Дослідження витікання газів низького тиску через отвори і насадки

 

1 МЕТА РОБОТИ

 

Визначення експериментальним шляхом коефіцієнту витрати μпри витіканні газу через насадки різної форми.

 

2 ЗАВДАННЯ

 

Необхідно:

− визначити досвідченим шляхом коефіцієнт витрати μпри витіканні газу через насадки різної форми;

 

− скласти звіт.

3 Основні теоретичні положення

 

Швидкість ізотермічного потоку газу, що входить вертикально через отвори і насадки, можна визначити з рівняння Бернуллі:

                                                            (1)

відкіля

                                                               (2)

і коефіцієнт витрати

                                                           (3)

де 1 − індекс перетину до входу потоку в насадку (отвір);

2 − індекс вихідного перетину насадки (отвору);

Р − надлишковий п'єзометричний тиск, Па;

W − швидкість газу, м/с;

ρ – густина газу, кг/м³;

μ − коефіцієнт витрати (швидкості);

DР_ВТР − втрати тиску на тертя у насадці і на місцевий опір при різкій зміні швидкості, Па.

Швидкість W₂ визначається по відомій витраті газу V₀, м³/год, обмірюваній діафрагмою:

 

,                                                                              (4)

 

де F₂ - площа вихідного отвору насадки, м²; для насадки № 3 приймати менший перетин d = 19 мм.

W₁ − швидкість можна визначити, використовуючи закон нерозривності потоку

 

,                                                                                   (5)

 

де F₁, F₂ − площа поперечного перетину каналу на вході та виході відповідно, м².

Густина газу за дійсних фізичних умов (ДФУ), кг/м³

 

                                                                                           ,                                                        (6)

 

де r₀ − густина газу за нормальних фізичних умов (НФУ), кг/м³. Для повітря r₀ = 1,293 кг/м³;

t − дійсна температура газу, °С;

 − виправлення на тиск. Для газів низького тиску можна прийняти .

Втрати тиску визначаються по формулі:

.                                                                           (7)

4 ОПИС УСТАНОВКИ

 

Установка (рисунок 8.1) складається з побудника витрати 1, вимірювальної діафрагми 2, воздухопроводу 3, ЛАТРа 4, заспокійливої камери 5, змінного наконечника 6, рідинних напорометрів 7,термометра 8. Наконечник 1 (рисунок 8.2) забезпечує вихід повітря через отвір у тонкій стінці (діафрагму), 2 − через циліндричну насадку з гострими крайками на вході, 3 − через конічну розбіжну насадку (дифузор), 4 − через конічну насадку, що звужується (конфузор). Розміри наконечників указані на рисунку 2. Коефіцієнти опору насадок:       К₁=0; К₂=0,2; К₃=К₄=0,1.

 

5 ПОРЯДОК ПРОВЕДЕННЯ РОБОТИ

 

Змонтувати наконечник 3. ЛАТРом установити послідовно три різних витрати повітря, записуючи перепад тиску на діафрагмі (Δh), тиск у камері (Р₁) у журнал спостережень. Потім змонтувати наконечник 1; установлюючи послідовно тиск у камері Р₁ рівний відповідному тиску в трьох варіантах для наконечника 3, записати отримані результати

 

перепадів тиску на вимірювальній діафрагмі (Δh). Провести аналогічні виміри з двома наконечниками, що залишилися. Наприкінці досліду з кожним з чотирьох наконечників виміряти температуру повітря t на виході з насадки.

 

1

4

Рисунок 8.1 − Схема лабораторної установки для дослідження витікання повітря через отвори і насадки

 

№1     №2     №3     №4

Рисунок 8.2 − Схеми насадок

 

 

Форма журнала спостережень

Тип насадки	Варіант 1		Варіант 2		Варіант 3		°С
	Тиск Р1, мм вод. ст.	Перепад на діафрагмі Δh1, мм.в.ст.	Р1	Δh2	Р1	Δh3	t°
1 (діафрагма)
2 (циліндрична з гострими крайками)
3 (дифузор)
4 (конфузор)

 

 

6 ОБРОБКА ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ ДАНИХ

 

ПОСЛІДОВНІСТЬ РОЗРАХУНКУ

 

Розрахунок вести за допомогою таблиці 8.1.

