Определение коэффициента местного сопротивления тройника

Цель работы: определение коэффициента местного сопротивления тройника.

Общие указания

Местные сопротивления вызываются фасонными частями, арматурой и другими локальными элементами вентиляционных установок, в которых происходит изменение величины или направления скорости движения воздуха. Примерами местных сопротивлений могут служить расширение или сужение потока (диффузор, конфузор), поворот потока (отводы), слияние и разделение потоков (тройники, крестовины) и др.

В воздуховодах вентиляционных и пневмотранспортных установок потери на преодоление местных сопротивлений обычно значительно больше потерь давления на трение.

Потери давления на преодоление какого-либо местного сопротивления принято оценивать в долях динамического давления и определять их по формуле Вейсбаха:

DР_м = z×Р_д; (4.1)

где: DР_м – потери давления в местном сопротивлении, Па;

z – коэффициент местного сопротивления;

Р_д – динамичеекое давление, Па.

Коэффициенты местных сопротивлений находят, как правило, опытным путём; таблицы значений этих коэффициентов содержатся во всех справочниках. Для некоторых практически важных случаев значения коэффициентов местных сопротивлений удалось получить также теоретическим путём.

Иногда местные потери давления выражают в виде эквивалентной длины l_э прямого участка воздуховода, сопротивление трения которого по величине равно рассматриваемым местным потерям давления, т.е. из условия:

(4.2)

или

(4.3)

Коэффициент гидравлического трения l, как известно, зависит от числа Рейнольдса и относительной шероховатости, поэтому одному и тому же значению z соответствует в общем случае разная эквивалентная длина. Лишь в квадратичной области сопротивления, когда l ¹ f(Re), эквивалентная длина заданного местного сопротивления постоянна.

Приведенные данные о коэффициентах местных сопротивлений относятся к турбулентному движению с большими числами Рейнольдса, когда влияние вязкости проявляет себя незначительно, что имеет место в системах вентиляции с искусственным побуждением. При движении жидкости с малыми числами Рейнольдса коэффициенты местных сопротивлений зависят не только от геометрических характеристик каждого местного сопротивления, но и от числа Рейнольдса.

В большинстве случаев с увеличением Re коэффициент местного сопротивления z уменьшается. Автомодельность (независимость) коэффициентов z от Re при резких перепадах наступает при Re ³ 3000, а при плавных перепадах – при Re ³ 10000.

При очень малых числах Re жидкость течёт через местные сопротивления без отрыва; потери давления обусловливаются непосредственным воздействием сил вязкого трения, пропорциональным скорости потока в первой степени. С увеличением числа Re наряду с потерями на трение возникают потери давления, обусловленные отрывом потока и образованием вихрей (переходная область сопротивления). При достаточно больших числах Re вихреобразование приобретает основное значение, потери давления становятся пропорциональными квадрату скорости, так как коэффициент z перестаёт зависеть от числа Re и определяется только геометрией потока (так называемая квадратичная, или автомодельная область сопротивления).

Основные виды местных потерь давления можно условно разделить на следующие группы:

– потери, связанные с изменением сечения потока (или, что то же самое, его средней скорости). Сюда относятся случаи внезапного расширения, сужения, а также постепенного расширения и сужения потока;

– потери, вызванные изменением направления потока (различного рода колена, отводы и т.д.);

– потери, связанные с протеканием жидкости через арматуру различного типа (диафрагмы, дроссель-клапаны и др.);

– потери, связанные с отделением одной части потока от другой или слиянием двух потоков в один общий с помощью, например, тройников, крестовин, отверстий в боковых стенках воздуховодов.

Изучая потери давления в тройниках, различают потери на проход DР_п (и соответствующий им коэффициент сопротивления z_п), когда течение рассматривается в направлении основного потока, и потери давления на ответвлении DР_о (и соответствующий им коэффициент сопротивления z_о), когда рассматривается течение, отделяемое от основного потока или соединяемое с ним; каждый из коэффициентов сопротивления можно относить как к скорости суммарного потока (т.е. потока перед его разделением или после соединения), так и к скорости потока в ответвлении и, наконец, к скорости проходящего потока (т.е. после ответвления или до его соединения). При использовании таблиц всегда нужно обращать внимание на то, к какой скорости отнесён рассматриваемый коэффициент сопротивления.

В отдельных случаях в ответвлениях тройников возможно отрицательное значение z. Это означает увеличение удельной энергии потока ответвления вследствие эжекции его основным потоком.

Порядок выполнения работы

Работа выполняется на лабораторной установке, воздуховоды которой и испытываемый тройник изображены на рисунке 4.1.

Для определения величины z при работе тройника нужно опытным путём найти значения полных давлений в сечениях 3, 4, 5, разность полных давлений Р₃ – P₅, равную потере давления на ответвление, и Р₃ – P₄, равную потере давления струи на проход.

Рис. 4.1 Схема лабораторной установки для исследования тройника

Величина коэффициента z определяется по следующим выражениям:

для ответвления: (4.4)

для прохода: (4.5)

Для измерения статических и динамических давлений на участках воздуховода между сечениями 1-3, 4-7 и 5-9 устанавливаются пневмометрические трубки и присоединяются к микроманометрам по схеме, указанной на рис. 4.1.

Пневмометрические трубки устанавливаются по оси воздуховодов в сечениях, удалённых от местных сопротивлений на расстоянии, обеспечивающем стабилизацию потока после местных сопротивлений.

Вследствие того, что в сечениях 3-3¢, 4-4¢, 5-5¢, граничащих с местным сопротивлением (разделение потока), измерить величину полных давлений не представляется возможным, измерение полных давлений производится соответственно в соседних сечениях 2-2¢, 6-6¢ и 8-8¢. Для этой цели измеряются отдельно значения полных и динамических давлений в указанных сечениях.

Для определения полных давлений в сечениях 3-3¢, 4-4¢ и 5-5¢ опытным путём находятся значения R для воздуховодов ствола, прохода и ответвления по выражениям:

(4.6)

Зная значения полных давлений в смежных сечениях и значения R_с, R_п, R_о, можно определить полные давления в сечениях 3-3¢, 4-4¢ и 5-5¢.

P_п₃ = P_п₂ - R_с×l_2-3; P_п₅ = P_п₈ + R_о×l_5-8; P_п₄ = P_п₆ + R_п×l_4-6. (4.7)

Результаты измерений и вычислений заносят в таблицу 4.1.

Таблица 4.1 – Результаты измерений и расчетов коэффициентов местного сопротивления тройника

Наименование измеряемых и расчетных величин	Ед. изм.	Воздуховоды
		ствола		прохода		ответвления
Динамическое давление	Па	Р_д₂		Р_д₆		Р_д₈
Полное давление	Па	Р_п₁	Р_п₂	Р_п₆	Р_п₇	Р_п₈	Р_п₉
Разность полных давлений	Па	Р_п₁ - Р_п₂		Р_п₆ - Р_п₇		Р_п₈ - Р_п₉
Расстояния	м	l_1-2	l_2-3	l_4-6	l_6-7	l_5-8	l_8-9
Удельные потери давления на трение	Па/м	R_с		R_п		R_о
Полное давление	Па	Р_п₃		Р_п₄		Р_п₅
Коэффициенты местных сопротивлений	-	-		z_п		z_о

По полученным результатам выполнить следующее: сравнить полученные опытным путём значения коэфиициентов местных сопротивлений тройника z_п и z_о со значениями, приведенными в справочниках.

Лабораторная работа 5

Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 1203; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 2 345 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!