Przeglądaj wersję html pliku:
Politechnika Szczecińska
KATEDRA TECHNIKI CIEPLNEJ
LABORATORIA Z PODSTAW TECHNIKI CIEPLEJ
SPRAWOZDANIE
Ćwiczenie Nr: Temat: Pomiary natężenia przepływu.
Cechowanie zwężek
Data wyk. ćw. Data złożenia sp. Ocena Nazwisko i Imię
Prowadzący ćwiczenie Podpis Rok akad. Semestr Grupa lab.
1.Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z podstawowymi przyrządami
służącymi do określania ilości substancji i natężenia jej
przepływu. Celem jest pomiar strumienia i objętości za pomocą dwóch
metod:
za pomocą zwężki pomiarowej (kryzy)
za pomocą rurki Prandtla, a także za pomocą anemometru
2.Wprowadzenie
W technice cieplnej pomiar ilości przepływającej substancji sprowadza
się najczęściej do pomiaru ilości wody zasilającej kotły, wody
chłodzącej, zużycia paliw ciekłych itp. Przyrządy służące do
tego celu noszą ogólną nazwę przepływomierzy. Ze względu na
zasadniczą cechę pomiaru można je podzielić na dwie grupy.
Do pierwszej należy zaliczyć przyrządy, czy też urządzenia, które
pozwalają na określenie tylko średniego natężenia przepływu w
czasie obserwacji. Do tej grupy należą przepływomierze jedno- i
dwuzbiornikowe, przepływomierze komorowe, wirnikowe.
Do drugiej grupy należą przyrządy pozwalające ustalić chwilowe
natężenie przepływu. Do nich należą: danaidy, rurki spiętrzające,
zwężki, przepływomierze ultradźwiękowe, elektromagnetyczne,
pływakowe.
3.Definicje i wielkości
Ilość substancji ciała stałego, ciekłego lub gazowego może być
określona za pomocą jego masy m [kg] lub jego objętości V [m3].
Pomiędzy m i V istnieje ścisła zależność wyrażona równaniem:
m=V*( [kg] V=m*( [m3]
gdzie: ( - gęstość ciała [kg/m3]
( - objętość właściwa [m3/kg]
Obie te wielkości zależą od stanu termicznego ciała.
Ilość substancji wyrażana bywa przez różne wielkości.
Najczęściej są nimi masa, siła, objętość a także ilość
cząsteczek. Jednakże tylko masa określa ją jednoznacznie i
niezależnie. W pozostałych przypadkach są potrzebne dodatkowe
informacje w postaci parametrów termodynamicznych substancji. W
układach przepływowych ilość substancji wyraża się całką
wielkości pochodnych względem ilości substancji.
Natężeniem przepływu określa się ilość substancji
przemieszczającej się przez obserwowany przekrój w jednostce czasu,
to mówimy o masowym natężeniem
.
przepływu m[kg/s], jeżeli zaś przez objętość substancji, to ma
się do czynienia z objętościowym natężeniem przepływu V[m3/s].
. .
Między m i V zachodzi zależność: m=(*V
Jeżeli natężenie przepływu jest funkcją czasu, to ilość
substancji, która została przemieszczona w czasie t2-t1 wyniesie:
4.Przyrządy pomiarowe
Wagi – stosuje się do pomiaru ilości substancji w termodynamicznych
układach zamkniętych. Są to przyrządy służące do określenia
ilości masy.
idealna – jest to dźwignia równoramienna na której końcach są
szalki, przy czym zakłada się, że masy wszystkich elementów są
równe zero oraz siły tarcia w łożyskach są równe zero.
elementarna – wszystkie elementy mają masy skończone, a masy sił
pochodzących od tych mas równoważą się wzajemnie w dowolnym
położeniu dźwigni. Drugim warunkiem obowiązującym dla wag
elementarnych jest pomijalnie mała wartość momentu tarcia w
łożyskach z momentami sił masowych
Siłomierze – przyrządy do pomiaru ilości substancji pod warunkiem,
że znana jest również wartość i kierunek jednostkowego wektora sił
masowych.
