Коэффициентом полезного действия канала
С учетом выражений (8) и (10)
Схема и описание установки
Воздух от ресивера поршневого компрессора (на схеме не показан) (рис. 5) по трубопроводу с краном 4 поступает через измерительную диафрагму 1 к суживающемуся соплу 2. В камере 3 за соплом, куда происходит истечение, можно устанавливать различные давления выше барометрического путем изменения проходного сечения для воздуха с помощью вентиля 5. Затем воздух направляется в атмосферу.
Сопло выполнено с плавным сужением. Диаметр выходного сечения сопла 2,15 мм. Суживающийся участок сопла заканчивается коротким цилиндрическим участком с отверстием для отбора и регистрации давления Р2м' и температуры t2d в выходном сечении сопла (прибор 12)..
Рис. 5. Схема установки.
Измерительная диафрагма 1 представляет собой тонкий диск с круглым отверстием по центру и вместе с дифманометром 7 служит для измерения расхода воздуха.Температура и давление воздуха в окружающей среде измеряются соответственно термометром 8 и чашечным ртутным барометром 6.
Температура и давление воздуха перед измерительной диафрагмой замеряется с помощью комбинированного прибора 9 , а перед соплом - прибором 10. Давление за соплом измеряется манометрической частью комбинированного прибора 11.
Выполнение работы
Включить установку нажатием на зеленую кнопку на компрессоре. Дождаться наполнения ресивера воздухом и затем подать воздух в установку открытием крана 4. Вентилем 5 установить заданные преподавателем параметры 1-го режима – положение вентиля 5 в диапазоне 10 – 100% . Подождать установления стационарного режима, после чего зафиксировать показания всех приборов. Далее установить параметры следующего режима. По окончании измерений переписать данные в табл. 1.
Таблица 1
Результаты измерений
|
№
п /п
| Измеряемая
величина
| Обоз
наче-
ние
| Едини-
цы из- мерения
|
|
| Положение вентиля 5, %
|
|
|
|
|
|
|
| 1
| Показание манометра перед диафрагмой
| Рм
| ати
|
|
|
|
|
|
| 2
| Показание манометра перед соплом
| Р1м
| ати
|
|
|
|
|
|
| 3
| Показание манометра
в выходном сечении
сопла
| Р2м'
| ати
|
|
|
|
|
|
| 4
| Показание манометра
за соплом
| Р2м
| ати
|
|
|
|
|
|
| 5
| Показания дифмано-
метра
| H
| мм вод . ст.
|
|
|
|
|
|
| 6
| Температура перед
диафрагмой
| t
| °С
|
|
|
|
|
|
| 7
| Температура перед
соплом
| t1
| °С
|
|
|
|
|
|
| 8
| Температура в выход-
ном сечении сопла
| t2d
| °С
|
|
|
|
|
|
| 9
| Температура окружаю-
щей среды
| tв
| °С
|
|
|
|
|
|
| 10
| Показания барометра
| B
| мбар
|
|
|
|
|
|
Расчетные формулы и расчеты
1. Атмосферное давление находится по формуле:
Ратм = 100·В, Па
2. Перевод показаний образцовых манометров Рм, Р1м, Р2м' и Р2м в абсолютные значения давлений по формуле:
Р = Ратм + Рmj = Ратм +g· Рmj·104 , Па
где g - ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с2; Рмj - показания одного из четырех манометров из табл. 1.
3. Перепад давления воздуха на диафрагме:
ΔP = ρ·g·H, Па
где ρ - плотность воды в U-образном вакуумметре, равная 1000 кг/м3; Н – показание дифманометра, переведенное в м вод.ст.
4. Плотность воздуха по состоянию перед диафрагмой:
где R – характеристическая газовая постоянная воздуха, равная 287 Дж/кг· К.
5. Действительный расход воздуха через диафрагму (следовательно, через сопло):
6. Теоретическая скорость истечения в выходном сечении сопла:
7. Значения энтальпий воздуха h1 и h2 в сечениях на входе и на выходе из сопла определяется по общему уравнению:
где ср - теплоемкость воздуха при постоянном давлении, которая может быть принята не зависящей от температуры и равной 1,006 кДж/(кг·K); tj - температура в рассматриваемом сечении, °С; j - индекс рассматриваемого сечения.
