LABORATORIUM Z TERMODYNAMIKI

Temat: Pomiar strumienia substancji.

PRZYRZĄDY POMIAROWE:

Manometr cieczowy różnicowy U-rurka (przed kryzą) :

zakres pomiarowy : 0  1200 [mm H₂O] ;

działka elementarna : 1 [mm H₂O] ;

Mikromanometr Recnagla (za kryzą) :

zakres pomiarowy : 0  210 [mm H₂O] ;

działka elementarna : 1 [mm H₂O] ;

przełożenie : 1  2 ;

Mikromanometr Recnagla (przed zwężką) :

zakres pomiarowy : 0  210 [mm H₂O] ;

działka elementarna : 1 [mm H₂O] ;

przełożenie : 1  1 ;

Mikromanometr Recnagla (za zwężką) :

zakres pomiarowy : 0  210 [mm H₂O] ;

działka elementarna : 1 [mm H₂O] ;

przełożenie : 1  2 ;

Mikromanometr Recnagla (połączony z rurką Prandtla) :

zakres pomiarowy : 0  210 [mm H₂O] ;

działka elementarna : 1 [mm H₂O] ;

przełożenie1  2 ;

Termometr .

Barometr .

Przyrząd do pomiaru wilgotności powietrza .

Rurka spiętrzająca Prandtla .

Klasyczna zwężka Venturiego :

średnica otworu zwężki 164 [mm] ;

Kryza pomiarowa ISA średnica otworu kryzy 194 [mm].

Krótki opis stanowiska badawczego:

Stanowisko badawcze do pomiaru strumienia substancji składało się z rurociągu i było podobne jak przy badaniu wentylatora .Dodatkowo składało się z przyrządów: zwężki Venturiego, kryzy pomiarowej, rurki Prandtla, przy czym przed wentylatorem zamontowana jest kryza pomiarowa i rurka Prandtla, a za wentylatorem zwężka Venturiego. Do tych przyrządów przyłączone manometry cieczowe Recnagla i U-rurka umożliwiająca pomiar ciśnienia w odpowiednich miejscach rurociągu. Ciśnienie strumienia powietrza w rurociągu można regulować przez przymykanie lub otwieranie przysłony. Wpływ na strumień powietrza ma także prędkość obrotowa wentylatora.

WIDOK STANOWISKA POMIAROWEGO

Podstawowe zależności matematyczne

Ciśnienie powietrza w otoczeniu:

Ciśnienie powietrza w rurociągu:

Gramowy stopień zawilżenia powietrza:

Stała gazowa powietrza wilgotnego:

Gęstość powietrza :

Objętość właściwa:

Promień R_i:

Średnia prędkość arytmetyczna:

Stopień rozwarcia kryzy lub zwężki:

Liczba przepływu :

Strumień substancji przepływający przez rurociąg:

Przykładowe obliczenia dla pierwszego pomiaru:

Pomiary powietrza w otoczeniu:

-temperatura t_=20⁰C

temperatura T_ot=293

-ciśnienie otoczenia(755mmHg)

-ciśnienie b_ot=1006.415hPa=100641.5Pa

wilgotnośc56%

Pomiary rurką spiętrzającą:

-średnica rurociągu D=250mm:

-liczba części podziału rurociągu m.=3

gęstość cieczy manometrycznej
=1000

Pomiary kryzą

-średnica rurociągu D=250mm

-średnica otworu kryzy d=194mm

P_not- przyjęte z tablic dla t=20⁰C(238.2283);

1
=9.81[Pa]

stąd P_not=238.2263
9.81=2337Pa

-stosunek rozwarcia kryzy r =0.602

-chropowatość rurociągu =0.3mm

-promień zaokrąglenia wlotu kryzy r_k=0.1mm

Pomiar klasyczną zwężką:

-średnica rurociągu D=250mm

-średnica zwężki d₁=164mm

-stosunek rozwarcia zwężki=r=0.4303

OBLICZENIA DLA KRYZY

1.Obliczam stopień rozwarcia kryzy

r=[
=
=0.6022

2 . Ciśnienie otoczenia

P_ot=1006.415hPa=100641.5Pa

3. Obliczam gramowy stopień zwilżenia powietrza:

X_ot=0.622
=0.622

4 . Obliczam stałą gazową powietrza wilgotnego:

R=

5.Całkowite ciśnienie przed kryzą:

P_k=P_ot-P_kr=100641.5-634.163=100007.34[Pa]

6.Obliczam objętość właściwą:

=

7. Obliczam objętość właściwą:

8.Stosunek

=
1.88^-3

9.Liczba ekspensji z wykresu (Temperatura powierza w rurociągu t20⁰C przyjmuję k_t=1.000.Z załącznika do PN Z 9 odczytuję liczbę ekspansji =0.998)

=0.998

Odczytuję ₀ z wykresu dla obliczonego r (Z normy PN-65/M.-53950 dla stopnia rozwarcia kryzy r=0.6022 liczba przepływu ₀=0.74):

₀=0.74

11.Przyjmuję

=₀

12. Obliczam strumień:

=1.1106
=0.43[
]

13.Odczytuję dynamiczny współczynnik lepkości

14. Obliczam liczbę Reynoldsa

Re=

15. Odczytuję z wykresów k₁;k₂;k₃(z wykresu zamieszczonego w załączniku Z2 Wp n przyjmuję wartości

k₁=1.008 k₂=1.0035 k₃=1.003):

=0.3[mm]

r_k=0.1[mm]

16.Obliczam liczbę przepływu :

=₀

17.Obliczam ponownie
podstawiając k_1;k₂;k₃:

18.Obliczam strumień objętości:

OBLICZENIA DLA ZWĘŻKI:

1.Obliczam stopień rozwarcia zwężki:

r=[
=

2 . Obliczam liczbę przepływu

=

3. Obliczam ciśnienie powietrza w otoczeniu:

P_ot=
=

4. Ciśnienie powietrza w rurociągu:

p_z= p_m.+ p_ot=132.38+100641.5=100773.89[Pa]

5.Stopień zwilżenia X_0t

P_not- przyjęte z tablic dla t=20⁰C(238.2283);

1
=9.81[Pa]

stąd P_not=238.2263⋅9.81=2337Pa

X_ot=0.622
=0.622

6. Obliczam stałą gazową powietrza wilgotnego:

R=

8.Obliczam objętość właściwą:

=

9. Obliczam objętość właściwą:

10.Liczba ekspansji z wykresu:

11.

