Экспериментальное определение разности статических давлений

Измерение разности статических давлений производится при помощи микроманометра и двух воздухомерных трубок (рис. 5.8).

 

Рисунок 5.8 – Схема соединений и расстановки приборов для замера разности статических давлений

 

Трубки закрепляются на треногах или к крепи в конечных пунктах участка выработки; приемные элементы их устанавливают параллельно потоку. Патрубок резервуара микроманометра соединяют резиновым шлангом с патрубком державки воздухомерной трубки, установленной в пункте с большим давлением, помеченным знаком минус.

Резиновые трубки в выработке желательно прокладывать за несколько часов до начала работ, чтобы температура внутри трубок и в выработке была одинаковой; это имеет важное значение при работе в наклонных и вертикальных выработках.

Отсчет по микроманометру дает разность статических давлений.

При S₁ = S₂ величина разности статических давлений:

 

h = P₁ – P₂ , (5.14)

где P₁ и P₂ – статические давления в начальном и конечном сечениях; при S₁ ≠ S₂ эта величина определяется по формуле:

 

(5.15)

 

где v₁ и v₂ – скорость потока в сечениях;

γ₁ и γ₂ – удельный вес воздуха в сечениях;

К₁ иК₂ – энергетические коэффициенты.

Если S₁ > S₂ и v₁ < v₂, поправка на скорость берется со знаком плюс; если S₁ < S₂ и v₁ > v₂,поправка берется со знаком минус.

 

Экспериментальное определение динамического давления

Динамическим давлением называется давление, оказываемое движущимся потоком на неподвижную пластинку, установленную перпендикулярно потоку.

Схема установки и соединения приборов (микроманометра и воздухомерной трубки) при измерении динамического давления показана на (рис. 5.9).

Приемный элемент воздухомерной трубки устанавливается в той точке поперечного сечения канала, где мы желаем определить скоростное давление. Оно, как правило, по сечению трубопроводов и каналов неодинаково. И лишь в аэродинамических трубах (в рабочей части) благодаря специально принимаемым мерам скоростное давление одинаково в разных точках поперечного сечения трубы.

 

 

Рисунок 5.9 – Схема соединений и расстановки приборов для замера динамического давления.

 

При измерении динамического давления оба патрубка державки воздухомерной трубки соединяются резиновым шлангом с микроманометром, причем плюс соединяют с широким резервуаром микроманометра.

На лабораторном занятии необходимо на модели аэродинамической трубы выполнить измерение статического, скоростного, полного давлений и депрессии.

Результаты наблюдений и вычислений занести в журнал (табл. 5.1).

Таблица 5.1 – Журнал наблюдений и вычислений

 

Наименование параметра	Отсчеты по микроманометру	Разность отсчетов	Постоянная прибора, К	Поправочный коэффициент прибора, П	Депрессия, h, мм.вод.ст
Начальный	Конечный
Статическое давление
Динамическое давление (скоростное)
Полное давление
Депрессия участка

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Приборы для измерения давления:

а) U – образный манометр, взятие отсчета, точность измерения и рабочая жидкость;

б) микроманометр ММН, его устройство;

в) подготовка прибора к работе;

г) расположение каналов в трехходовом кране;

д) способ измерения прибором разряжений;

е) измерение прибором давлений;

ж) способ подключения прибора при измерениях;

з) пределы измерений, «постоянная прибора»;

и) формула для определения истинных показателей прибора.

 

2. Приемники давления:

а) наиболее распространенные приемники давления;

б) устройство статического зонда;

в) устройство воздухомерной трубки;

г) назначение приемников давления;

д) схема соединений и расстановки приборов для замера разности полных давлений;

е) схема соединений и расстановки приборов для замера разности статических давлений;

ж) схема соединений и расстановки приборов для замера разности динамических давлений.

ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАНЯТИЕ №6

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ

КОЭФФИЦИЕНТА АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО

СОПРОТИВЛЕНИЯ ВЫРАБОТКИ

Цель работы: – ознакомить с методикой определения коэффициента аэродинамического сопротивления α и дать навык проведения аэродинамического эксперимента.

Депрессия любого участка воздухопровода:

 

(6.1)

 

где α – коэффициент аэродинамического сопротивления;

Р – периметр, м;

L – длина участка воздухопровода, м;

S – площадь сечения, м²;

Q – количество протекающего по участку воздуха.

Отсюда:

(6.2)

 

Следовательно, чтобы определить коэффициент аэродинамического сопротивления α выработки или трубопровода, необходимо измерить величины h, S, P, L и Q.

Работа выполняется на аэродинамической трубе.

При экспериментальном определении коэффициента аэродинамического сопротивления моделей горных выработок обращается внимание на правильный выбор длины входного, начального, рабочего, выходного участков и других параметров, обеспечивающих создание на рабочем участке установившегося турбулентного режима течения и получения надежных отсчетов измеряемых величин разности давлений.

Входной и начальный участки представляют собой разгонный участок аэродинамической трубы, где начинается и завершается развитие турбулентного профиля скоростей.

Длина входного участка при турбулентном режиме колеблется в пределах 10 ÷ 50 калибров (калибром принято считать диаметр трубы).

Длина экспериментального (рабочего) участка при различных скоростях движения должна обеспечивать достаточную точность отсчетов по приборам во время замера депрессии.

Длина выходного участка должна быть выбрана таким образом, чтобы исключить влияние выхода потока из трубы на измерения в рабочем участке.

