Sprawozdanie

Ćwiczenie nr 11. Pomiary natężenia przepływu gazów metodą zwężkową i kalorymetryczną.

I Cel ćwiczenia

Poznanie zasad pomiarów natężenia przepływu cieczy/gazów metodami: zwężkową i kalorymetryczną; poznanie istoty normalizacji zwężek.

Pomiar natężenia przepływu metodą zwężkową i ustalenie wpływu różnych czynników na wyniki pomiaru:

rys. 1

Na rys. 1. przedstawiono kryzę; w przewód między dwoma kołnierzami wstawiona jest cienka tarcza 1 z okrągłym otworem 2 pośrodku. Środek otworu ustawiony jest w osi rury. Z obu stron tarczy-kryzy wprowadzone są rurki impulsowe połączone z manometrem różnicowym. Strumień cieczy przed kryzą ulega stopniowemu zwężeniu, ale największe zwężenie uzyskuje się za otworem kryzy, po czymstrumień stopniowo rozszerza się, wypełniając cały przekrój przewodu.

Rozkład ciśnień w pobliżu kryzy pokazany jest u góry - jak wynika z wykresu, ciśnienie przy ściance przewodu przed kryzą o wartości p₁ tuż za nią spada do p₂, czyli ciśnienie przed zwężką jest większe od ciśnienia za nią.

II Przebieg ćwiczenia

Po uruchomieniu instalacji, ustawiano pokrętło regulacji natężenia przepływu, jednocześnie odczytując z amperomierza wartość prądu oraz ciśnienie przed i za kryzą z rurek wypełnionych płynem.

Następnie włączono program kryza1.exe i wpisując parametry - wyliczoną różnicę ciśnień, temperaturę, wilgotność, średnicę zwężki otrzymywano wyniki - przepływ masowy i przepływ objętościowy.

Następnie dla 2 wybranych pomiarów zmieniano temperaturę lub wilgotność i badano zmiany przepływu masowego i objętościowego.

III Parametry instalacji w stanowisku laboratoryjnym

− średnica rurociągu D=106 [mm]

− zwężka pomiarowa: kryza, średnica otworu d=65,3 [mm]

− czujniki temperatury Pt100 kl.1 (rezystory platynowe): R₀=100 [Ω],

- α₀=0,00385 [K^-1]

− c_p=1000 [Wskg^-1K^-1] (powietrze suche)

− przewidywane maksymalne natężenie przepływu: q_{m max}=0,15 [kg s^-1]

− maksymalny prąd grzejnika: 5 [A].

IV Pomiar natężenia przepływu metodą zwężkową

L1	L2	∆L	L3	I	Qm	QV	d	A	V
[mm]	[mm]	[mm]	[mm]	[A]	[kg/s]	[m^3/s]	[mm]	[m^2]	[m/s]
89	117	28	123	0,604	0,0386	0,0316			9,44
78	116	38	124	1,115	0,0448	0,0368			11,00
66	118	52	127	1,586	0,0509	0,0418			12,49
64	118	54	126	1,685	0,0519	0,0426			12,73
60	119	59	128	1,787	0,0542	0,0445			13,30
53	119	66	130	2,216	0,0573	0,0470			14,04
48	119	71	128	2,416	0,0594	0,0487	65,3	0,00335	14,55
45	121	76	132	2,216	0,0614	0,0504			15,06
38	122	84	134	2,646	0,0645	0,0530			15,83
27	122	95	136	3,525	0,0685	0,0563			16,82
18	123	105	138	4,123	0,0719	0,0592			17,69
11	124	113	139	4,207	0,0746	0,0614			18,34
4	125	121	140	4,564	0,0771	0,0635			18,97
1	126	125	141	4,776	0,0784	0,0645			19,27

L_1, L₂ - wysokości słupka cieczy przed zwężką i za nią

L₃ - odniesienie

∆L - różnica między wysokością słupka cieczy przed i za zwężką

I - natężenie prądu

Q_m - przepływ masowy

Q_V - przepływ objętościowy

d - średnica kryzy

A - pole powierzchni przekroju kryzy

V - szybkość przepływu cieczy/gazu przez kryzę

T = 19,5⁰C

HR = 48%

Obliczenia:

Wykres nr 1 Zależność przepływu masowego Q_m od natężenia I

Wykres nr 2 Zależność przepływu objętościowego Q_V od natężenia I

Wykres nr 3. Zależność prędkości przepływu od natężenia

V Badanie zależności przepływu objętościowego Q_V i masowego Q_m od temperatury i wilgotności

1. w stałej wilgotności

L₁ = 89 mm

L₂ = 117 mm

∆L = 28mm

HR = 48 %

T	Qm	QV
[^0C]	[kg/s]	[m^3/s]
0	0,0388	0,0298
10	0,0381	0,0303
20	0,0376	0,0308
30	0,0371	0,0313
40	0,0367	0,0317
50	0,0364	0,0320
60	0,0362	0,0321
70	0,0363	0,0321
80	0,0366	0,0319
90	0,0371	0,0314
100	0,0381	0,0306

Wykres nr 4. Zależność przepływu masowego Q_m od temperatury T

Wykres nr 5. Zależność przepływu objętościowego Q_V od temperatury T

2. w stałej temperaturze

L₁ = 53 mm

L₂ = 119 mm

∆L = 66 mm

T = 20⁰C

RH	Qm	QV
[%]	[kg/s]	[m^3/s]
0	0,057	0,0472
10	0,0571	0,0472
20	0,0571	0,0472
30	0,0572	0,0471
40	0,0572	0,0471
50	0,0572	0,0470
60	0,0573	0,0470
70	0,0573	0,0470
80	0,0574	0,0469
90	0,0574	0,0469
100	0,0574	0,0469

Wykres nr 6. Zależność przepływu masowego Q_m od wilgotności HR

Wykres nr 7. Zależność przepływu objętościowego Q_V od wilgotności HR

VI Wnioski

Za pomocą metody zwężkowej zbadano na ćwiczeniach natężenie cieczy/gazu przez kryzę. Dzięki uzyskanym wynikom mogę stwierdzić, że:

1. natężenie wraz ze wzrostem ciśnienia przed zwężką wzrastało

2. wzrastał również przepływ masowy, czyli większa ilość gazu przepływała przez kryzę oraz wzrastał przepływ masowy

3. zależność natężenia od przepływu masowego, objętościowego czy prędkości przepływu jest zależnością liniowo narastającą

4. przy stałej średnicy kryzy prędkość przepływu rośnie proporcjonalnie do ilości przepływającej cieczy/gazu

Podczas badania wpływu poszczególnych czynników środowiska - temperatury, wilgotności - na przepływ (masowy i objętościowy) substancji przez kryzę stwierdziłam, że

1. w stałej wilgotności RH = const wraz ze zmianą temperatury przepływ zmienia się hiperbolicznie: przepływ masowy w przedziale od 0 do 100⁰C maleje do temperatury ok 60 ⁰C następnie wzrasta, natomiast przepływ objętościowy wzrasta do tej temperatury, następnie maleje

2. w stałej temperaturze (pokojowej) wraz ze zmianą wilgotności przepływ masowy wzrasta, a objętościowy maleje

3. przy zmianie temperatur przepływy zmieniają się o średnio 0,0006 j co 10⁰C, natomiast przy zmianie wilgotności przepływy zmieniają się o średnio 0,0001 j co 20%, czyli temperatura ma większy wpływ na wartość przepływu masowego i objętościowego niż wilgotność

---