SOU INITELE V AZENÉHO ODPORU

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "SOU INITELE V AZENÉHO ODPORU"

Patrik Pravec
před 7 lety
Počet zobrazení:

1 VUT V PRAZE, FAKULTA STROJNÍ Studijní obor Inteligentní budovy Exerimentální metody STANOVENÍ SOU INITELE V AZENÉHO ODPORU 2011 VUT V PRAZE Fakulta strojní Ústav techniky rost edí Cíl m ení Cílem m ení je stanovit exerimentáln závislost sou initele v azeného odoru (místní tlakové ztráty) na Reynoldsov ísle kruhové klaky. Tato závislost latí ro ur itý úhel nastavení klaky. 1

2 Cíl m ení Znalost hodnot sou initel odoru jednotlivých vzduchotechnických rvk je nezbytná ro rojektování a navrhování vzduchotechnických za ízení. Pro srávnou funkci vzduchotechnického za ízení je nutné, aby v rojektové fázi byly rovedeny hydraulické výo ty. Schéma m ení 2

3 Schéma m ení r toku Sou initel v azeného odoru klaky (-) se stanoví na základ definice z nam ené tlakové ztráty z sobené klakou a dynamického tlaku v otrubí ed klakou ξ = w 2 K 2 z ρ K w K 3

4 kde z w K K (Pa) je tlaková ztráta klaky (m/s) je st ední rychlost v r ezu otrubí ed klakou (kg/m 3 ) je hustota vzduchu stanovená v otrubí ed klakou w K Tlaková ztráta je obecn dána rozdílem celkových tlak ed a za daným za ízením i úsekem otrubí. Potom za edokladu stejných rychlostí ed a za a tedy i dynamických tlak : z = = c,1 s,1 c,2 s,2 = + s,1 d,1 + d,1 d,2 ( + ) s,2 = s d,2 = 4

5 kde index c znamená celkový tlak index s znamená statický tlak index d znamená dynamický tlak index 1 znamená místo ed za ízením index 2 znamená místo za za ízením s (Pa) je rozdíl statických tlak ed a za P edchozí vztah se dá uravit: z = s = ± = s,1 s,1 s,2 ( ± ) s,2 = o ± s,1 ( ± ) o s,2 = znaménko + latí ro etlak, ro odtlak 5

6 kde index s znamená statický index 1 znamená místo ed za ízením index 2 znamená místo za za ízením s,1, s,2 (Pa) statický etlak i odtlak (Pa) tlak vzduchu v okolí trat o Podtlak, který je m en kaalinovým mikromanometrem se sklonným ramenem se stanoví ze vztahu s = g ρ k M M ( l ) l 0 6

7 kde g (m/s 2 ) je gravita ní zrychlení (je rovné 9,81m/s 2 ) M (kg/m 3 ) je hustota náln mikromanometru k M (-) je konstanta mikromanometru l (m) je tení mikromanometru (m) je nulové tení mikromanometru l 0 Tlaková ztráta se odle následujícího obrázku zjistí ze vzdálenosti rovnob ných ímek rolo ených vynesenými body odtlak nam ených odél m icí trat. Statický odtlak odél trat roste vlivem tlakové ztráty t ením. Proto e rychlost vzduchu i materiál trat je ed i za klakou stejný, musí být i stejný sklon obou ímek. 7

8 s (Pa) z 0 1 x (m) Pou itá metodika m ení r toku, res. st ední rychlosti vychází z odmínky asov ne íli náro ného m ení rychlosti. Na vstu trat je umíst na tvrtkruhová dýza, u které edokládáme tzv. obdélníkový rychlostní rofil, kdy ve v ech bodech r ezu je stejná rychlost. Z definice st ední rychlosti vylývá, e tato stejná rychlost je rovna i st ední rychlosti v tomto r ezu. 8

9 V ústí dýzy je m ena rychlost vzduchu Prandtlovou sondou. Vzhledem k obdélníkovému rychlostnímu rofilu je mo né m it v libovolném bod r ezu, ro m ení zvolíme osu otrubí. Tímto ostuem zm íme Prandtlovou sondou st ední rychlost v ústí dýzy. Potrubí ed klakou má stejný r m r jako je vnit ní r m r dýzy, rychlosti vzduchu ale stejné nebudou budou se li it vzhledem k rozdílnému stavu vzduchu v obou místech, roto je nutné rychlost v dýze eo ítat na rychlost ed klakou odle rovnice kontinuity. 9

