Описание лабораторной установки

Рабочий участок установки для данной лабораторной рабо­ты (рис. 2) представляет собой вертикальную цилиндрическую трубу с внутренним диаметром d = 9 мм и длиной l= 930 мм, присоединённую к трубопроводу обшей вакуумной системы через расходный вентиль 3 (рис.1 раздел 1).

Атмосферный воздух из помещения через входной патрубок 1 просасывается через трубу посредст­вом вакуум-насоса. Изменение перепада давления в трубе (сме­на режимов течения воздуха) осуществляется расходным вен­тилем в трубопроводе. Нагрев воздуха производится с помощью электроспирали 5, намотан­ной на трубу и закреплённой кожухом 3 с теплоизо­ляцией 4. Для измерения статического давления воздуха, начи­ная с сечения 1, на равных расстояниях l= 100 мм, в стенке трубы имеются отверстия с трубками 2, соединёнными с ваку­умметрами. Для измерения давления торможения па выходе из трубы (сеч. 10) установлен приёмник (датчик) 8 с координатником, позволяющим перемещать приёмник вдоль радиуса вы­ходного сечения трубы. Для измерения температуры торможе­ния потока па выходе из трубы используется хромель-копелевая термопара 6, подключенная к измерителю типа 2ТРМО-Овен.

Порядок выполнения работы

1. Для записи показаний приборов и результатов вычисле­ний заготавливается протокол эксперимента (см. образец протокола).

2. Измерить давление р_н и температуру воздуха в помещении лаборатории.

3. Включить вакуум-насос.

4. Постепенно открыть полностью расходный вентиль установки.

5. Записать показания вакуумметров, соединённых с приёмниками статического давления в сечениях потока вдоль трубы

6. Измерить давление торможения в сечении на выходе из трубы (рис. 2, сеч. 10) по радиусу в трёх точках: у стенки, на средине радиуса и на оси трубы. Для этого необходимо враще­нием винта координатника перемещать приёмник давления торможения. Один оборот винта соответствует перемещению приёмника на 0,5 мм.

7. Не изменяя режима течения воздуха, то есть положе­ния расходного вентиля, включить электроспираль и сделать выдержку в 7-10 мин, следя за тем, чтобы нагрев воздуха на выходе из трубы не превысил температуру t = 70˚ С. Это необходимо в целях предупреждения распайки трубок 2 (рис. 2).

8. Повторить пункты 5, 6 для режима течения воздуха с подогревом.

9. Измерить температуру торможения воздуха на выходе из трубы по показанию измерителя типа 2ТРМО-Овен.

10. Выключить электроспираль и через 3-5 мин вакуум насос.

11. Результаты всех измерений записать в протокол.

Обработка результатов эксперимента

1. По результатам измерений определить абсолютное статическое давление р в кПа в сечениях потока воздуха вдоль оси трубы

где р_н - атмосферное давление воздуха в кПа,

п - цена одного деления в кПа образцового вакуумметра.

2. По результатам измерений определить абсолютное давление торможения р* в кПа в сечении на выходе из трубы (рис 2, сеч. 10)

где р_н - атмосферное давление воздуха в кПа,

п - цена одного деления в кПа образцового вакуумметра.

3. Определить осреднённое давление торможения р*_ср в кПа в сечении 10 потока на выходе из трубы, приняв его равным среднеарифметическому значению в трёх точках по радиусу сечения

4. Определить осреднённое давление торможения р*_ср в кПа сечениях 1-9 при условии линейной зависимости изменения его от атмосферного давления р_н во входном сечении 0 до р*_ср в сечении 10 на выходе из трубы.

5. Расчёты по пунктам 1, 2, 3, 4 выполнить для режимов течения воздуха без подогрева и с подогревом.

6. Определить температуру торможения T* в Кельвинах в сечении 10 потока воздуха на выходе из трубы на режиме с подогревом

где t - температура нагретого воздуха в градусах Цельсия, определённая по результатам измерения её термопарой.

7. На режиме с подогревом определить температуру торможения T* в Кельвинах в сечениях 1-9 при условии линейной зависи­мости изменения её от температуры окружающей среды во входном сечении 0 до T* в сечении 10 потока на выходе из трубы.

На режиме без подогрева воздуха температура торможения T* в К во всех сечениях сохраняется неизменной и равной .

8. Определить скорость движения воздуха с_ср в м/с во всех сечениях потока вдоль оси трубы

где k=1,4; R=287 Дж/кгК для воздуха.

9. Определить критическую скорость движения воздуха с_кр в м/с во всех сечениях потока вдоль оси трубы

10. Определить статическую температуру воздуха Т в К во всех сечениях потока вдоль оси трубы

11. Определить плотность воздуха в кг/м³ во всех сечениях потока вдоль оси трубы

,

где R = 287 Дж/кгК для воздуха.

12. Подсчитать расход воздуха G_с в кг/с в сечениях потока

,

где S- площадь сечения потока воздуха (сечения трубы) в м²,

13. Подсчитать коэффициент восстановления давления тормо­жения потока воздуха в трубе.

,где

14. Расчёты по пунктам 8-13 выполнить для режимов без подогрева и с подогревом воздуха.

15.Подсчитать по формуле (6) коэффициент гидравлических потерь на трение ξ в трубе для режима без подогрева воздуха.

16. Записать в таблицу вычисляемых величин протокола результаты расчётов.