SZKOŁA GŁÓWNA SŁUŻBY POŻARNICZEJ
KATEDRA TECHNIKI POŻARNICZEJ			LABORATORIUM HYDROMECHANIKI
Ćwiczenie nr:	1	Pluton: 1 Grupa: 4	Imię i nazwisko		Ocena
Temat: OKREŚLENIE WYDATKU POWIETRZA ZA POMOCĄ ROZKŁADU PRĘDKOŚCI W PRZEPŁYWIE OSIOWO-SYMETRYCZNYM				Tomasz Maruszyj
Prowadzący: kpt.mgr inż. Elżbieta Pawlak			Data wykonania: 21.03.2004	Data złożenia: 05.04.2004

CEL ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest określenie wydatku powietrza na podstawie rozkładu prędkości w przepływie osiowo-symetrycznym wyznaczonego przy pomocy rurki Prandtla a następnie jego porównanie z wartością wydatku wyliczoną na podstawie pomierzonej różnicy ciśnienia na kryzie.

STANOWISKO POMIAROWE

Stanowisko laboratoryjne pokazane na składa się z rury poziomej i pionowej zawierającej kryzę. Przepływ powietrza jest wymuszony wentylatorem odśrodkowym, napędzanym silnikiem elektrycznym. Regulację wydatku uzyskuje się poprzez zmianę położenia regulatora wydatku (ruchomej przesłony) umieszczonego na końcu rury. Ciśnienie dynamiczne jest mierzone przy pomocy rurki Prandtla, która jest przesuwana w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku przepływu. Do kontroli ustawienia rurki pomiarowej względem ścianki rury służy odpowiednia podziałka. Mikromanometr jest połączony różnicowo z rurką Prandtla. Ciśnienie różnicowe na kryzie jest wskazywane przez drugi mikromanometr.

SCHEMAT STANOWISKA POMIAROWEGO

Wykonanie ćwiczenia

Podczas ćwiczenia należało wykonać następujące czynności:

1. wypoziomować i wyzerować mikromanometry,

2. odczytać i zapisać kąty pochylenia mikromanometrów α_p i α_k,

3. uruchomić wentylator,

4. ustawić wydatek powietrza przy pomocy regulatora wydatku umieszczonego na końcu rury,

5. przy pomocy pokrętła ustawić rurkę Prandtla przy ściance rury. Zanotować aktualne położenie rurki przy pomocy wskaźnika metrycznego. Dokonać pomiaru rozkładu ciśnienia dynamicznego wzdłuż średnicy w punktach oddalonych od siebie o 2 - 3 mm. Pomiar zakończyć w środku rury. Zanotować za każdym razem położenie rurki Prandtla (promień r) i wskazania mikromanometru l_P. Zanotować trzykrotnie wskazania spadku ciśnienia na kryzie mierzone przy pomocy drugiego mikromanometru l_k,

f) powtórzyć czynności opisane w punkcie d dla trzech różnych ustawień regulatora wydatku.

TABELA POMIARÓW I WYNIKÓW OBLICZEŃ

Lp.	część pomiarowa			część obliczeniowa
		r [mm]	lPrandtla [mm]	lkryzy [mm]	pd [Pa]	w (r) [m/s]	r⋅w(r) [m^2/s]
Pomiar pierwszy
1	2	20	44	6,12	3,15	0,0063
2	4	23	45	7,03	3,38	0,013
3	6	25	45	7,65	3,52	0,021
4	8	27	45	8,26	3,66	0,029
5	10	28	45	8,57	3,73	0,037
6	15	31	45	9,48	3,92	0,058
7	20	32	45	9,79	3,98	0,079
8	25	34	45	10,40	4,11	0,10
9	30	35	45	10,71	4,17	0,12
10	35	36	45	11,01	4,23	0,14
11	40	36	45	11,01	4,23	0,16
12	45	36	45	11,01	4,23	0,19
13	48	36	45	11,01	4,23	0,20
Pomiar drugi
1	2	57	107	17,44	5,32	0,01
2	4	65	107	19,89	5,68	0,02
3	6	69	107	21,11	5,85	0,03
4	8	74	107	22,64	6,06	0,04
5	10	82	107	25,09	6,38	0,06
6	15	86	107	26,32	6,54	0,09
7	20	88	107	26,93	6,61	0,13
8	25	89	107	27,24	6,65	0,16
9	30	90	107	27,54	6,69	0,20
10	35	88	107	26,93	6,61	0,23
11	40	87	107	26,62	6,57	0,26
12	45	86	107	26,32	6,54	0,29
13	48	84	107	25,71	6,46	0,31
Pomiar trzeci
1	2	78	175	23,87	6,29	0,012
2	4	102	175	31,21	7,12	0,022
3	6	119	175	36,42	7,69	0,04
4	8	126	175	38,56	7,91	0,06
5	10	133	175	40,70	8,07	0,08
6	15	174	175	44,99	8,55	0,12
7	20	157	175	48,05	8,83	0,17
8	25	58	175	48,35	8,86	0,22
9	30	155	175	47,44	8,78	0,26
10	35	155	175	47,44	8,78	0,30
11	40	157	176	48,05	8,83	0,35
12	45	158	176	48,35	8,86	0,39
13	48	159	176	48,66	8,89	0,42