10 St ední hodnota rychlosti vzduchu ed klakou se stanoví eo tem z hustot vzduchu ed klakou a v dýze w K = w ρ K ρ kde w K (m/s) je st ední rychlost ed klakou w (m/s) je st ední rychlost v dýze K (kg/m 3 ) hustota vzduchu ed klakou (kg/m 3 ) hustota vzduchu v dýze 10

11 Za edokladu stejné teloty vzduchu ed klakou, jako je v m icí dýze, se om r hustot vzduchu dá vyjád it jako om r (absolutních) statických tlak. Potom rychlost ed klakou bude w K = w s, K s kde w K (m/s) je st ední rychlost ed klakou w (m/s) je zm ená Prandtlovou sondou s,k (Pa) statický tlak ed klakou s (Pa) statický tlak v dýze 11

12 Rychlost roud ní vzduchu v míst Prandtlovy sondy se stanoví ze vztahu w = k PS 2 ρ d kde k PS (-) je konstanta Prandtlovy sondy, není li ur eno jinak, bere se = 1,0 (kg/m 3 ) hustota vzduchu v míst m ení (v míst Prandtlovy sondy) d,i (Pa) je dynamický tlak sejmutý Prandtlovou sondou 12

13 Dynamický tlak d se zjistí z celkového tlaku c a statického tlaku s, které jsou i m ení snímány Prandtlovou sondou. Dynamický tlak je dán rozdílem obou t chto tlak. d = c s kde d (Pa) je dynamický tlak vzduchu c (Pa) je celkový tlak vzduchu (Pa) je dynamický tlak vzduchu d d = c s 13

14 Schéma Prandtlovy sondy. Sonda otvorem ve svém ele snímá tlak celkový a otvory ve válcovém nosu sondy snímá tlak statický. Nos sondy musí být i m ení rovnob ný s vektorem rychlosti. d = c s Dynamický tlak m ený kaalinovým mikromanometrem se sklonným ramenem se stanoví ze vztahu d = g ρ M k M ( l ) l 0 14

15 kde g (m/s 2 ) je gravita ní zrychlení (=9,81) M (kg/m 3 ) je hustota náln mikromanometru k M (-) je konstanta mikromanometru l (m) je tení mikromanometru (m) je nulové tení mikromanometru l 0 Hustota vlhkého vzduchu v dýze ( ili v míst kde je Prandtlovou sondou m ena rychlost vzduchu) se stanoví ze vztahu ρ = s 0,378 r T a v 15

16 kde s (Pa) je (absolutní) statický tlak v dýze v (Pa) je arciální tlak vodních ar ve vzduchu (v otrubí) r a (J/kg.K) je lynová konstanta suchého vzduchu (=287,02) T (K) je telota vzduchu uvnit otrubí (v termodynamické stunici) Statický tlak v dýze se stanoví z tlaku okolí a statického odtlaku, snímaného Prandtlovou sondou a m eného U-manometrem, ze vztahu s = g ρ h o U 16

17 kde o (Pa) je tlak v okolí otrubní trat zm ený stani ním barometrem g (m/s 2 ) je gravita ní zrychlení (=9,81) U (kg/m 2 ) je hustota náln U-manometru h (m) je rozdíl vý ek hladin U-manometru Parciální tlak vodních ar v se stanoví asira ním sychrometrem. Asira ní sychrometr nasává ventilátorkem vzorek vzduchu z otrubí do své m icí komory, ve které je telom r m ící skute nou telotu vzduchu t a druhý telom r obalený mokrou un o kou, který m í telotu mezního adiabatického ochlazení t m (tzv. mokrou telotu). 17

18 Podmínkou, aby asira ní sychrometr m il srávn, tzn. aby mokrý telom r ukazoval telotu mezního adiabatického ochlazení, je dostate ná rychlost roud ní vzduchu kolem telom ru. Tato rychlost musí být minimáln 2 a 3 m/s. Dal í odmínkou je dostate né navlh ení un o ky destilovanou vodou. Oba telom ry v sychrometru by m ly být chrán ny roti sálání. Z Molierova diagramu se odle následujícího obrázku z teloty suchého telom ru (telota vzduchu) a teloty mokrého telom ru ur í bod odovídající stavu vzduchu. Na x-ové (vodorovné) ose se otom ro tento stav ode te arciální tlak vodních ar. 18