Objętościomierze – przyrządy mierzące objętość danego czynnika
w konkretnych warunkach. Na podstawie ich wskazań można wyznaczyć
ilość substancji, jeżeli znane są wielkości taki jak: gęstość
lub objętość właściwa, ciężar właściwy, oraz przyśpieszenie
grawitacyjne.
Przepływomierze – są to najczęściej stosowane urządzenia do
pomiarów natężeń przepływów. Służą do pomiarów średniej
wartości w przekroju kanału. Jeżeli znana jest średnia gęstość,
lub objętość właściwa w tym przekroju o na podstawie wskazań
przepływomierza można obliczyć natężenie przepływu.
Rozróżniamy przepływomierze różnego typu, w zależności od sposobu
wykonywania pomiaru:
Przepływomierze komorowe zamknięte – ciecz jest odmierzana porcjami
w równych objętościach
Przepływomierze wirnikowe zamknięte – gdzie przepływająca ciecz
porusza wirnik, a pewna ilość pełnych obrotów wirnika jest
odznaczana na wskaźniku jako jednostka pomiaru.
Przepływomierze do określenia chwilowego natężenia przepływu –
są to danaidy i przepływomierze otwarte, gdzie mierzona jest ilość i
prędkość wypływającej cieczy.
zwężka Venturiego, gdzie natężenie jest ściśle związane z
różnicą poziomów cieczy przed i za dyszą pomiarową. Tutaj do
pomiaru natężenia przepływu potrzebna jest znajomość średnicy
pomiarowej zwężki.
Oprócz tych przepływomierzy możemy jeszcze wykorzystać
przepływomierze do pomiaru przepływów par i gazów takie jak:
Gazomierze (komorowe, miechowe)
Anemometry (skrzydełkowe, czaszowe, cieplne)
Zwężki – dzięki dużej prostocie wykonania są często i szeroko
stosowane. W zależności od wielkości przepływu pożądanej różnicy
ciśnień i warunków instalacyjnych elementu ten przybiera postać:
kryzy, dyszy i kryzy segmentowej, bądź zwężki Venturiego.
Dla zwężek natężenie przepływu opisane jest zależnością:
. _
m=w*a*(
_
gdzie: w –średnia wartość prędkości w przekroju kanału
A – pole przekroju kanału
Charakter przepływu zależny jest od liczby Reynoldsa:
.
m
Re=--------
(*D*(
Gdzie: D – średnica kanału
( - lepkość dynamiczna powietrza
Prędkościomierze – rozróżniamy podział ze względu na sposób
wykonania pomiaru:
prędkościomierz spiętrzający – służy do pomiaru równoczesnego
ciśnień statycznego i całkowitego. Różnica tych ciśnień określa
wartość ciśnienia dynamicznego. W przepływach charakteryzujących
się bardzo małą liczbą Reynoldsa, zmierzone ciśnienie dynamiczne
różni się od rzeczywistego, na skutek działania lepkości, należy
więc wprowadzić współczynnik korygujący i szybkość oblicza się
ze wzoru:
3
Gdzie: ( - współczynnik korygujący wg Barkera ( = 1 + ---
Re
prędkościomierz wirnikowy – buduje się je w postaci turbin
osiowych. Prędkość wirnikowa zależna jest od sił hydrodynamicznych,
a więc i prędkości płynu.
5.Schemat stanowiska pomiarowego
Gdzie:
wentylator
prostownica strumienia
termometr
Anemometr:
ciśnienie statyczne
ciśnienie przed zwężką
ciśnienie za zwężką
rurka Prandtla
anemometr
zwężka pomiarowa (kryza)
Pomiar ciśnienia za pomocą rurki spiętrzającej:
Temp.
