SZKOŁA GŁÓWNA SŁUŻBY POŻARNICZEJ
KATEDRA TECHNIKI POŻARNICZEJ			LABORATORIUM HYDROMECHANIKI
Ćwiczenie nr:	2	Pluton: 3 Grupa:	Imię i nazwisko		Ocena
Temat: OKREŚLANIE WYDATKU ZA POMOCĄ POMIARU ROZKŁADU PRĘDKOŚCI DLA PRZEPŁYWU OSIOWO- SYMETRYCZNEGO.				Janusz Gabryś
Prowadzący: st. bryg. mgr inż. Wojciech Zegar			Data wykonania: 2003-02-17	Data złożenia:

CEL ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie wydatku za pomocą pomiaru rozkładu prędkości dla przepływu osiowo - symetrycznego. Stosując układ z rurka Prandtla, mierzącą ciśnienie dynamiczne, jesteśmy w stanie zaobserwować występujące różnice w rozkładzie prędkości dla przepływu osiowo-symetrycznego w różnych punktach płaszczyzny rury poziomej.

STANOWISKO POMIAROWE

Wykorzystywanym w ćwiczeniu czynnikiem roboczym, przepływającym przez układ pomiarowy jest powietrze. Stanowisko składa się z pomiarowej rury poziomej, pionowej rury z kryzą. Przepływ powietrza jest wymuszony wentylatorem odśrodkowym, napędzanym silnikiem elektrycznym. Regulację wydatku uzyskuje się poprzez zmianę położenia regulatora wydatku. Ciśnienie dynamiczne jest mierzone rurką Prandtla, która była przesuwana w trakcie trwania ćwiczenia co 3 mm, w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku przepływu. Do kontroli ustawienia rurki pomiarowej względem ścianki rury służyła odpowiednia podziałka.

Mikromanometr jest połączony różnicowo z rurką Prandtla. Ciśnienie różnicowe na kryzie jest wskazywane przez drugi mikromanometr.

SCHEMAT STANOWISKA POMIAROWEGO

Wykonanie ćwiczenia

- poziomujemy i zerujemy mikromanometry,

- ustawiamy wydatek na regulatorze wydatku,

- dokonujemy pomiaru rozkładu ciśnienia dynamicznego wzdłuż średnicy w punktach oddalonych od siebie o 3 mm,

- notujemy wskazania położenia rurki Prandtla (promienia) i wskazania mikromanometra,

- zapisujemy ustawienia mikromanometru,

- notujemy wskazania spadku ciśnienia na kryzie.

TABELA POMIARÓW I WYNIKÓW OBLICZEŃ

Lp.	część pomiarowa			część obliczeniowa
		R [m]	lPrandtla [m]	lkryzy [m]	pd [Pa]	V (R) [m/s]	R⋅v(R) [m^2/s]
1	0,004	0,081	0,071	24,79	6,17	0,024
2	0,007	0,090	0,071	27,54	6,50	0,045
3	0,010	0,095	0,071	29,07	6,68	0,066
4	0,013	0,098	0,071	29,99	6,79	0,088
5	0,016	0,096	0,071	29,38	6,72	0,107
6	0,019	0,098	0,071	29,99	6,79	0,129
7	0,022	0,098	0,071	29,99	6,79	0,149
8	0,025	0,101	0,071	30,91	6,89	0,172
9	0,028	0,112	0,071	34,28	7,26	0,203
10	0,031	0,126	0,071	38,56	7,70	0,239
11	0,034	0,130	0,071	39,78	7,82	0,266
12	0,037	0,134	0,071	41,00	7,94	0,294
13	0,040	0,135	0,072	41,31	7,97	0,319
14	0,043	0,136	0,071	41,62	8,00	0,344
15	0,046	0,137	0,071	41,93	8,03	0,369
16	0,048	0,137	0,071	41,93	8,03	0,385

OBLICZENIA

Dane do obliczeń:

Dla średnicy rurociągu: d_r = 0,096 m i średnicy kryzy d_k = 0,0756 m:

moduł kryzy m=0,62

F₂=0,0045 m²

ρ_pow=1,3

ρ_cm = 780

sin α_Prandtla = 1/25= 0.04

sin α_kryzy = 1/10= 0.1

Obliczenie wartości ciśnienia dynamicznego:

^[Pa]

gdzie:

l - wychylenie cieczy w mikromanometrze,

sin α = 0,04 - kąt nachylenia mikromanometru względem poziomu,

ρ_cm = 780 kg/m³ - gęstość cieczy manometrycznej,

g = 9.81 m/s² - przyśpieszenie ziemskie,

przykład obliczania:

p_d = 780 ∙ 9,81 ∙ 0,096 ∙ 0,04 = 29,38 dla R = 16 mm

p_d = 780 ∙ 9,81 ∙ 0,134 ∙ 0,04 = 41,01 dla R = 37 mm

Obliczenie prędkości przepływu powietrza w każdym punkcie pomiarowym:

V_(R)=
[m/s]

V_(R)=
dla R = 16 mm

V_(R)=
dla R = 37 mm

Obliczenie iloczynu R⋅V(R)

R ∙ V(R)

R⋅V_(R) = 0,016 ∙ 6,723 = 0,107 dla R = 16 mm

R⋅V_(R) = 0,037 ∙ 7,942 = 0,293 dla R = 37 mm

potem wykres !!! tak jak zaznaczono w instr. do ćwiczenia - jakby co to [e-mail]

Obliczenie pola trójkąta pod wykresem w granicy 0-R=47 [mm]

a=9,8 [cm]

h=16,4 [cm]

F=
=80,36 cm²

Obliczenie wydatku objętościowego rzeczywistego

Q_rz= 2πFκ

x 1cm=0,005 [m]

y 1cm=0,02 [m²/s]

κ=xy więc κ=0,0001
i Q_rz= 2π · 80,36 · 0,0001=0,05

[cm²] ·
=

Średnie wychylenie cieczy w mikromanometrze kryzy

l_śr=

n_i 16 tj. liczba pomiarów,

l_śr0,071 [m]

Obliczenie wysokości słupa cieczy manometrycznej

h=l_śr·sinα [m]

h=0,071 · 0,1=0,0071

Obliczenie wydatku teoretycznego kryzy

Q_t=F₂·
·

Q_t=0,0045·
·

Q_t=0,052

Obliczenie współczynnika wydatku dla kryzy

α=
=
=0,96

WNIOSKI

W badaniu zastosowaliśmy dwie metody pomiarowe:

• bezpośrednią metodą pomiaru ciśnienia dynamicznego rurką Prandtla,

• metodą pomiaru wydatku przy pomocy kryzy.

Pierwsza metoda pomiaru ciśnienia dynamicznego pozwoliła sformułować wnioski:

• bliżej środka rury panuje większe ciśnienie dynamiczne powietrza, a co za tym idzie - maleje w czasie zwiększania odległości od środka rury,

• w czasie zmiany odległości rurki Prandtla w przekroju geometrycznym rury zmieniała się także prędkość przepływu powietrza.

Po obliczeniu wydatku teoretycznego i rzeczywistego okazało się, że wydatek rzeczywisty różni się od obliczonego wydatku teoretycznego i jest mniejszy. Różnica ta spowodowana jest prawdopodobnie nie uwzględnieniem w obliczeniach strat ciśnienia występujących na kryzie.

-6-

---