zarnitsina-e-g-mapp-549003aae0d37
.pdfМинистерство образования и науки Российской Федерации
ФГБОУ ВПО Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова
Факультет пищевых и химических производств Кафедра "Машины и аппараты пищевых производств"
О.Н. Терехова, Э.Г. Зарницына
ВЕНТИЛЯЦИОННЫЕ УСТАНОВКИ И ПНЕВМОТРАНСПОРТ
Методическое пособие к выполнению лабораторных работ для студентов направления «Технологические машины и оборудование» и «Продукты питания из растительного сырья» очной и заочной форм обучения
Изд-во АлтГТУ
Барнаул 2014
УДК 664.7.05.:697.9(075.5)
Терехова О.Н., Зарницына Э.Г. Вентиляционные установки и пневмотранспорт: Методическое пособие к выполнению лабораторных работ для студентов направления «Технологические машины и оборудование» и «Продукты питания из растительного сырья» очной и заочной форм обучения / Алт. гос. техн. ун-т им. И.И. Ползунова. – Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2014 – 44 с.
Методическое пособие к выполнению лабораторных работ составлено в соответствии с программой курса "Вентиляционные установки и пневмотранспорт". При выполнении лабораторных работ студенты углубляют знания основных законов промышленной аэродинамики, приобретают навыки по измерению скоростей и объемов перемещаемого воздуха, проводят испытание пылеотделителей и центробежных вентиляторов. Это позволяет закрепить теоретический материал курса "Вентиляционные установки и пневмотранспорт".
Рассмотрено и одобрено на заседании кафедры "Машины и аппараты пищевых производств"
Протокол №3 от 13.11.2014 г.
Рецензент: доцент, к.т.н., генеральный директор АНО "Независимая экспертная компания" А.А. Глебов
2
Лабораторная работа №1
ИЗМЕРЕНИЕ СКОРОСТИ И РАСХОДА ВОЗДУХА В ВОЗДУХОВОДЕ МЕТОДОМ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОЛЯ СКОРОСТЕЙ
1 Цель работы
Изучение и практическое освоение основного способа измерения средней скорости и расхода воздуха в воздуховодах с помощью пневмометрической трубки методом исследования поля скоростей.
2 Основные теоретические положения
При движении потока воздуха в воздухопроводах в результате вязкостного трения граничащие со стенками частицы воздуха как бы "прилипают" к стенкам, остаются неподвижны и образуют тончайший пограничный слой. Остальной поток скользит по этой ламинарной пленке. При этом у стенок наблюдается максимальный градиент скорости, убывающей до нуля к центру потока. По закону Ньютона – Петрова касательные напряжения трения, обусловленные вязкостью воздуха, пропорциональны градиенту скорости. Поэтому при небольших скоростях воздуха имеет место "слоистая" форма течения с неравномерным, вытянутым вдоль оси потока полем скоростей. В каждой точке поперечного сечения воздухопровода действует своя, так называемая местная скорость. Местная скорость вдоль оси потока будет максимальна, а у стенок воздуховода она будет равна нулю.
Для расчета местной скорости в любой точке поперечного сечения воздуховода при ламинарном режиме можно использовать уравнение Стокса
U = |
|
1 |
× R × (r2 - y2 ), |
(1) |
|
4 |
× μ |
||||
|
|
|
где R – потери давления на 1 м длины воздухопровода, Па/м; μ – коэффициент динамической вязкости, Па∙с;
y – текущая ордината точки, расстояние от центра потока
до соответствующей точки измерения, м.
Таким образом, при ламинарном режиме действует квадратичный закон распределения скоростей и эпюрой скоростей в круглом воздуховоде является параболоид вращения.
3
Рисунок 1 – Поле скоростей в воздухопроводе при ламинарном режиме движения
При y = r |
; U = 0 . |
При y = 0 |
; U = Umax . |
Согласно |
выражению (1), можно получить максимальную |
скорость по оси потока
Umax = |
|
R |
× r2 . |
(2) |
|
4 |
× μ |
||||
|
|
|
Как известно, в вентиляционных установках все расчеты ведут по средней скорости воздуха. Средней скоростью называется такая
фиктивная скорость V , которая, будучи одинаковой и постоянной во всех точках поперечного сечения потока, обеспечивает такой же расход воздуха через сечение, что и при действительных скоростях.
