момента и частоты вращения;

= 0,54% (63)

где = 0,2%; =0 (так как величина ); =0,1;

6. Средние квадратические относительные погрешности и определения статического и полного КПД вентилятора:

=1,4% (64 а)

=1,5%; (64 б)