8017

49

Следует иметь ввиду, что манометры 4, 9, 10 показывают избыточные давления p1, pх , pг соответственно. Для определения полных давлений p1, pх , pг необходимо к показанию манометра прибавить величину В атмосферного давления по формуле:

Разности температур tx и tг определяют по формулам (4.1) и (4.2).

Расходы холодного и горячего потоков находят по уравнениям:

можно принять αх αг 1; Fх Fг – площади мерных сопл, установленных на ресиверах; ρх , ρг , кг/м3 – плотности воздуха в ресиверах холодного и горячего потоков; pх , pг , Па – перепады давлений на мерных соплах холодного и горячего потоков (1 Па = 9,81 мм вод. ст. = 7,5 10 3 мм рт. ст.).

Плотности ρх и ρг определяют из уравнения состояния газа по формулам:

Для воздуха газовая постоянная R = 287 Дж/кг К.

Полные давления в ресиверах находят из уравнений:

где В, Па – барометрическое давление во время проведения опытов.

Абсолютные температуры в ресиверах определяют из соотношений:

Величину π определяют по формуле:

по среднему значению избыточного давления pх .

4.5 Оценка погрешностей опыта

Количественной оценкой точности результатов измерений является относительная ошибка, определяемая как частное от деления абсолютной ошибки x измерения на абсолютное значение измеряемой величины x:

Абсолютная ошибка измерения лабораторным ртутным термометром

t1 tх tг 0,1 С.

Относительная ошибка определения величины qх (4.14) составляет:

51

(4.28) подставляют в мм вод. ст. Погрешность измерений определить для одного из средних опытов, начиная расчеты с уравнения (4.29).

4.6Контрольные вопросы

1.Что такое вихревая труба?

2.Принцип работы вихревой трубы.

3.Основные элементы экспериментальной установки.

4.От чего зависит температурный эффект вихревой трубы?

5.Порядок проведения эксперимента.

4.7Задания для УИРС

Выполнить исследование вихревой трубы для трех-четырех значений π степени расширения. Построить зависимость температурного к.п.д. ηt и

адиабатного к.п.д. ηq от величины π .

52

5. Лабораторная работа № 5.

«Исследование сопла Лаваля на переменных режимах»

5.1 Цель работы

Получение опытного распределения давлений и скоростей вдоль расширяющегося сопла при различных отношениях π 0 давлений воздуха на выходе из сопла к давлению на входе в сопло.

5.2 Краткие теоретические сведения

Газовый поток принято характеризовать с помощью системы взаимосвязанных безразмерных параметров (функций).

В качестве аргумента выбрана приведенная скорость λ, представляющая собой отношение скорости газа к критической скорости в данном сечении канала:

давления p движущегося газа к давлению p0 изоэнтропно заторможенного газа в том же сечении:

Величины π и λ связаны между собой функциональной зависимостью:

53

Последнее уравнение позволяет по известным отношениям давлений определить приведенные скорости в различных сечениях по длине канала, а

затем, по формуле (5.1) и абсолютные скорости газового потока.

Уравнение (5.5), как и другие, аналогичные ему функциональные зависимости, затабулировано, что значительно облегчает соответствующие расчеты. В данном описании приведена Таблица 5.2 значений π и λ для имеющегося в лабораторной работе диапазоне изменения этих величин при k =

1,4.

5.3 Описание экспериментальной установки

Опыты по исследованию сопла Лаваля производятся на установке, схема которой изображена на рис. 5.1.

Сжатый воздух из компрессора подводится к ресиверу 1 и попадает далее к исследуемому осесимметричному расширяющемуся соплу 2. За соплом установлена расширительная камера 3, откуда воздух отводится в систему выхлопа.

Регулировка режима осуществляется вентилем В1, установленным на входе в ресивер.

Для проведения работы в процессе эксперимента необходимо измерять давление p0 и температуру t0 полного торможения перед расширяющимся соплом, противодавление p2 и распределение статических давлений pi вдоль сопла.