Учитывая, что при ламинарном режиме эпюра поля скоростей представляет собой параболоид вращения, можно получить формулу для расчета средней скорости
V = |
Umax |
= 0,5×Umax . |
(3) |
|
|||
2 |
|
|
При турбулентном режиме воздушного потока, когда число Рейнольдса Re >2300, закон распределения скоростей не подчиняется уравнению Стокса, а выражается уравнением кривой вида
U = U |
|
æ |
|
y ön |
|
||
max |
×ç1 |
- |
|
÷ |
, |
(4) |
|
|
|||||||
|
è |
|
r ø |
|
|
4
где |
1 |
> n > |
1 |
. |
|
|
|
|
|||
6 |
10 |
|
|
||
В связи с этим среднюю скорость при турбулентном режиме |
|||||
приближенно находят по формуле |
|
||||
|
|
|
|
V = a ×Umax , |
(5) |
где a – коэффициент поля скоростей.
Он зависит от числа Рейнольдса и колеблется в пределах от 0,8 до 0,88. Определение средней скорости по формуле (5) является приближенным и допустимо только при выравненных потоках. Так как на практике вентиляционные потоки обычно не выравнены, то для измерения средней скорости и расхода воздуха наиболее часто используют метод исследования поля скоростей. Суть метода исследования поля скоростей состоит в том, что нужно определить местные скорости во многих точках по сечению воздухопровода и затем осреднить их.
Так как математика допускает осреднение только равновесно определенных экспериментом величин, то поперечное сечение воздухопровода разбивают, проводя концентрические окружности, на кольца равной площади. В соответствующих точках поперечного сечения измеряют динамические давления, вычисляют по ним местные скорости и далее их осредняют.
Для получения средней скорости движения воздуха с большей степенью точности, измеряют динамические давления в двух взаимно перпендикулярных сечениях воздухопровода.
Таким образом, воздуховод круглого сечения (рисунок 2) разбивают на m концентрично расположенных площадей, получая
количество точек замера z = 4 × m .
Рисунок 2
5
Разумеется, чем больше сечение воздухопровода, тем на большее число площадок его нужно разбить.
На основании опытных данных для воздуховодов круглого сечения величины т и z рекомендуется принимать в соответствии с таблицей 1.
Таблица 1
D , мм |
до 150 |
150-140 |
450-600 |
600-800 |
m |
2 |
3 |
4 |
5 |
z |
8 |
12 |
16 |
20 |
Расстояние точки замера от центра воздуховода (текущая ордината точки измерения) можно определить по следующей формуле
yn = |
D |
× |
|
2 × n -1 |
, |
(6) |
||
2 |
2 × m |
|
||||||
|
|
|
|
|
где D – диаметр воздуховода, мм;
n – порядковый номер точки от центра;
m – количество равновеликих колец, на которые разбито данное сечение.
Далее рассчитываются расстояния точек замера от стенки воздухопровода
l1 = D2 - y2 ; l2 = D2 - y1 ;
(7)
l3 = D2 + y1 ; l4 = D2 + y2 .
Согласно ГОСТу 12.3.018–79 "Системы вентиляционные. Методы аэродинамических испытаний" координаты точек измерения динамических давлений в воздуховодах круглого сечения можно определить по упрощенной методике в соответствии с рисунком 3.
6
– при 100 мм ≤ D ≤ 300 мм;
– при D > 300 мм.
Рисунок 3
Если воздуховод имеет прямоугольное или квадратное сечение,
каждую сторону делят на m частей и получают при этом z = m2 равновеликих площадей. В центрах симметрии каждой из них измеряют динамические давления, находят по ним местные скорости, осреднив которые и получают среднюю скорость движения воздуха (рисунок 4).
Рисунок 4
7
Опытные данные позволяют принимать величины m и z для воздуховодов прямоугольного и квадратного сечений в соответствии с таблицей 2.