[OC] Ps
Pprzed kryzą Pza kryzą P0
23,0 33 30 238 194
23,4 69 66 174 228
23,6 67 65 270 228
23,6 67 65 273 228
22,9 77,6 56,5 238 207,6
Pomiar prędkości przepływu anemometrem:
W
m/min W
m/s Wśr
m/s
352 5,8
6
366 6,1
369 6,2
6.Obliczenia
Obliczenie strumienia objętości i masy metodą zwężkową:
Przeliczenie mm słupa denaturatu na Pascal:
gęstość denaturatu: (den=789 [kg/m3], (=30(C
h=0,140 [m]
(p=h*(*g [Pa]
(p=0,140*789*9,81=1083 [Pa]
- parametry zwężki Dw=162 mm=0,162 m , d=8 mm=0,008 m
dk=78,86 mm=0,07886 m
Obliczenie przewężenia (:
Sprawdzenie zgodności parametrów kryzy i rurociągu z normą
PN-93/M-53950/01 według której: 0,2 ( ( ( 0,75 ;
(=0,4868 mieści się w zakresie określonym normą, dk=78,86 większa
od 12,5 mm określoną normą 50 mm ( D ( 1000
mm ; D=162 mm mieści się w zakresie określonym normą.
Założenie liczby Reynoldsa Re=106
Obliczenie tymczasowej wartości współczynnika przepływu C:
C=0,5959+0,0312*(2,1-0,184*(3+0,0029*(2,5*(106/Re)0,75
Podstawiam (=0,4868
C=0,5959+0,0312*0,48682,1-0,184*0,48683+0,0029*0,48682,5*(106/106)0,75
C=0,5820
Sprawdzenie czy wynik równania (p1-(p)/p1 jest większy niż 0,75:
p1=pb+ps=101500+812=102312 [Pa]
(102312-1083)/102312=0,997>0,75
Obliczanie liczby ekspansji ( ze wzoru:
(=1-(0,41+0,35*(4)*(p/(p1*()
(=1,4 ; (=0,4868 ; (p=1083 [Pa] ; p1=102312 [Pa]
(=1-(0,41+0,35*0,48684)*1083/(102312*1,4)=0,9968
Obliczenie przybliżonej wartości strumienia masy ze wzoru:
Obliczenie liczby Reynoldsa ze wzoru:
(=1,708*10-6 [Pa*s] – lepkość dynamiczna powietrza
Obliczenie dokładnej wartości współczynnika przepływu C:
C=0,5959+0,0312*(2,1-0,184*(3+0,0029*(2,5*(106/Re)0,75
Re=145858
C=0,5848
Obliczenie skorygowanej wartości strumienia masy dla pomiaru
pierwszego:
m=0,1551 [kg/s]
Obliczenie strumienia objętości dla pomiaru pierwszego:
V=m/(pow
V=0,1551/1,2928=0,1200 [m3/s]
Obliczenie strumienia masy i objętości za pomocą rurki Prandtla:
Obliczenie prędkości W[m/s]:
pd=2,59 [mmH2O]=25,4079 [Pa]
W=6,2695 [m/s]
Obliczenie średniego przepływu objętości:
V=0,1292 [m3/s]
Obliczenie średniego przepływu masowego:
m=V*( ; (=1,2928 [kg/m3]
m=0,1208*1,2928=0,1561 [kg/s]
Tabela wyników:
Przyrządy m [kg/s] V [m3/s]
Rurka Prandtla 0,1561 0,1292
Kryza 0,1551 0,1200
Anemometr 0,1562 0,1208
7.Wnioski
W czasie próby dokonaliśmy pomiaru trzema różnymi metodami, które w
następstwie pozwoliły na obliczenie strumienia masy i objętości.
Niezależnie od metody pomiarów teoretycznie wyniki powinny mieć tą
samą wartość. Rozbieżności w otrzymanych wynikach mogą być
skutkiem błędu w odczycie wartości na poszczególnych przyrządach
(im więcej urządzeń pomiarowych cząstkowych tym większy błąd
odczytu) oraz niedokładności wykonania ćwiczenia i zaokrągleń liczb
podczas obliczeń.