19 t t =1 x v t m h =konst. x ; v Reynoldsovo íslo se so te ze vztahu kde w K D K Re = w K D µ ρ K (m/s) je st ední rychlost ed klakou (m) je vnit ní r m r otrubí ed klakou (kg/m 3 ) hustota vzduchu ed klakou (Pa.s) je dynamická viskozita vzduchu (ur í se z tabulek odle teloty vzduchu) 19

20 Postu m ení - stanoví se tlak okolí stani ním barometrem - hadi kami se roojí ístroje (Prandtlova sonda, mikromanometr, U-manometr) odle schématu - sustí se ventilátor - frekven ním m ni em se nastaví ot ebný r tok vzduchu Postu m ení - zm í se telota vzduchu v otrubí - zm í se telota mokrého a suchého telom ru v otrubí asira ním sychrometrem - na mikromanometru sondy se ode te dynamický tlak a na U-manometru statický odtlak v trati - hadi kou se ostun roojují jednotlivé odb ry tlaku, umíst né na m icí trati, s mikromanometrem tlakové ztráty a v ka dém se zm í odtlak 20

21 Postu m ení - frekven ním m ni em se nastaví dal í r tok - vý e uvedený ostu od m ení rychlosti v dýze o zm ení odtlak v jednotlivých odb rech trat se oakuje - r toky se nastavují v takovém rozmezí, aby byl okryt o adovaný rozsah Reynoldsových ísel Vyhodnocení Ze vztah uvedených v teorii se vyo te ro ka dý r tok tratí: - rychlost ed klakou a dynamický tlak - statický odtlak v jednotlivých vzdálenostech x - graficky se ur í tlaková ztráta - sou initel v azeného odoru - Reynoldsovo íslo - závislost sou initele v azeného odoru na Reynoldsov ísle se vynese do diagramu 21

22 Rozsah odevzdávaného referátu Referát bude mít tuto strukturu: - titulní strana název úlohy, datum m ení,. krou ku, seznam student, kte í se na m ení odíleli a vyracovali referát - souis ou itých ozna ení (veli in) obsahuje veli iny, které jsou v referátu ou ity, jak v teorii, tak ve vlastních výo tech. U veli in budou uvedeny jednotky - úvod stru ná charakteristika m ení, v rámci jakého edm tu bylo m ení rovedeno Rozsah odevzdávaného referátu - cíl m ení ú el exerimentu a o adavky na e ení - teorie k úloze teoretické vztahy, vzorce ou ité k vyhodnocení, ou itá metodika, teoretické souvislosti - ois m ení ois ou itého exerimentálního za ízení, fyzikálního rinciu ístroj - schéma m ení ehledná disozice za ízení ve vazb na ois za ízení 22

23 Rozsah odevzdávaného referátu - ou ité ístroje název, ty, rozsah, esnost ou itých ístroj - ostu m ení jednotlivé fáze ou itého ostuu - tabulka nam ených hodnot obsahuje v echny hodnoty, které byly na ístrojích ode teny - ostu vyhodnocení íklad výo tu u neoakovaných výo t (na. hustota vzduchu) je uveden celý výo et, u oakovaných výo t ro jednotlivé body m ení je uveden jen íklad výo tu ro jeden ádek tabulky Rozsah odevzdávaného referátu - tabulka vyo tených (výsledných) hodnot v echny hlavní výsledné hodnoty a d le ité mezivýsledky - diagramy grafické znázorn ní nam ených r b h statického tlaku a graf závislosti tlakové ztráty na Reynoldsov ísle - záv r, zhodnocení m ení diskuse o výsledcích je neoominutelnou sou ástí referátu. V záv ru jsou ehledn shrnuty hlavní výsledky, jsou zde zhodnoceny neobvyklé jevy a roblémy, které se i m ení vyskytly 23

Podobné dokumenty

M ENÍ PR TOKU VZDUCHU

VUT V PRAZE, FAKULTA STROJNÍ Studijní obor Inteligentní budovy Exerimentální metody M ENÍ PR TOKU VZDUCHU SONDÁ Í RYCHLOSTNÍHO PROFILU PRANDTLOVOU SONDOU 2011 VUT V PRAZE Fakulta strojní Ústav techniky