Измерение давления p0 и температуры t0 производится непосредственно в ресивере перед соплом с помощью образцового пружинного манометра и ртутного термометра. Давление за соплом p2 измеряется водяным манометром,

а измерение статических давлений pi вдоль оси сопла осуществляется мановакуумметрами, соединенными с дренажными отверстиями,

расположенными непосредственной на стенке сопла.

Следует иметь ввиду, что все измеряемые давления являются избыточными, и поэтому обозначены на рис. 5.1 буквой p с индексом «штрих».

54

Для получения абсолютных величин к ним необходимо добавить

величину атмосферного давления.

5.4 Методика проведения опыта и обработка опытных данных

Перед включением установки необходимо проверить правильность соединения всех измерительных приборов. Полностью открыть вентиль В2 и

затем, медленно открывая вентиль В1, установить в ресивере 1 такое начальное

Подобным образом нужно провести последовательно несколько опытов

при значениях величины π 0 , отличающихся одно от другого на 0,1.

Полученные данные сводятся в таблицу 5.1 измерений и обработки опытных данных. Такая таблица заполняется для каждого значений величины

π 0 .

55

Давления В, p0 , p2 и pi заносятся в таблицу 5.1 в размерности соответствующей показанию шкалы измерительного прибора. Абсолютные

давления p0 , p2 и pi определяются из соотношения p p B , где В –

атмосферное давление полного торможения, считается постоянным по всей длине канала и равным полному давлению p0 перед соплом. Поэтому в соответствии с уравнением (5.4) относительные давления равны:

Безразмерные скорости λi определяются по соответствующим значениям величин πi из приложения (П.3).

Затем по формуле (5.3) подсчитывается величина критической скорости

скр при этом температура полного торможения по всей длине канала считается

постоянной и равной температуре полного торможения Т 0 в ресивере.

Абсолютные скорости воздуха сi в различных сечениях сопла находятся с

помощью уравнения (5.1) по определенным выше величинам λi и скр .

Конструктивная схема сопла показана на рис. 5.2.

По полученным в работе данным необходимо построить графики распределения статических давлений pi, приведенных скоростей λi и

абсолютных скоростей ci по длине сопла для различных значений относительного давления π 0 .

5.5Контрольные вопросы

1.Что такое критическая скорость газового потока?

56

2.Чем измеряются статические давления вдоль сопла?

3.Методика проведения опыта.

4.Опишите основные элементы экспериментальной установки.

5.От чего зависит величина абсолютной скорости газового потока?

57

Рис. 5.1. Схема экспериментальной установки

Рис. 5.2. Расширяющееся сопло

58

6. Лабораторная работа № 6.

«Компьютерное исследование комбинированного сопла»

Разработанное программное обеспечение предназначено для работы на отдельном компьютере.

При установке ПСР на файл-сервер рекомендуется:

1.Скопировать программу в директорий, защищенный от записи.

2.На директорию, содержащую файлы программы, по возможности,

поставить атрибуты «только чтение» или запретить удаление файлов.

3. После установки данной системы рекомендуется закрыть доступ в установленную директорию и создать ярлык программы на «рабочем столе».

При установке системы необходимо поддерживать (по минимуму)

свободное место на диске около 10 Мбайт.

6.1 Руководство оператора. Запуск программы

Для запуска автоматизированной обучающей системы нажмите два раза мышкой на ярлыке программы «рабочего стола» (рис. 6.1), или узнайте у системного программиста или администратора местонахождение файла для запуска.

После запуска программы на экране появится главная форма программы и основное меню (рис. 6.2).

Программа готова для работы. Перемещение по окну (рис. 6.2)

осуществляется с помощью стрелки мыши, наведите курсор на пункт

«продолжить» и нажатием левой клавиши мыши продолжите работу с программой.

6.2 Работа с программой

Нажав в предыдущем окне на пункт «продолжить», переходим к следующему окну «Ввод исходных данных» (рис. 6.3).