Тема 3. Определение скорости движения и охлаждающей способности воздуха

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 30Следующая ⇒

Цель занятия. Изучить влияние на организм животных подвижности воздуха и его охлаждающей способности (катаиндекс), аэростазов и методы их определения.

Практические навыки. Научить студентов умению определять направление и скорость движения воздуха, его охлаждающую способность, аэростазы, а также давать их гигиеническую оценку и разрабатывать рекомендации по оптимизации скорости и направления движения воздуха в животноводческих помещениях.

Материалы и оборудование. Анемометры, кататермометры, бифлюгер.

Задание. 1.Ознакомиться с приборами для определения скорости движения и установления «мертвых зон» (аэростазов) воздуха. Назначение крыльчатого и чашечного анемометров, бифлюгера.

2. Определить подвижность воздуха с помощью крыльчатого анемометра в форточке или в открытом дверном проеме.

3. Определить катаиндекс (охлаждающую силу) и скорость движения воздуха при помощи кататермометра.

4. Построить график розы ветров в соответствии с исходными данными.

Движение воздуха принято характеризовать направлением и скоростью. Направление движения воздуха определяется точкой горизонта, откуда дует ветер, и обозначается в румбах, соответствующих сторонам света: север (С или N ), юг (Ю или S ), восток (В или Е), запад (З или W ).Кроме главных, направление ветра обозначается дополнительными румбами: северо-восток (СВ или NE ), юго-восток (ЮВ или SE ), юго-запад (ЮЗ или SW ), северо-запад (СЗ или NW ).

Графическое изображение повторяемости направления ветра по сторонам света в том или ином пункте за определенный период называется розой ветров (рис. 17), составляемой на основании направления ветра за определенный промежуток времени: месяц, сезон, год.

Строят розу ветров следующим образом: по всем румбам от центра откладывают отрезки, соответствующие величинам повторяемости направления ветров по каждому румбу. Штиль (отсутствие ветра) обозначают в центре графика окружностью, диаметр которой соответствует частоте штиля.

Рис. 17. Роза ветров

Повторяемость направления ветров по всем румбам выражается в процентах и изображается на чертеже в определенном масштабе (1% равен 2 мм). При построении розы ветров сумму чисел повторяемости направления ветров по всем румбам и штиля принимают за 100, а число повторяемости направления ветра и штиля по каждому румбу вычисляют в процентах к этой величине.

Определение розы ветров имеет важное гигиеническое значение при выборе места для строительства комплекса или фермы, расположения фасада зданий. На рис. 17 роза ветров указывает на преимущественное северо-восточное направление ветров в течение года.

Направление ветра определяют с помощью статического анемометра с флюгером(рис.18).Под действием ветра флюгер устанавливается в определенном направлении и конец его указывает точку горизонта, откуда дует ветер, под ним закреплена муфта с четырьмя или восьмью железными прутьями-указателями стран света. Один из них, обращенный на север, обозначен буквой N (С).

Для определения скорости ветра в верхней части имеется металлическая пластинка, подвешенная на горизонтальной оси, к которой прикреплена дуга с восьмью штифтами-указателями скорости ветра; пластинка всегда устанавливается перпендикулярно к направлению ветра. Под его действием нижний конец пластинки приподнимается на большую или меньшую величину в зависимости от силы ветра, и степень отклонения пластинки определяется по номеру указателя, до которого она отклонилась. Зная номер отклонения, находят скорость движения (в м/с) по специальной таблице, в которой: 0 = 0 – 0,5 м/с (штиль); N 1 = 0,6 – 1,6 м/с; N 1–2 = 1,8 – 3,3 м/с; N 2–3 = 3,5 – 5,2 м/с; N 3–4 = 5,3 – 7,4 м/с; N 4 – 5 = 7,5 – 9, 8 м/с и т.д.

Статический анемометр с флюгером устанавливают по компасу на открытом месте на столбе высотой 8–10 м.

Рис. 18. Статический

анемометр с флюгером

Скорость ветра измеряют в метрах в секунду (м/с). Значительные скорости движения воздуха, характеризующиеся силой ветра, определяют в баллах по двенадцатибалльной шкале Бофорта (табл. 3).

Таблица 3

Оценка скорости и силы ветра

Наблюдаемое действие ветра	Название ветра	Скорость ветра, м/с	Сила ветра, балл
Дым поднимается вертикально	Штиль	0–0,5	0
Дым слабо отклоняется	Тихий	0,6-1,7	1
Движется флаг	Легкий	1,8-3,3	2
Движутся листья деревьев	Слабый	3,4-5,2	3
Флаг полощется	Умеренный	5,3-7,4	4
Качаются верхушки деревьев	Свежий	7,5-9,8	5
Качаются тонкие стволы	Сильный	9,9-12,4	6
Качаются большие деревья	Крепкий Очень крепкий	12,5-15,2 15,3-18,2	7 8
Ветер, обладающий разрушительным действием	Шторм Сильный шторм Жесткий шторм Ураган	18,3-21,5 21,6-25,1 25,2-29,0 29,0-34,0 и больше	9 10 11 12

Подвижность воздуха определяют анемометрами (прямой способ) или кататермометрами (косвенный способ).