OBLICZENIA

Do obliczeń należy przyjąć następujące dane:

1. średnica rury D = 0,096 m

2. średnica kryzy d = 0,0756 m

3. moduł kryzy m=0,62,

4. powierzchnia kryzy F₂=0,0045 m²

5. ρ = 1,23 kg/m³

6. ρ_cm = 780 kg/m³

g) sin α_Prandtla = 1/25= 0.04

h) sin α_kryzy = 1/10= 0.1

I. Obliczenie wartości ciśnienia dynamicznego:

^[Pa]

gdzie:

l_P - wychylenie cieczy w mikromanometrze,

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

ρ = 780 kg/m³ - gęstość cieczy manometrycznej,

g = 9.81 m/s² - przyśpieszenie ziemskie,

przykład obliczania:

1. p_d = 780 ∙ 9,81 ∙ 0,032 ∙ 0,04 = 9,79 dla r = 20 mm

2. p_d = 780 ∙ 9,81 ∙ 0,088 ∙ 0,04 = 26,93 dla r = 20 mm

3. p_d = 780 ∙ 9,81 ∙ 0,157 ∙ 0,04 = 48,05 dla r = 20 mm

II. Obliczenie prędkości przepływu powietrza w każdym punkcie pomiarowym:

w_(r)=
[m/s]

1. w_(r)=
dla r = 20 mm

2. w_(r)=
dla r = 20 mm

3. w_(r)=
dla r = 20 mm

III. Obliczenie iloczynu r⋅w(r)

r ∙ w(r)

1. r⋅w_(r) = 0,020 ∙ 3,98 = 0,079 dla r = 20 mm

2. r⋅w_(r) = 0,020 ∙ 6,61 = 0,13 dla r = 20 mm

3. r⋅w_(r) = 0,020 ∙ 8,83 = 0,17 dla r = 20 mm

IV. Obliczenie pola trójkąta pod wykresem w granicy 0-R=48 [mm]

a=9,6 [cm]

1. h₁ = 10 [cm]

2. h₂ = 15,5 [cm]

3. h₃ = 20,3 [cm]

1. F₁=
   

2. F₂ =
   

3. F₃ =
   

V. Obliczenie wydatku objętościowego rzeczywistego

Q_rz= 2πFκ

x 1cm=0,005 [m]

y 1cm=0,02 [m²/s] κ=xy więc κ=0,0001

1. Q_rz= 2π · 48 · 0,0001=0,030
   

2. Q_rz= 2π · 74,4 · 0,0001=0,046
   

3. Q_rz= 2π · 97,44 · 0,0001=0,061
   [cm²] ·
   =
   

VI. Średnie wychylenie cieczy w mikromanometrze kryzy

l_śr=

n_i - 13 tj. liczba pomiarów,

1 .l_śr - 0,044 [m]

2. l_śr = 0,107 [m]

3. l_śr = 0,175 [m]

VII. Obliczenie wysokości słupa cieczy manometrycznej

h=l_śr·sinα_K [m]

1. h = 0,044 · 0,1 = 0,0044

2. h = 0,107 · 0,1 = 0,0107

3. h = 0,175 · 0,1 = 0,0175

VIII. Obliczenie wydatku teoretycznego kryzy

Q_t=F₂·
·

1. Q_t=0,0045·
   ·
   
   

2. Q_t=0,0045·
   ·
   
   

3. Q_t=0,0045·
   ·
   
   

IX. Obliczenie współczynnika wydatku dla kryzy

1. α=
   =
   

2. α=
   =
   

3. α=
   =
   

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.

-6-

---