8. Теоретическое значение температуры в выходном сечении сопла находится из условия адиабатного процесса истечения по формуле:
здесь T2 = t2 +273,K, βрасч - расчетное значение отношения давлений. Величину βрасч принимают по данным таблицы результатов расчета (табл. 2) для конкретного опыта, когда режим истечения докритический, т.е. βтабл > βкр, тогда расчетное отношение давлений равно табличному (βрасч =βтабл); для всех остальных опытов, когда режим истечения критический или закритический, величина βрасч принимается равным βкр (независимо от данных табл.2) и находится в зависимости от показателяадиабаты (для воздуха к = 1,4). Табличное отношение давлений βтабл находится по отношению давлений Р2/Р1.
Таблица 2
Результаты вычислений
| №
п/п
| Измеряемая
величина
| Обозна-
чение
| Единицы
изме-рения
| Номер опыта
|
|
|
| 1
| 2
| 3
| 4
| 5
|
| 1
| Давление перед диафрагмой
| Р
| Па
|
|
|
|
|
|
| 2
| Давление перед
соплом
| Р1
| Па
|
|
|
|
|
|
| 3
| Давление в выходном сечении сопла
| Р2'
| Па
|
|
|
|
|
|
| 4
| Давление за
соплом
| Р2
| Па
|
|
|
|
|
|
| 5
| Табличное отноше-
ние давлений
| βтабл
|
-
|
|
|
|
|
|
| 6
| Расчетное отно-
шение давлений
| β расч
|
-
|
|
|
|
|
|
| 7
| Перепад давления
на диафрагме
| ΔР
| Па
|
|
|
|
|
|
| 8
| Плотность воздуха
перед диафрагмой
| ρ
| кг/м3
|
|
|
|
|
|
| 9
| Действительный
расход воздуха
(с точностью до
трех значащих цифр)
|
Gд
|
кг/с
|
|
|
|
|
|
| 10
| Теоретическая температура в выход- ном сечении сопла
|
Т2
|
К
|
|
|
|
|
|
| 11
| Действительная температура в выход- ном сечении
|
Т2д
|
К
|
|
|
|
|
|
| 12
| Теоретическая ско-
рость истечения
| W2
| м/с
|
|
|
|
|
|
| 13
| Действительная ско- рость истечения
| W2д
| м/с
|
|
|
|
|
|
| 14
| Коэффициент потери энергии
| ζс
| -
|
|
|
|
|
|
| 15
| Коэффициент потери скорости
| φc
| -
|
|
|
|
|
|
| 16
| Коэффициент полез- но ного действия канала
| ηк
| -
|
|
|
|
|
|
9. Действительный процесс истечения сопровождается увеличением энтропии и температуры Т2д (рис. 4). Действительная скорость истечения при этом также уменьшается и может быть найдена по уравнению:
10. Результаты расчетов должны быть продублированы в форме сводной табл. 2.
По результатам расчетов построить в соответствующем масштабе график зависимости расхода газа от отношения давлений.
Контрольные вопросы
1. Сформулируйте цель лабораторной работы и поясните, как достигается поставленная цель?
2. Назовите основные узлы экспериментальной установки и укажите их назначение.
3. Дайте определение процессов истечения и дросселирования.
4. Напишите уравнение первого закона термодинамики применительно к процессу истечения.
5. Напишите уравнение первого закона термодинамики применительно к процессу
дросселирования.
6. Как изменяется скорость истечения через суживающееся сопло при изменении β от 1 до 0 (покажите качественное изменение на графике расхода)?
7. Чем объясняется проявление критического режима при истечении?
8. В чем различие теоретического и действительного процессов истечения?
9. Как изображается теоретический и действительный процессы истечения в диаграмме
h-s?
10. Почему отличается теоретическая и действительная температура воздуха на выходе из сопла при истечении?
11. На каком основании процесс дросселирования используется при измерении расхода воздуха?
12. Как может изменятся температура воздуха в процессе дросселирования?
13. От чего зависят величины коэффициентов: потери скорости φс, потери энергии ζс и полезного действия канала ηк?
14. Какие каналы называются соплами?
15. От каких параметров зависят расход и скорость газа при истечении через сопло?
16. Почему температуры воздуха перед диафрагмой и перед соплом равны?
17. Как изменяются энтальпия и энтропия потока газа при прохождении через
диафрагму?
Работа № 4
Дата добавления: 2018-05-13; просмотров: 496; | Поделиться с друзьями:
|
Мы поможем в написании ваших работ!