RURKA PRANDTLA:

1. Obliczam strumień substancji przepływający przez rurociąg:

=

2.Obliczam strumień objętości:

Obliczam prędkość przy promieniach Ri

-dla R_g=114

=21.3

Obliczam prędkość przy promieniach Ri

-dla R_g=88

=25.7

Obliczam prędkość przy promieniach Ri

-dla R_g=51

=33.8

Obliczam prędkość przy promieniach Ri

-dla Rśr=125

Obliczam prędkość przy promieniach Ri

-dla R_d=51

=35.08

Obliczam prędkość przy promieniach Ri

-dla R_d=88

=28.2

Obliczam prędkość przy promieniach Ri

-dla R_d=114

22.14

Średnia prędkość arytmetyczna:

W_śre=
=28.9

Maksymalna prędkość w rurociągu jest równa wg wzoru:

W_max=
= 36.1

WNIOSKI I UWAGI

Duża ilość wskazań do odczytania sprawia pewną trudność oraz może być przyczyną błędów powstałych podczas pomiaru, zatem badanie to można uznać za dość trudne szczególnie podczas obliczeń. Przy pomiarze zwężką i kryzą błędy mogły nastąpić podczas odczytów z manometrów cieczowych (nie uwzględnienie stanu początkowego cieczy, zły odczyt, brak przeliczenia wg. odpowiedniej podziałki, itp.) Pomiary po przeliczeniu strumienia substancji nie odbiegały zbytnio od siebie, co może świadczyć o poprawnym działaniu przyrządów i poprawnie przeprowadzonym laboratorium .Dodatkowe rozbieżności w wynikach mogły być spowodowane innymi czynnikami (wilgotność , temperatura , chropowatość rurociągu, opory ,nieszczelności, niedokładności wykonania przyrządów pomiarowych.

	RURKA PRANDTLA
	PDYN [mmH20]			PDYN [mmH20]
LP	1	2	3	WYNIK	WYNIK
	ODCZYTANY	ODCZYTANY	ODCZYTANY	ŚREDNI [mmH20]	ŚREDNI [Pa]
1	28	28	28	28	274
2	40	40	42	42	398
3	72	70	68	68	686.5
4	82	82	78	78	791
5	70	74	76	76	738.78
6	48	50	48	48	477.25
7	30	30	30	30	294.2

	ZWĘŻKA
	PZW 1:2					PZW 1:1
LP	WYNIK ODCZYTANY. [mmH20]			WYNIKI	WYNIKI	WYNIKI ODCZYTANY [mmH20]			WYNIKI	WYNIKI
	1	2	3	ŚREDNI [mmH20]	Pa=9.80665	1	2	3	ŚREDNI [mmH20]	Pa=9.80665
1	58.5	59	59	58.8	576.956	13.0	13.0	14.0	13.3	130.42
2	58.5	59	59	58.8	576.956	14.0	13.0	13.0	13.3	130.42
3	59	58.5	59	58.8	576.956	14.0	13.0	13.5	13.5	133
4	58.5	58.5	59	58.6	574.669	13.0	14.0	13.0	13.3	130.42
5	58.5	59	58.5	58.6	574.669	14.0	13.0	13.0	13.3	130.42
6	59	58.5	58.5	58.6	574.669	12.0	14.5	13.0	13.1	129.12
7	58.5	59	58.5	58.6	574.669	14.0	13.0	13.5	13.5	133

	KRYZA
	PKR 1:1					PKR1:2
LP	WYNIK ODCZYTANY [mmH20]			WYNIKI	WYNIKI	WYNIKI ODCZ [mmH20]			WYNIKI	WYNIKI
	1	2	3	ŚREDNI [mmH20]	Pa=9.80665	1	2	3	ŚREDNI [mmH20]	Pa=9.80665
1	63	65	64	64	627.625	17.5	17	18	17.5	171.62
2	64	64	64	64	627.625	17	18	17.5	17.5	171.62
3	64	64	64	64	627.625	17.5	17	18	17.5	171.62
4	64	64	64	64	627.625	18	17	17.5	17.5	171.62
5	64	64	64	64	627.625	17	18	17.5	17.5	171.62
6	64	64	64	64	627.625	18	17.5	17	17.5	171.62
7	65	64	65	64.6	634.163	17	18	17.5	17.5	171.62

Poniższy wykres obrazuje rozkład prędkości czynnika w badanym rurociągu. Za `0' przyjąłem środek rurociągu natomiast wartości ujemne promienia zostały wprowadzone w celu przedstawienia rozkładu prędkości w całym przekroju rurociągu Na osi `x' przyjąłem wartość prędkości a na osi `y' wartość promienia aby lepiej zobrazować rozkład prędkości w całym przekroju rurociągu.Jak widać z wykresu rozkład predkości przy pomiarze do środka rurociągu różni się od pomiaru od środka do zewnątrz.

---