Работы по экспериментальному определению коэффициента аэродинамического сопротивления участка производятся в следующей последовательности:

1. Выбирают экспериментальный участок, на котором измеряют депрессию. Протяженностью 60 – 100 м, прямолинейный с постоянным сечением. Собирается схема представленная на рисунке 6.1.

 

 

Рисунок 6.1 – Схема соединений и расстановки приборов для определения коэффициента аэродинамического сопротивления на экспериментальном участке.

 

2. Определяют площадь поперечного сечения и периметр экспериментального участка.

3. Измеряют депрессию экспериментального участка. Для этого устанавливают в начале и конце экспериментального участка воздухомерные трубки и присоединяют их резиновыми шлангами к микроманометру, устанавливаемому за II сечением (см. схему рис. 6.1). Отсчеты по микроманометру для замера разности статических давлений h_ст берут одновременно (синхронно) с отсчетами по микроманометру, которым определяют динамическое давление h_ск.

3. Определяют количество воздуха, протекающего по аэродинамической трубе воздухомерными трубками в сочетании с микроманометрами или анемометрами.

Замер количества воздуха воздухомерными трубками и микроманометром. Для определения Q выбираем замерное сечение за вторым замерным пунктом и тщательно измеряем его поперечное сечение.

Разбиваем это сечение на ряд примерно равновеликих площадок. Устанавливаем микроманометр для замера динамического давления h_ск и соединяем его с так называемой подвижной воздухомерной трубкой резиновыми шлангами.

Установив все приборы и подготовив их к работе, приступают к измерениям.

Работу выполняют одновременно три наблюдателя.

Первый берет отсчеты по подвижному микроманометру h_ск, т. е. записывает результаты отсчетов свои и второго наблюдателя в полевой журнал. Второй наблюдатель отсчитывает синхронно с первым значения статического перепада по второму микроманометру h_ст. Эти отсчеты одновременно служат и контрольными, характеризующими вентиляционный режим во время исследований. Третий наблюдатель по команде первого переставляет подвижную воздухомерную трубку по замерным точкам сечения.

Перед началом исследований и в конце их измеряют, пользуясь психрометром и барометром-анероидом, температуру и влажность воздуха и барометрическое давление.

Замер скорости анемометром выполняется одним из известных способов: точечным способом в центрах площадок или путем обвода сечения, оба эти способа подробно описаны в лабораторной работе №4. Результаты наблюдений заносятся в журнал наблюдений (табл. 6.1)

Таблица 6.1 – Журнал наблюдений

 

№ точки	Скоростной напор	Статический перепад	Примечание
Отсчеты	Среднее	Разность	Отсчеты	Среднее	Разность
Начльный	Конечный	Начльный	Конечный

 

5. Обрабатывают материалы наблюдений. Для удобства обработки материалов пользуются журналом вычислений (табл. 6.2).

 

Таблица 6.2 – Журнал вычислений

 

№ точки		К	hск, мм вод.ст	Скорость воздуха v, м/с	Площадка S, м^2	Количество воздуха, ппротекающего через площадку q, м^3/с	Примечание

 

Чтобы найти исправный отсчет скоростного напора в миллиметрах наклонного столба спирта микроманометра, соединенного с подвижной скоростной трубкой (графа 2, табл. 6.2), поступаем так:

а) по формуле (6.3) определяем средний отсчет по неподвижной трубке, для чего складываем все отсчеты графы 9 (табл. 6.1) и делим на число наблюдений. Результат записываем внизу этой колонки.

 

(6.3)

 

б) по формуле (6.4) вычисляем для каждой точки исправленный отсчет. Значения h_под берем из графы 5 (табл. 6.1), а значения h_ст – из графы 9 (табл.6.1).

 

(6.4)

 

Для вычисления скоростного напора в мм вод. ст. пользуются следующей формулой:

 

(6.5)

 

где K – постоянная прибора;

П – поправочный коэффициент прибора;

 

Скорость потока в каждой площадке вычисляем по формуле:

 

(6.5)

 

где h_cк – берется из графы 4 (табл. 6.2);

ξ – поправочный коэффициент воздухомерной трубки;

– поправка на приведение скорости к стандартному давлению и температуре;

Т – температура воздуха в период проведения эксперимента, ⁰С;

В – барометрическое давление воздуха, мм рт. ст.

 

Вычисляем количество воздуха в площадке:

 

(6.6)

 

Депрессию выработки вычисляем по формуле:

 

(6.7)

 

где ξ₁ и ξ₂ – поправочные коэффициенты воздухомерных трубок.

Среднее значение h_cт берется из графы 9 (табл. 6.1);

Общее количество воздуха, протекающего по выработке, находим, суммируя значения q, приведенные в графе 7 (табл. 6.2).

Имея все величины, входящие в формулу (6.2) для подсчета коэффициента аэродинамического сопротивления α, вычисляем его значение.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что такое коэффициент аэродинамического сопротивления трению α?

2. Физический смысл коэффициента аэродинамического сопротивления α.

3. Размерность коэффициента аэродинамического сопротивления α.

4. Методика определения коэффициента аэродинамического сопротивления α.

5. От каких факторов зависит величина?

6. Зависит ли от скорости движения воздуха коэффициент аэродинамического сопротивления α?

7. Напишите уравнение по которому можно рассчитать коэффициент аэродинамического сопротивления α.

8. Какие величины необходимо определить для расчета коэффициента аэродинамического сопротивления α?

9. Разность каких давлений необходимо замерить для определения коэффициента аэродинамического сопротивления трению α?

ЛАБОРАТОРНОЕ ЗАНЯТИЕ №7

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