Laboratorium z termodynamiki

TEMAT : Pomiar strumienia substancji

WSTĘP TEORETYCZNY

I. PRZYRZĄDY POMIAROWE:

1. Manometr cieczowy różnicowy U-rurka (przed kryzą) :

• zakres pomiarowy : 0 ÷ 1200 [mm H₂O] ;

• działka elementarna : 1 [mm H₂O] ;

2. Mikromanometr Recnagla (za kryzą) :

• zakres pomiarowy : 0 ÷ 210 [mm H₂O] ;

• działka elementarna : 1 [mm H₂O] ;

• przełożenie : 1 ÷ 2 ;

3. Mikromanometr Recnagla (przed zwężką) :

• zakres pomiarowy : 0 ÷ 210 [mm H₂O] ;

• działka elementarna : 1 [mm H₂O] ;

• przełożenie : 1 ÷ 1 ;

4. Mikromanometr Recnagla (za zwężką) :

• zakres pomiarowy : 0 ÷ 210 [mm H₂O] ;

• działka elementarna : 1 [mm H₂O] ;

• przełożenie : 1 ÷ 2 ;

5. Mikromanometr Recnagla (połączony z rurka Prandtla) :

• zakres pomiarowy : 0 ÷ 210 [mm H₂O] ;

• działka elementarna : 1 [mm H₂O] ;

• przełożenie 1 ÷ 2 ;

6. Termometr .

7. Barometr .

8. Przyrząd do pomiaru wilgotności powietrza .

9. Rurka spiętrzająca Prandtla .

10. Klasyczna zwężka Venturiego :

• średnica otworu zwężki 164 [mm] ;

11. Kryza pomiarowa ISA średnica otworu kryzy 194 [mm].

Krótki opis stanowiska badawczego:

Stanowisko badawcze do pomiaru strumienia substancji składało się z rurociągu i było podobne jak przy badaniu wentylatora .Dodatkowo składało się z przyrządów : zwężki Venturiego, kryzy pomiarowej , rurki Prandtla , przy czym przed wentylatorem zamontowana jest kryza pomiarowa i rurka Prandtla , a za wentylatorem zwężka Venturiego. Do tych przyrządów przyłączone manometry cieczowe Recnagla i U-rurka umożliwiająca pomiar ciśnienia w odpowiednich miejscach rurociągu. Ciśnienie strumienia powietrza w rurociągu można regulować przez przymykanie lub otwieranie przysłony. Wpływ na strumień powietrza ma także prędkość obrotowa wentylatora.

Podstawowe zależności matematyczne

• Ciśnienie powietrza w otoczeniu:

• Ciśnienie powietrza w rurociągu:

• Gramowy stopień zawilżenia powietrza:

• Stała gazowa powietrza wilgotnego:

• Gęstość powietrza :

• Objętość właściwa:

• Promień R_i:

• Średnia prędkość arytmetyczna:

• Stopień rozwarcia kryzy lub zwężki:

• Liczba przepływu :

• Strumień substancji przepływający przez rurociąg:

Liczenia przykładowe dla pierwszego pomiaru :

DATA:1997-12-09

1. Pomiary powietrza w otoczeniu:

• temperatura t_α=20⁰C :

- temperatura T_ot=293

• ciśnienie otoczenia(755mmHg)

• ciśnienie b_ot=1006.415hPa=100641.5Pa

• wilgotnośc56%

2. Pomiary rurką spiętrzającą:

• średnica rurociągu D=250 [mm]

• liczba części podziału rurociągu m=3

• gęstość cieczy manometrycznej
  =1000
  

3. Pomiary kryzą :

• średnica rurociągu D=250 [mm]

• średnica otworu kryzy d=194 [mm]

P_not =238.2283
- przyjęte z tablic dla t=20⁰C

1
=9.81[Pa]

- stąd P_not=238.2263∗9.81=2337Pa

• stosunek rozwarcia kryzy r =0.602

• chropowatość rurociągu Δ=0.3mm

• promień zaokrąglenia wlotu kryzy r_k=0.1mm

4.Pomiar klasyczną zwężką :

• średnica rurociągu D=250mm

• średnica zwężki d₁=164mm

• stosunek rozwarcia zwężki=r=0.4303

OBLICZENIA DLA KRYZY

1.Obliczam stopień rozwarcia kryzy :

r=
=
=0.6022

2 . Ciśnienie otoczenia P_ot=1006.415 [hPa] =100641.5 [Pa]

3. Obliczam gramowy stopień zwilżenia powietrza :

X_ot=0.622
=0.622

4 . Obliczam stałą gazową powietrza wilgotnego:

R=

5.Całkowite ciśnienie przed kryzą:

P_k=P_ot-P_kr=100641.5-634.163=100007.34[Pa]

6.Obliczam objętość właściwą:

=

7. Obliczam objętość właściwą:

8.Stosunek

=
1.88^-3

9.Liczba ekspensji z wykresu (Temperatura powierza w rurociągu t≈20⁰C przyjmuję k_t=1.000.Z załącznika do PN Z 9 odczytuję liczbę ekspansji ε=0.998)

ε=0.998

Odczytuję α₀ z wykresu dla obliczonego r (Z normy PN-65/M.-53950 dla stopnia rozwarcia kryzy r=0.6022 liczba przepływu α₀=0.74):

α₀=0.74

11.Przyjmuję

α=α₀

12. Obliczam strumień:

=1.1106
= 0.43[
]