Jednak rząd otrzymanych wartości wyników z poszczególnych urządzeń
pomiarowych jest ten sam.
pomiary_natezenia_przeplywu_cechowanie_zwezek
Politechnika Szczecińska
KATEDRA TECHNIKI CIEPLNEJ
LABORATORIA Z PODSTAW TECHNIKI CIEPLEJ
SPRAWOZDANIE
Ćwiczenie Nr: Temat: Pomiary natężenia przepływu.
Cechowanie zwężek
Data wyk. ćw. Data złożenia sp. Ocena Nazwisko i Imię
Prowadzący ćwiczenie Podpis Rok akad. Semestr Grupa lab.
1.Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z podstawowymi przyrządami
służącymi do określania ilości substancji i natężenia jej
przepływu. Celem jest pomiar strumienia i objętości za pomocą dwóch
metod:
za pomocą zwężki pomiarowej (kryzy)
za pomocą rurki Prandtla, a także za pomocą anemometru
2.Wprowadzenie
W technice cieplnej pomiar ilości przepływającej substancji sprowadza
się najczęściej do pomiaru ilości wody zasilającej kotły, wody
chłodzącej, zużycia paliw ciekłych itp. Przyrządy służące do
tego celu noszą ogólną nazwę przepływomierzy. Ze względu na
zasadniczą cechę pomiaru można je podzielić na dwie grupy.
Do pierwszej należy zaliczyć przyrządy, czy też urządzenia, które
pozwalają na określenie tylko średniego natężenia przepływu w
czasie obserwacji. Do tej grupy należą przepływomierze jedno- i
dwuzbiornikowe, przepływomierze komorowe, wirnikowe.
Do drugiej grupy należą przyrządy pozwalające ustalić chwilowe
natężenie przepływu. Do nich należą: danaidy, rurki spiętrzające,
zwężki, przepływomierze ultradźwiękowe, elektromagnetyczne,
pływakowe.
3.Definicje i wielkości
Ilość substancji ciała stałego, ciekłego lub gazowego może być
określona za pomocą jego masy m [kg] lub jego objętości V [m3].
Pomiędzy m i V istnieje ścisła zależność wyrażona równaniem:
m=V*( [kg] V=m*( [m3]
gdzie: ( - gęstość ciała [kg/m3]
( - objętość właściwa [m3/kg]
Obie te wielkości zależą od stanu termicznego ciała.
Ilość substancji wyrażana bywa przez różne wielkości.
Najczęściej są nimi masa, siła, objętość a także ilość
cząsteczek. Jednakże tylko masa określa ją jednoznacznie i
niezależnie. W pozostałych przypadkach są potrzebne dodatkowe
informacje w postaci parametrów termodynamicznych substancji. W
układach przepływowych ilość substancji wyraża się całką
wielkości pochodnych względem ilości substancji.
Natężeniem przepływu określa się ilość substancji
przemieszczającej się przez obserwowany przekrój w jednostce czasu,
to mówimy o masowym natężeniem
.
przepływu m[kg/s], jeżeli zaś przez objętość substancji, to ma
się do czynienia z objętościowym natężeniem przepływu V[m3/s].
. .
Między m i V zachodzi zależność: m=(*V
Jeżeli natężenie przepływu jest funkcją czasu, to ilość
substancji, która została przemieszczona w czasie t2-t1 wyniesie:
4.Przyrządy pomiarowe
Wagi – stosuje się do pomiaru ilości substancji w termodynamicznych
układach zamkniętych. Są to przyrządy służące do określenia
ilości masy.
idealna – jest to dźwignia równoramienna na której końcach są
szalki, przy czym zakłada się, że masy wszystkich elementów są
równe zero oraz siły tarcia w łożyskach są równe zero.
elementarna – wszystkie elementy mają masy skończone, a masy sił
pochodzących od tych mas równoważą się wzajemnie w dowolnym
położeniu dźwigni. Drugim warunkiem obowiązującym dla wag
elementarnych jest pomijalnie mała wartość momentu tarcia w
łożyskach z momentami sił masowych
Siłomierze – przyrządy do pomiaru ilości substancji pod warunkiem,
że znana jest również wartość i kierunek jednostkowego wektora sił
masowych.