Анемометры различают динамические и статические. Первыми определяют скорость движения воздуха по числу оборотов, вторыми – по отклонению пластинки (см. выше). Динамические анемометры бывают двух типов: крыльчатые и чашечные.

Крыльчатый анемометр (рис. 19) предназначен для измерения скорости воздушного потока в пределах 0,3–5 м/с.

Воспринимающей частью прибора является крыльчатка с легкими алюминиевыми крыльями, огражденная широким металлическим кольцом. Она при помощи оси связана со счетным механизмом, шкала которого имеет 3 циферблата измерений: тысяч, сотен и единиц. Включение и выключение прибора производится арретиром (рычажком). К прибору приворачивают ручку, которая может быть использована для установки прибора на деревянном шесте. В корпус прибора по обе стороны арретира ввернуты два ушки.

Рис.19. Анемометр крыльчатый.

1 — крыльчатка (ветроприемник); 2 — ушки; 3 — арретир; 4 — шкала.

Через них от кольца арретира пропускают концы шнура, с помощью которых производиться включение и выключение анемометра, поднятого на шесте.

Перед измерением скорости воздушного потока записывают начальное показание счетного механизма (в выключенном состоянии) по всем трем циферблатам. Например, стрелка на циферблате тысячи находится между 3 и 4; на циферблате сотни – между 7 и 8, а на циферблате десятков и единиц – против 54. Следовательно, показание имеет значение 3754. Затем анемометр располагают, к примеру, в воздушном потоке вытяжной вентиляционной трубы осью крыльчатки вдоль направления (параллельно) потока и, добившись равномерного вращения крыльчатки вхолостую (1–2 мин.), одновременно включают механизм прибора и секундомер. Как правило, измерение проводят в течение 100 с, после чего механизм и секундомер выключают. Записывают конечное показание счетчика. Разделив разность конечного и первоначального показаний на 100 с, находят число делений в секунду.

Скорость движения воздуха определяют по графику (рис. 20) следующим образом. На вертикальной оси графика находят число, соответствующее числу делений в 1 с, и от этой точки проводят горизонтальную линию до пересечения с линией графика. Из найденной точки проводят вертикальную линию до пересечения с нижней горизонтальной осью графика, которая дает искомую величину скорости движения воздуха (м/с).

Рис. 20. График для определения скорости движения воздуха с помощью ручного крыльчатого анемометра.

Таким образом, в крыльчатом анемометре подвижность воздуха определяется по числу оборотов крыльчатого механизма в единицу времени.

Пример: Начальное показание счетного механизма 4832, конечное - 5000. Разница в показаниях: 5000 – 4832 = 168 . Число делений в 1 с равно 168 : 100 = 1,68. Согласно графику, искомая скорость движения воздуха равно 0,96 м/с.

Чашечный анемометр (рис. 21)предназначен для измерения скорости ветра в пределах 1 – 20 м/с. Чашечный анемометр отличается от крыльчатого только ветроприемником, где вместо крыльчатки – крестовина с 4 полыми полушариями. Определение скорости воздушного потока аналогично предыдущему, за исключением того, что в исследуемой точке прибор устанавливают осью перпендикулярно току воздуха. Расчет подвижности воздуха производят по графику так же, как и при использовании крыльчатого анемометра.

В последнее время выпущен прибор типа чашечного анемометра анемотахометр (рис. 22),градуированный для непосредственного отсчета скорости движения воздуха.

Рис.21.Анемометр чашечный Рис. 22. Анемотахометр:

1 – колесо анемометра; 2 – центробежный груз;

3 – стрелка; 4 – циферблат.

Измерение скорости движения воздуха в диапазоне от 0,03 до 5 м/с можно проводить с помощью электрического термоанемометра ЭА - 2М(рис. 3).Принцип работы прибора основан на охлаждении движущимся воздухом полупроводникового микротермосопротивления. Прибор может работать как от стабильного источника питания на 220В, так и от элементов типа « Марс» или « Сатурн».

Для измерения прибор устанавливают горизонтально, к нему подключают датчик, переключатель 5 ставят в положение « А», переключатель 6–в положение « контроль», переключатель 2 – в положение « НП» или « ВП » (в зависимости от источника питания – наружный или внутренний). Далее плавным поворотом ручки 7 выводят стрелку прибора на максимальное деление шкалы (датчик при этом должен быть закрыт футляром и расположен горизонтально), сдвигают защитный футляр датчика и помещают его в измерительный поток воздуха, переключатель 6 ставят в положение « измерение». Производят отсчет показаний гальванометра и по прилагаемому к прибору графику определяют скорость движения воздуха.