13.Odczytuję dynamiczny współczynnik lepkości

14. Obliczam liczbę Reynoldsa

Re=

15. Odczytuję z wykresów k₁;k₂;k₃(z wykresu zamieszczonego w załączniku Z2 Wp n przyjmuję wartości

k₁=1.008 k₂=1.0035 k₃=1.003):

Δ=0.3[mm]

r_k=0.1[mm]

16.Obliczam liczbę przepływu :

α=α₀

17.Obliczam ponownie
podstawiając k_1;k₂;k₃:

18.Obliczam strumień objętości:

ZWĘŻKA

1.Obliczam stopień rozwarcia zwężki:

r=[
=

2 . Obliczam liczbę przepływu

=

3. Obliczam ciśnienie powietrza w otoczeniu:

P_ot=
=

4. Ciśnienie powietrza w rurociągu:

p_z= p_m.+ p_ot=132.38+100641.5=100773.89[Pa]

5.Stopień zwilżenia X_0t

P_not- przyjęte z tablic dla t=20⁰C(238.2283);

1
=9.81[Pa]

stąd P_not=238.2263
9.81=2337Pa

X_ot=0.622
=0.622

6. Obliczam stałą gazową powietrza wilgotnego:

R=

8.Obliczam objętość właściwą:

=

9. Obliczam objętość właściwą:

10.Liczba ekspansji z wykresu:

11.

RURKA PRANDTLA:

1. Obliczam strumień substancji przepływający przez rurociąg:

=

2.Obliczam strumień objętości:

Obliczam prędkość przy promieniach Ri

-dla R_g=114

=21.3

Obliczam prędkość przy promieniach Ri

-dla R_g=88

=25.7

Obliczam prędkość przy promieniach Ri

-dla R_g=51

=33.8

Obliczam prędkość przy promieniach Ri

-dla Rśr=125

Obliczam prędkość przy promieniach Ri

-dla R_d=51

=35.08

Obliczam prędkość przy promieniach Ri

-dla R_d=88

=28.2

Obliczam prędkość przy promieniach Ri

-dla R_d=114

22.14

Średnia prędkość arytmetyczna:

W_śre=
=28.9

Maksymalna prędkość w rurociągu jest równa wg wzoru:

W_max=
= 36.1

WNIOSKI I UWAGI

Pomiar strumienia substancji dokonany buł metodą pośrednią. Charakterystyczną cechą tej metody jest zdjęcie pomiaru ciśnienia z manometrów, a następnie przeliczenie, za pomocą wzorów strumienia substancji.

Na wyniki pomiarów mają wpływ następujące czynniki

• wilgotność;

• temperatura;

• chropowatość rurociągu;

• opory przepływu;

• nieszczelności ;

• błąd wskazań przyrządów.

Pomiary po przeliczeniu strumienia substancji nie odbiegały zbytnio od siebie , co może świadczyć o poprawnym działaniu przyrządów i poprawnie przeprowadzonym doświadczeniu

TABELE POMIAROWE

LP	RURKA PRANDTLA
	PDYN [mmH20]			PDYN [mmH20]
		1	2	3	WYNIK	WYNIK
		ODCZYTANY	ODCZYTANY	ODCZYTANY	ŚREDNI [mmH20]	ŚREDNI [Pa]
1	28	28	28	28	274
2	40	40	42	42	398
3	72	70	68	68	686.5
4	82	82	78	78	791
5	70	74	76	76	738.78
6	48	50	48	48	477.25
7	30	30	30	30	294.2

LP	ZWĘZKA
	ΔPZW 1:2					PZW 1:1
		WYNIKI ODCZ. [mmH20]			WYNIKI	WYNIKI	WYNIKI ODCZ [mmH20]			WYNIKI	WYNIKI
		1	2	3	ŚREDNI [mmH20]	Pa=9.80665	1	2	3	ŚREDNI [mmH20]	Pa=9.80665
1	58.5	59	59	58.8	576.956	13.0	13.0	14.0	13.3	130.42
2	58.5	59	59	58.8	576.956	14.0	13.0	13.0	13.3	130.42
3	59	58.5	59	58.8	576.956	14.0	13.0	13.5	13.5	133
4	58.5	58.5	59	58.6	574.669	13.0	14.0	13.0	13.3	130.42
5	58.5	59	58.5	58.6	574.669	14.0	13.0	13.0	13.3	130.42
6	59	58.5	58.5	58.6	574.669	12.0	14.5	13.0	13.1	129.12
7	58.5	59	58.5	58.6	574.669	14.0	13.0	13.5	13.5	133

LP	KRYZA
	PKR 1:1					ΔPKR1:2
		WYNIKI ODCZ. [mmH20]			WYNIKI	WYNIKI	WYNIKI ODCZ [mmH20]			WYNIKI	WYNIKI
		1	2	3	ŚREDNI [mmH20]	Pa=9.80665	1	2	3	ŚREDNI [mmH20]	Pa=9.80665
1	63	65	64	64	627.625	17.5	17	18	17.5	171.62
2	64	64	64	64	627.625	17	18	17.5	17.5	171.62
3	64	64	64	64	627.625	17.5	17	18	17.5	171.62
4	64	64	64	64	627.625	18	17	17.5	17.5	171.62
5	64	64	64	64	627.625	17	18	17.5	17.5	171.62
6	64	64	64	64	627.625	18	17.5	17	17.5	171.62
7	65	64	65	64.6	634.163	17	18	17.5	17.5	171.62

POLITECHNIKA OPOLSKA

POMIAR STRUMIENIA SUBSTANCJI

-/9/-

---