Таблица 2
F , м2 |
до 0,01 |
0,1 |
0,4 |
0,6 |
0,8 |
m |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
z |
9 |
16 |
25 |
36 |
49 |
Для получения надежных результатов измерения сечения для замеров динамических давлений следует выбирать на расстоянии не менее пяти диаметров в обе стороны от фасонных деталей, так как наличие всякого рода местных сопротивлений значительно искажает поле скоростей. Если сечение для замеров вынуждено выбираться ближе, чем в пяти диаметрах от фасонной детали, то лучше, если сечение находится перед деталью, считая по направлению движения воздуха. Количество точек измерения в этом случае нужно увеличить по сравнению с рекомендуемым в таблицах.
3 Схема экспериментальной установки и приборы для работы
Измерение скоростей и расходов воздуха проводится на установке, которая состоит из входного коллектора 1, прямолинейного участка 2, задвижки 3 и вентилятора 4 (рисунок 5).
В комплект приборов входят: комбинированный приемник давления 5, микроманометр ММН 6 со шлангами 7, рулетка, барометр, психрометр и термометр.
4 Порядок выполнения работы
4.1Студенты делятся руководителем на подгруппы по 3-4 человека в каждой.
4.2В каждой подгруппе один студент обязан проверить и подготовить к работе микроманометр; второй студент осуществляет поверку комбинированного приемника давления и проводит его разметку; третий определяет с помощью психрометра относительную влажность воздуха; четвертый – снимает показания термометра и барометра и рассчитывает все необходимые поправки.
8
4.3 После проведения всех подготовительных работ, студенты с разрешения преподавателя начинают опыты.
Перед пуском вентилятора задвижка 3 устанавливается в положение "закрыто" для обеспечения устойчивого запуска вентилятора.
Рисунок 5
4.4Опыт проводится три раза, при различных скоростях движения воздуха, устанавливаемых с помощью задвижки. В каждом опыте измерения динамического давления проводятся последовательно по двум взаимно перпендикулярным направлениям.
4.5По окончании опытов данные показывают руководителю, рабочее место с его разрешения приводится в порядок. Производится оформление отчета по эксперименту.
5 Поверка микроманометра
5.1Микроманометр устанавливают по уровням.
5.2Через шланг, соединенный с трубкой микроманометра, очень осторожно подсасывается воздух до появления столбика спирта в трубке прибора. Если столбик спирта не появляется или появляется вместе с пузырьками воздуха, то это значит, что спирта в бачке микроманометра мало. Его нужно осторожно, не переливая, долить в прибор, а пузырьки воздуха удалить многократным легким подсасыванием.
5.3При максимальном факторе прибора (Кпр = 0,8) спирт
подсасывается почти до максимального деления микроманометра и шланг перегибается пополам почти у самого конца.
9
Если при этом столбик спирта в приборе не падает, то шланг пригоден к работе, утечек в нем и трубке прибора нет. Если уровень спирта понижается, то шланг или трубка " течет " и нужно устранить неисправность.
5.4Аналогично проверяется шланг, присоединенный к бачку, и бачок прибора, только воздух здесь не следует подсасывать, а надо осторожно вдувать.
5.5После проверки герметичности прибора и шлангов нуль шкалы прибора совмещается с нижним краем мениска спирта. Прибор готов к работе.
6 Поверка комбинированного приемника давления
6.1Смоченным пальцем на приемнике давления плотно закрывается отверстие для восприятия полного давления, а через штуцер полного давления подсасывается воздух и одновременно с подсасыванием отверстие штуцера прикрывается языком. Если язык "не отлипает", то приемник полного давления герметичен, то есть исправен.
6.2С помощью скотча плотно закрывается щель для восприятия статического давления и через штуцер статического давления аналогично проводится подсос. Если и здесь герметичность не нарушена, комбинированная пневмометрическая трубка пригодна к работе.
Воздух в пневмометрическую трубку при проверке нельзя вдувать, так как образующийся в приемнике конденсат закупорит малые проходные сечения, приемник выйдет из строя.
7 Разметка комбинированной пневмометрической трубки
7.1Определить диаметр воздуховода.
7.2Вычислить координаты точек измерения динамического
давления.
7.3Наложив линейку на пневмометрическую трубку так, чтобы нулевое деление ее совпало с осью отверстия для восприятия полного давления, а шкала шла вдоль трубки, отложить на трубке расстояния от стенки воздуховода до соответствующих точек измерения.
Приемник давления вводят в воздухопровод, пережав шланги, соединяющие его с микроманометром. После полного введения приемника шланги освобождают от зажимов, а пневмометрическую
10