1). Втрата газу в кожнім досліді розраховується по формулі:

, м³/год

де Δh − перепад тиску на діафрагмі, мм вод. ст.

 

2). Розрахувати поперечні перетини F₁ та F₂ для кожної насадки за діаметрами, вказаними на рисунку 2. Увага! У дифузорі вихідний діаметр d₂ =19 мм.

3). Швидкості газу W₁ і W₂ розраховуються по формулах (4)і(5).

4). За формулою (6) визначити дійсну густину повітря r, враховуючи, що .

5). Визначити втрати тиску ∆Р_ВТР по формулі (7). Коефіцієнти опору насадок: К₁=0; К₂=0,2; К₃=К₄=0,1.

6). Визначити величину a та . Примітка: при розрахунках a враховувати, що Р₁−Р₂ = Р₁.

7). Коефіцієнт витрати (швидкості) μ розраховується за формулою (3), тобто за таблицею 8.1.

8). Для кожного виду насадки розрахувати середню величину коефіцієнта витрати за формулою

 

Таблиця 8.1 − Результати розрахунків

Номер варіанту

V0, м3/год

W2, м/с

W1, м/с

DPВТР, Па

Діафрагма

1
2
3
Середній m

Насадка з гострими крайками

1
2
3
Середній m

Дифузор

1
2
3
Середній m

Конфузор

1
2
3
Середній m

 

7 УКАЗІВКИ ДО ОФОРМЛЕННЯ ЗВІТУ

 

Звіт повинен містити мету роботи, завдання, схему лабораторної установки, журнал спостережень, необхідні розрахунки і результати, висновки.

 

Додаток А

Фізичні параметри сухого повітря

 

t	r	l *102	а*106	n *106	Pr	C0t
о С	кг/м3	Вт/(м × К)	м2/с	м2/с		Дж/(м3 × К)
10	1,247	2,52	20,1	14,16	0,705	1290
20	1,205	2,6	21,4	15,06	0,703	1290
30	1,165	2,68	22,9	16	0,701	1290
40	1,128	2,76	24,3	16,96	0,699	1291
50	1,093	2,83	25,7	17,95	0,698	1292
60	1,06	2,9	27,2	18,97	0,696	1292
70	1,029	2,97	28,6	20,02	0,694	1293
80	1	3,05	30,3	21,09	0,692	1294
90	0,972	3,13	31,9	22,1	0,69	1295
100	0,946	3,21	33,5	23,13	0,688	1296
120	0,898	3,34	36,8	25,45	0,686	1298
140	0,854	3,49	40,6	27,8	0,684	1300
160	0,815	3,64	44	30,09	0,682	1303
180	0,779	3,78	47,5	32,49	0,681	1306
200	0,746	3,94	51,4	34,85	0,68	1310

 

Додаток Б

Таблиця переводу мілівольтів (мВ) у градуси Цельсія (°С) (матеріал термопар хромель-алюмель)

 

	о С		0			1			2			3			4			5			6			7			8			9
	0		0,00			0,004			0,08			0,12			0,16			0,20			0,24			0,28			0,32			0,36
	10		0,00			0,44			0,48			0,52			0,56			0,60			0,64			0,68			0,72			0,76
	20		0,80			0,84			0,88			0,92			0,96			1,00			1,04			1,08			1,12			1,16
	30		1,20			1,24			1,28			1,32			1,36			1,40			1,44			1,48			1,52			1,56
	40		1,60			1,64			1,68			1,72			1,76			1,80			1,84			1,88			1,92			1,96
	50		2,00			2,04			2,08			2,12			2,16			2,20			2,24			2,28			2,32			2,36
	60		2,40			2,44			2,48			2,52			2,56			2,60			2,64			2,68			2,72			2,76
	70		2,80			2,84			2,88			2,92			2,96			3,00			3,04			3,08			3,12			3,16
	80		3,20			3,24			3,28			3,32			3,36			3,40			3,44			3,48			3,52			3,56
	90		3,60			3,64			3,68			3,72			3,76			3,80			3,84			3,88			3,92			3,96

100