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 rost edí Cíl m ení Cílem m ení je stanovit objemový r tok vzduchu v kruhovém vzduchotechnickém otrubí sondá í rychlostního rofilu Prandtlovou sondou metodou stejnolochých (rovnolochých) mezikru í 1
Schéma m ení Objemový r tok vzduchu v kruhovém otrubí o r m ru D se stanoví ze vztahu kde V = w A π D = w 4 w (m/s) je st ední rychlost o r ezu A (m 2 ) je locha r ezu otrubí D (m) je vnit ní r m r otrubí 2 2
St ední rychlost roud ní vzduchu o r ezu se stanoví jako r m r rychlostí v bodech sondá e ze vztahu kde w i m 1 m w = m 1 w i (m/s) jsou rychlosti roud ní vzduchu ve st edu i-té díl í lochy je o et díl ích loch (bod m ení rychlosti) U stejnolochých metod jsou v íad ty hranného r ezu otrubí jednotlivé díl í lochy obdélníkového ( tvercového) tvaru. V echny lochy mají stejný tvar. Rychlost vzduchu v jednotlivých díl ích lochách se m í ve st edech (t i tích ) obdélník. 3
U kruhového otrubí mají díl í lochy tvar mezikru í, res. ásti mezikru í. M icí body jsou urost ed mezikru í, o ítáno lo n, tedy na kru nici d lící dané mezikru í na dv díl í mezikru í o stejné lo e. Po et mezikru í a o et m icích olo ímek (na nich le í m icí body), tzn. na kolik ástí je ka dé mezikru í rozd leno, závisí na r m ru otrubí a na vyrovnanosti i nerovnom rnosti m eného rychlostního rofilu. ím mén je vyvinutý a ravidelný rofil, tím více je t eba volit m icích bod. 4
Na následujícím obrázku je ez otrubím s vyzna ením stejnolochých mezikru í, m icích díl ích loch, m icích olo ímek a jednotlivých m icích bod. St edový kruh se bere jako mezikru í s nulovým vnit ním olom rem. Z toho lyne, e v ose otrubí není m icí bod. 5
Polom ry, na kterých le í m icí body, vycházejí z odmínky stejných loch v ech mezikru í a jsou ur eny vztahem kde 2 i 1 r i = R 2n i (-) je o adové íslo mezikru í n (-) je o et stejnolochých mezikru í R (m) je vnit ní olom r otrubí Rychlost roud ní vzduchu v bod umíst ní Prandtlovy sondy se stanoví ze vztahu w = k i PS 2 ρ PS d, i 6
kde k PS (-) je konstanta Prandtlovy sondy, není li ur eno jinak, bere se = 1,0 PS (kg/m 3 ) hustota vzduchu v míst m ení (v míst Prandtlovy sondy) d,i (Pa) je dynamický tlak sejmutý Prandtlovou sondou v i-tém bod Dynamický tlak d se zjistí z celkového tlaku c a statického tlaku s, které jsou snímány Prandtlovou sondou v jednotlivých stanovených bodech sondá e rychlostního rofilu. Dynamický tlak je dán rozdílem obou t chto tlak. d = c s 7
kde d (Pa) je dynamický tlak vzduchu c (Pa) je celkový tlak vzduchu (Pa) je dynamický tlak vzduchu d d = c s 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 8
Dynamický tlak m ený kaalinovým mikromanometrem se sklonným ramenem se stanoví ze vztahu d = g ρ M k M ( l ) l 0 kde g (m/s 2 ) je gravita ní zrychlení (je rovno 9,81 m/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 9
Hustota vlhkého vzduchu v otrubí (v míst Prandtlovy sondy) se stanoví ze vztahu ρ PS = s 0,378 r T a v kde s (Pa) je (absolutní) statický tlak v míst m ení v (Pa) je arciální tlak vodních ar ve vzduchu (v otrubí) r a (J/kg.K) je lynová konstanta suchého vzduchu (je rovna 287,02 J/kg.K) T (K) je telota vzduchu uvnit otrubí (v termodynamické stunici) 10
Statický tlak v otrubí se stanoví z tlaku okolí a statického odtlaku v otrubí m eného U-manometrem ze vztahu s = g ρ o U h 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 11
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). 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. 12
t 1.6.2011 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. t =1 x v t m h =konst. x ; v 13
Postu m ení - ur í se o et ot ebných mezikru í a o et m icích olo ímek - so tou se olom ry, na kterých le í m icí body (body sondá e) - stanoví se tlak okolí stani ním barometrem - mikromanometr se ustaví do vodorovné olohy Postu m ení - hadi kami se roojí ístroje (Prandtlova sonda, mikromanometr, U-manometr) odle schématu - zkontroluje se srávné ustavení raorku sondy, odle kterého je kontrolována rovnob nost sondy s osou otrubí b hem m ení, kdy sonda v otrubí není vid t 14
Postu m ení - sustí se ventilátor trat - Prandtlova sonda se vsune do otrubí tak aby její elo sm ovalo roti sm ru roud ní vzduchu, itom je nutno zamezit efouknutí mikromanometru (v raxi i ou ití elektronického mikromanometru jeho o kození) elo ením ( zlomením ) hadi ek vedoucích od sondy Postu m ení - Prandtlova sonda se zasune na doraz, a se dotkne st ny otrubí, oloha se vyzna í zna kou - Prandtlova sonda se osune na doraz na druhou stranu, oloha se o t vyzna í zna kou odovídající tomuto druhému dorazu 15
Postu m ení - roz lí se vzdálenost mezi zna kami a sonda se ustaví do této oloviny, tzn. umístí se do osy otrubí - vedle sondy se zafixuje k evné ásti otrubí m ítko a roti n kterému celému íslu na m ítku se na sond ud lá zna ka, odle které se budou nam ovat vzdálenosti od osy otrubí Postu m ení - sonda se osunuje do jednotlivých m icích bod, olom r odovídající vyo tenému ro dané mezikru í se odm uje na fixovaném m ítku odle zna ky na sond - v ka dém m icím bod se ode te údaj mikromanometru odovídající m enému dynamickému tlaku, tzn. výchylka slouce kaaliny a oznamená se konstanta mikromanometru 16
Postu m ení - na U-manometru se ode te statický odtlak v otrubí, který je teoreticky konstantní o celém m icím r ezu (roud ní v otrubí se uva uje jako jednorozm rné) - zm í se telota vzduchu v otrubí - zm í se telota mokrého a suchého telom ru v otrubí asira ním sychrometrem Vyhodnocení Ze vztah uvedených v teorii se vyo te: - arciální tlak vodních ar (ode te se z Mollierova diagramu) - statický tlak v otrubí - hustota vlhkého vzduchu - dynamický tlak v jednotlivých m icích bodech - rychlost v jednotlivých m icích bodech 17
Vyhodnocení - z nam ených rychlostí vzduchu v jednotlivých bodech sondá e rychlostního rofilu se vyo te st ední rychlost jako aritmetický r m r t chto rychlostí - ze st ední rychlosti a r ezu otrubí se stanoví r tok vzduchu - do diagramu se vynesou jednotlivé rychlosti v závislosti na olom ru, tzn. rychlostní rofil 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 18
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 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 19
Rozsah odevzdávaného referátu - tabulka vyo tených (výsledných) hodnot v echny hlavní výsledné hodnoty a d le ité mezivýsledky - diagram rychlostního rofilu grafické znázorn ní nam eného rychlostního rofilu v jednotlivých m icích olo ímkách - 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 20