Нормативы допустимой скорости движения воздуха в животноводческих помещениях представлены в приложениях 1– 6.

Малые скорости движения воздуха и его охлаждающую способность можно измерить кататермометром (цилиндрическим и шаровым) (рис. 23).

Кататермометр непосредственно определяет скорость охлаждения прибора (катаиндекс), которая зависит от температуры, влажности и подвижности окружающего воздуха.

Нормативы охлаждающей способности воздуха в помещениях для животных, мкал/см²∙ с: коровники – 7,2–9,5; телятники 6,5–8,0; конюшни для рабочих лошадей – 8,2–9,5; свинарники для свиноматок с поросятами – 6,5–8,0; свинарники-откормочники – 7,5–11,0.

Кататермометры могут иметь цилиндрический или шаровой резервуар. Поверхность резервуара цилиндрического кататермометра имеет площадь 22,6 см². Нижняя часть резервуара переходит в капиллярную трубку, которая оканчивается вверху небольшим расширением. Шкала прибора разделена на градусы от 35 до 38.

Кататермометр шаровой – это спиртовой термометр с шаровым резервуаром, с площадью поверхности 23,7 см². Стержень прибора сделан в виде толстостенного капилляра, верхняя часть которого оканчивается небольшим цилиндрическим расширением. Шкала прибора отградуирована в градусах от 33 до 40.

Рис.23. Кататермометры:

а – шаровой; б – цилиндрический

Величина потери тепла с 1 см² поверхности резервуара прибора за период охлаждения его от 38 до 35 ⁰С в милликалориях называется фактором кататермометра (F). Фактор имеет индивидуальное значение для каждого прибора и отмечается гравировкой или краской на обратной стороне шкалы прибора.

Последовательность при работе с кататермометром следующая: сначала определяют охлаждающую способность воздуха, а затем скорость его движения.

Для определения охлаждающей способности воздуха спиртовой резервуар кататермометра опускают в горячую воду (около 60 ⁰С) и нагревают прибор до тех пор, пока спирт не заполнит 1/3 или 1/2 верхнего цилиндрического расширения (в резервуаре не должно быть пузырьков воздуха). После этого прибор вынимают из воды, насухо вытирают резервуар полотенцем и помещают неподвижно в точке исследования. По секундомеру определяют время, в течение которого столбик спирта опустится от 38 до 35⁰С. Измерения повторяют в одной и той же точке 5 раз. Данные первого измерения, как наименее точного, отбрасывают и из четырех измерений выводят среднее значение времени охлаждения. В это же время с помощью термометра измеряют температуру воздуха в помещении в данной точке.

Величину охлаждения (охлаждающую способность, катаиндекс) воздуха определяют по формуле:

Н = F / t,

где Н – потери тепла в милликалориях с 1 см² поверхности резервуара кататермометра в 1 с при охлаждении от 38 до 35 ⁰С; F – фактор кататермометра, измеряемый в мкал/ см²; t – среднее время охлаждения кататермометра от 38 до 35 ⁰С, с.

Для определения скорости движения воздуха нужно знать разность (Q) между средней температурой кататермометра (38 + 35 / 2 = 36,5 ⁰С) и средней температурой окружающего воздуха.

Q = 36,5 – [(Т₁ + Т₂) / 2],

где Q – разность между средней температурой кататермометра и температурой воздуха в точке измерения, ⁰С; 36,5 – средняя температура кататермометра, ⁰С; Т₁ – температура воздуха в начале исследования, ⁰С; Т₂ – температура воздуха в конце исследования, ⁰С.

Затем определяют частное Н / Q и в таблице 5 находят соответствующее значение скорости движения воздуха (V).

Пример. Допустим, что среднее время, в течение которого произошло снижение температуры от 38 до 35 ⁰С равно 68 с. Средняя температура воздуха в точке исследования равна (14,3 + 14,2) / 2 = 14,35 ⁰С.

Следовательно, Q = 36,5 – 14,35 = 22,15 ⁰С.

Фактор кататермометра (F) равен 649.

Н = 649 / 68 = 9,54 мкал/ с · см². Определяют отношение Н / Q = 9,54 / 22,15 = 0,43. В таблице 4 находят скорость движения воздуха (V), которая равна 0,331 м/с.

