background image

 

 

1.

  Cel ćwiczenia 

 

Celem ćwiczenia było wyznaczenie średniej prędkości przepływu gazu w rurociągu 

przy zastosowaniu metody polegającej na porównaniu energii kinetycznej gazu z 

przyrostem energii potencjalnej cieczy w rurce manometrycznej. 

 

2.

  Schemat stanowiska 

1.

  Zwężka pomiarowa 

2.

  Rurka Prandtl’a 

 

D=500mm  

d=350mm 

 

 

 

Katedra Energetyki i Ochrony Środowiska 

MECHANIKA PŁYNÓW 

 

„Określanie średniej prędkości przepływu 

gazu” 

 

Data: 

20 IV 2010 

 

Gr13A 

 

Tomasz Olchawski 

 

WIMIR, AiR 

background image

3.

  Pomiary 

 

Za pomocą rurki Prandtl’a wykonano pomiary ciśnienia statycznego i całkowitego na 

różnych wysokościach w przekroju rurociągu. 

 

H – głębokość zanurzenia rurki 

h1 – wysokość odczytana z rurki manometrycznej mierzącej ciśnienie całkowite 

h2 – wysokość odczytana z rurki manometrycznej mierzącej ciśnienie statyczne 

h – różnica „wysokości ciśnień” odpowiadająca „wysokości” ciśnienia dynamicznego 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Zmierzono również „wysokość ciśnienia” dynamicznego przed zwężka hx=21mm  

 

4.

  Obliczenia 

 

Pomiary wykonano w następujących warunkach: 

•  Temperatura: T=23

O

C=296K 

•  Wilgotność względna: k=48% 
•  Ciśnienie atmosferyczne: 

P=745mmHg=745*133,3224Pa=993,25188hPa 

Do wyznaczenia gęstości wilgotnego powietrza posłużono się wzorem: 

(

)

p

n

n

p

n

k

T

p

T

kp

p

ρ

ρ

ρ

+

=

1

   

 

oraz    

g

h

P

p

c

x

ρ

=

1

 

 

 

lp. 

h1 

h2 

h=h2-h1 

  

[mm] 

[mm] 

[mm] 

[mm] 

  

  

  

  

  

550 

53 

60 

500 

51 

60 

450 

48 

62 

14 

400 

45 

62 

17 

350 

44 

62 

18 

300 

43 

62 

19 

250 

44 

62 

18 

200 

47 

60 

13 

150 

48 

60 

12 

10 

100 

54 

60 

background image

Gdzie: 

•  Gęstość powietrza w warunkach normalnych: 

3

2759

,

1

m

kg

n

=

ρ

  

•  Ciśnienie powietrza w warunkach normalnych: 

Pa

p

n

5

10

=

 

•  Temperatura powietrza w warunkach normalnych: 

K

T

n

273

=

 

•  Gęstość cieczy manometrycznej: 

3

825

m

kg

c

=

ρ

 

•  Przyspieszenie ziemskie: 

2

81

,

9

s

m

=

 

•  Gęstość pary wodnej nasyconej suchej: 





3

m

kg

p

ρ

 

•  Ciśnienie pary wodnej nasyconej suchej: 

]

[Pa

p

p

 

Odczytano: 

•  Gęstość pary wodnej nasyconej suchej w temperaturze T: 

3

023

,

0

m

kg

p

=

ρ

 

•  Ciśnienie pary wodnej nasyconej suchej w temperaturze T: 

Pa

p

p

3173

=

 

Obliczono korzystając z metody rurki Prandtl’a: 

Pa

s

m

m

kg

m

Pa

g

h

P

p

c

x

99155

81

,

9

825

021

,

0

99325

2

3

1

=

ρ

 

(

)

=

+

=

p

n

n

p

n

k

T

p

T

kp

p

ρ

ρ

ρ

1

(

)

3

3

5

3

15

,

1

023

,

0

%

48

296

10

273

3173

%

48

99155

2759

,

1

m

kg

m

kg

K

Pa

K

Pa

Pa

m

kg

+

=

 

 

Prędkość gazu na poszczególnych głębokościach wyznaczono z zależności: 

ρ

ρ

gh

v

c

2

=

 

 

 

background image

lp. 

  

[m] 

[m/s] 

  

  

  

0,007 

9,926 

0,009 

11,255 

0,014 

14,038 

0,017 

15,469 

0,018 

15,917 

0,019 

16,353 

0,018 

15,917 

0,013 

13,527 

0,012 

12,996 

10 

0,006 

9,190 

  

  

  

  

vśr [m/s] 

13,459 

 

 

 

Obliczono korzystając z metody obliczeniowej kryzy pomiarowej: 

 

Współczynnik przepływu C’: 

15

,

1

6

15

,

4

2

1

,

4

Re

10

)

0033

,

0

0000175

(

2262

,

0

99

,

0

'





=

β

β

β

C

 

 

Gdzie: współczynnik kontrakcji

7

,

0

=

=

D

d

β

 

937

,

0

'

=

C

 

 

 

Wyznaczono liczbę ekspansji e dla powietrza przed zwężką 

 

 

 

 

=

τ

τ

τ

β

β

τ

1

1

1

1

1

1

2

4

4

2

x

x

x

x

x

x

e

 

 

Gdzie:  

background image

•  wykładnik adiabaty x=1,4 

•  liczba przepływu:

 

 

 

 

 

 

 

998

,

0

1

1

1

1

=

=

p

g

h

p

p

c

ρ

τ

 

 

998

,

0

e

 

 

 

Wyznaczono strumień objętości: 

1

2

4

2

4

1

'

ρ

π

β

p

d

e

C

V

=

 

s

m

V

3

856

,

1

 

 

Oraz średnią prędkość gazu: 

s

m

D

V

v

sr

454

,

9

4

=

π

 

 

 

 

 

 

 

 

 

background image

 

5.

  Wykres 

 

Wykres przedstawia rozkład prędkości w zależności od głębokości zanurzenia rurki 

Prandtl’a: 

 

h[mm] 

v[m/s] 

 

6.

  Wnioski 

Jak  potwierdzają obliczenia prędkość przepływu gazu jest największa w okolicach osi 

rurociągu. Zmniejszenie prędkości przy ściankach spowodowane jest między innymi 

siłami tarcia. 

0

100

200

300

400

500

600

0

5

10

15

20