Wentylacja i klimatyzacja pomieszczeń – laboratorium Ćwiczenie 3: Wyznaczanie współczynnika oporu skupionego dla kształtek przewodów wentylacyjnych
1. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest doświadczalne wyznaczenie współczynnika oporu skupionego ξ
w zależności od prędkości przepływu powietrza. Przedmiotem badania jest nagłe zwężenie i rozszerzenie przewodu o stałej średnicy.
2. Obliczenia
2.1. Gęstość powietrza na stanowisku pomiarowym ρ = ,
0 003484 ⋅( p − 3,
0 78 ⋅ p
[kg/m3]
w )
Ts
gdzie:
T – temperatura sucha na stanowisku pomiarowym [K], s
p
– ciśnienie atmosferyczne powietrza [Pa], p – ciśnienie cząstkowe (prężność) pary wodnej w powietrzu [Pa].
w
p = p
− ,
6 77 ⋅
−4
10
⋅
−
⋅
w
wn
( t t
s
w )
p
gdzie:
p – ciśnienie cząstkowe (prężność) pary wodnej nasyconej [Pa], wn
t
– temperatura sucha na stanowisku pomiarowym [°C], s
t
– temperatura wilgotna na stanowisku pomiarowym [°C].
w
7,5 t
⋅ w
237,29 tw
p
+
= 610 6
, ⋅10
wn
2.2. Różnica ciśnień
p
∆ = ρ ⋅ g ⋅ h [Pa]
c
gdzie:
ρ – gęstość cieczy manometrycznej [kg/m3], c
g
– przyspieszenie ziemskie, g = 8
,
9 1 m/s2,
h
– różnica poziomów cieczy w ramionach U-rurki [m].
2.3. Średnia prędkość powietrza w przekroju odcinka pomiarowego 2 ⋅ p
∆
3
v
=
[m/s]
ś
8
,
0 17
r
ρ
gdzie:
p
∆ – ciśnienie dynamiczne odczytywane na U-rurce nr 3 [Pa], 3
1
Wentylacja i klimatyzacja pomieszczeń – laboratorium ρ – gęstość powietrza na stanowisku pomiarowym [kg/m3].
2.4. Średnia prędkość powietrza w przekroju I-IV
2
d
v = v ⋅
= ,
0 444 ⋅ v [m/s]
ś
ś
r
r
D
gdzie:
v – średnia prędkość powietrza w przekroju odcinka pomiarowego [m/s], śr
d = 30 mm – średnica rury w punkcie pomiaru ciśnienia [mm], D = 45 mm – średnica rury w przekroju I-IV [mm].
2.5. Współczynnik oporu skupionego 2 ⋅ (2 p
∆ − p
∆
2
1 )
ξ =
2
ρ ⋅ v
gdzie:
p
∆ – różnica ciśnień odczytana na U-rurce nr 2 [Pa], 2
p
∆ – różnica ciśnień odczytana na U-rurce nr 1 [Pa], 1
ρ – gęstość powietrza na stanowisku pomiarowym [kg/m3], v
– średnia prędkość powietrza w przekroju I-IV [m/s].
3. Tabela wyników pomiarów i obliczonych wielkości 3.1. Parametry powietrza na stanowisku pomiarowym Temperatura na stanowisku
Ciśnienie
Gęstość
pomiarowym
powietrza
powietrza
sucha
wilgotna
p
ρ
ts
tm
[°C]
[°C]
[Pa]
[kg/m3]
3.2. Różnice ciśnień
Średnica
Wielkości zmierzone
Wielkości przeliczone
Lp.
de
U1
U2
U3
∆p1
∆p2
∆p3
[mm]
[mmH2O]
[mmH2O]
[mmH2O]
[Pa]
[Pa]
[Pa]
1
2
3
10
4
5
1
2
3
15
4
5
2
Wentylacja i klimatyzacja pomieszczeń – laboratorium Średnica
Wielkości zmierzone
Wielkości przeliczone
Lp.
de
U1
U2
U3
∆p1
∆p2
∆p3
[mm]
[mmH2O]
[mmH2O]
[mmH2O]
[Pa]
[Pa]
[Pa]
1
2
3
20
4
5
1
2
3
25
4
5
1
2
3
30
4
5
1
2
3
40
4
5
3.3. Wielkości obliczone
Prędkość
d
Współczynnik oporu
Średnica
przepływu
e
skupionego
Lp.
powietrza
D
D = 45 [mm]
de
vśr
v
ξ
średnia
[mm]
[m/s]
[m/s]
[-]
[-]
[-]
1
2
3
10
4
5
1
2
3
15
4
5
1
2
3
20
4
5
1
2
25
3
3
Wentylacja i klimatyzacja pomieszczeń – laboratorium Prędkość
d
Współczynnik oporu
Średnica
przepływu
e
skupionego
Lp.
powietrza
D
D = 45 [mm]
de
vśr
v
ξ
średnia
[mm]
[m/s]
[m/s]
[-]
[-]
[-]
4
5
1
2
3
30
4
5
1
2
3
40
4
5
4. Wykresy
Należy wykonać następujące wykresy:
- dla danej średnicy d
ξ =
e wykres zależności
f ( v)
d
- wykres zależności
= f e
ξ
D
5. Podsumowanie i wnioski
4