Таблица 4

Скорость движения воздуха, м/с

Н / Q	Скорость по кататермометру		Н / Q	Скорость по кататермометру
	цилиндрическому	шаровому		цилиндрическому	шаровому
0,29	0,051	0,00	0,49	0,526	0,40
0,30	0,063	0,011	0,50	0,563	0,44
0,31	0,076	0,023	0,52	0,640	0,52
0,32	0,090	0,035	0,53	0,681	0,56
0,33	0,106	0,05	0,54	0,723	0,60
0,34	0,122	0,07	0,55	0,766	0,690
0,35	0,141	0,076	0,56	0,810	0,740
0,36	0,160	0,09	0,57	0,856	0,780
0,37	0,181	0,11	0,58	0,903	0,900
0,38	0,203	0,13	0,59	0,951	0,960
0,39	0,226	0,15	0,60	1,000	1,000
0,40	0,250	0,17	0,61	1,04	1,04
0,41	0,276	0,19	0,62	1,09	1,09
0,42	0,303	0,21	0,63	1,13	1,12
0,43	0,331	0,23	0,64	1,18	1,14
0,44	0,360	0,25	0,65	1,32	1,18
0,45	0,391	0,28	0,66	1,27	1,22
0,46	0,423	0,31	0,67	1,32	1,27
0,47	0,456	0,34	0,68	1,37	1,31
0,48	0,490	0,37	0,69	1,42	1,36

Скорость движения воздуха можно определить, пользуясь соответствующими формулами. Для вычисления скоростей движения воздуха менее 1 м/с (Н / Q < 0,6 ) применяют формулу Хилла :

V = [(H / Q – 0,2) / 0,4]².

Для вычисления скоростей движения воздуха более 1 м/с (Н / Q > 0,6) пользуются формулой Вейса:

V = [(H / Q – 0,14) / 0,49]²,

где V – искомая скорость движения воздуха , м/с; Н – охлаждающая способность воздуха по кататермометру, мкал/с см²; Q – разность между средней температурой кататермометра (36,5⁰С) и средней температурой воздуха в точке измерения, ⁰С; 0,2; 0,4; 0,14; 0,49 – эмпирические величины.

Для оценки распределения воздушных потоков в помещении и выявления «мертвых зон» (аэростазов); где воздух застаивается и в нем накапливается влага, вредные газы, пыль и микробы, нужно составлять вертикальную и горизонтальную аэрорумбограмму, то есть графическое изображение направлений потоков воздуха (горизонтальных, вертикальных и наклонных к горизонту) в животноводческих помещениях.

Определение направления воздушного потока в помещении выполняется бифлюгером (рис. 24), который представляет собой перпендикулярно скрещенные пенопластовые пластины (крестовина), имеющие две степени свободы вращения за счет двух осей, расположенных перпендикулярно одна к другой посредством промежуточного кольца. Он имеет 2 полукруга диаметром по 20 см каждый и толщиной 5 мм(1), расположенных один к другому под углом 90⁰ с таким расчетом, чтобы выпуклые части находились в одной, а их диаметры в другой стороне и образовывали жестко соединенную крестовину.

Рис. 24.Бифлюгер

По одному из диаметров крестовины проходит ось ее вращения (2). Уравновешивает крестовину противовес (3), который служит указателем направления движения воздуха. На противовесе находятся уравновешивания крестовины. Ось вращения крестовины (2) проходит через промежуточное кольцо (4), имеющее свою ось вращения (5), расположенную под углом 90⁰ по отношению к оси вращения крестовины. Через эту ось промежуточное кольцо опирается на кольцо – корпус прибора (7). Сверху бифлюгер имеет кольцо (6) для подвешивания, а снизу подставку (8) с наименьшим аэродинамическим сопротивлением.

Работа бифлюгера: расположение осей вращения крестовины под углом 90⁰ друг у другу дает возможность последней занимать абсолютно различное положение в пространстве без движения воздуха, а при потоке его (сбоку, снизу, сверху и т.д.) она способна поворачиваться своим противовесом – указателем в том направлении, откуда идет поток воздуха со скоростью от 0,15 до 10 м/с.

Прибор устанавливают или подвешивают в месте исследования, в течение 3–10 с крестовина поворачивается своим противовесом – указателем в ту сторону, откуда движется поток воздуха. По направлению этого указателя определяют движение воздушного потока в данной точке и отмечают стрелкой на чертеже. Такие измерения делают в различных точках помещения, на основании которых составляют план вертикальных и горизонтальных воздушных потоков, т.е. аэрорумбограмму помещения.

Контрольные вопросы. 1. Какую роль играет скорость движения воздуха в процессе теплоотдачи из организма животных? 2. Гигиенические требования для определения скорости движения воздуха, принцип их действия и порядок работы с ними. 3. Назовите приборы для определения скорости движения воздуха, принцип их действия и порядок работы с ними. 4. Дайте определение понятия катаиндекса, какова его роль в процессе теплоотдачи из организма животных? 5. Назовите нормативы скорости движения воздуха и катаиндекса для различных видов животных. 6. Какие мероприятия проводятся для регулирования скорости и направления движения воздуха внутри помещения.

Дата добавления: 2021-04-07; просмотров: 686; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!