Objętościomierze – przyrządy mierzące objętość danego czynnika
w konkretnych warunkach. Na podstawie ich wskazań można wyznaczyć
ilość substancji, jeżeli znane są wielkości taki jak: gęstość
lub objętość właściwa, ciężar właściwy, oraz przyśpieszenie
grawitacyjne.
Przepływomierze – są to najczęściej stosowane urządzenia do
pomiarów natężeń przepływów. Służą do pomiarów średniej
wartości w przekroju kanału. Jeżeli znana jest średnia gęstość,
lub objętość właściwa w tym przekroju o na podstawie wskazań
przepływomierza można obliczyć natężenie przepływu.
Rozróżniamy przepływomierze różnego typu, w zależności od sposobu
wykonywania pomiaru:
Przepływomierze komorowe zamknięte – ciecz jest odmierzana porcjami
w równych objętościach
Przepływomierze wirnikowe zamknięte – gdzie przepływająca ciecz
porusza wirnik, a pewna ilość pełnych obrotów wirnika jest
odznaczana na wskaźniku jako jednostka pomiaru.
Przepływomierze do określenia chwilowego natężenia przepływu –
są to danaidy i przepływomierze otwarte, gdzie mierzona jest ilość i
prędkość wypływającej cieczy.
zwężka Venturiego, gdzie natężenie jest ściśle związane z
różnicą poziomów cieczy przed i za dyszą pomiarową. Tutaj do
pomiaru natężenia przepływu potrzebna jest znajomość średnicy
pomiarowej zwężki.
Oprócz tych przepływomierzy możemy jeszcze wykorzystać
przepływomierze do pomiaru przepływów par i gazów takie jak:
Gazomierze (komorowe, miechowe)
Anemometry (skrzydełkowe, czaszowe, cieplne)
Zwężki – dzięki dużej prostocie wykonania są często i szeroko
stosowane. W zależności od wielkości przepływu pożądanej różnicy
ciśnień i warunków instalacyjnych elementu ten przybiera postać:
kryzy, dyszy i kryzy segmentowej, bądź zwężki Venturiego.
Dla zwężek natężenie przepływu opisane jest zależnością:
. _
m=w*a*(
_
gdzie: w –średnia wartość prędkości w przekroju kanału
A – pole przekroju kanału
Charakter przepływu zależny jest od liczby Reynoldsa:
.
m
Re=--------
(*D*(
Gdzie: D – średnica kanału
( - lepkość dynamiczna powietrza
Prędkościomierze – rozróżniamy podział ze względu na sposób
wykonania pomiaru:
prędkościomierz spiętrzający – służy do pomiaru równoczesnego
ciśnień statycznego i całkowitego. Różnica tych ciśnień określa
wartość ciśnienia dynamicznego. W przepływach charakteryzujących
się bardzo małą liczbą Reynoldsa, zmierzone ciśnienie dynamiczne
różni się od rzeczywistego, na skutek działania lepkości, należy
więc wprowadzić współczynnik korygujący i szybkość oblicza się
ze wzoru:
3
Gdzie: ( - współczynnik korygujący wg Barkera ( = 1 + ---
Re
prędkościomierz wirnikowy – buduje się je w postaci turbin
osiowych. Prędkość wirnikowa zależna jest od sił hydrodynamicznych,
a więc i prędkości płynu.
5.Schemat stanowiska pomiarowego
Gdzie:
wentylator
prostownica strumienia
termometr
Anemometr:
ciśnienie statyczne
ciśnienie przed zwężką
ciśnienie za zwężką
rurka Prandtla
anemometr
zwężka pomiarowa (kryza)
Pomiar ciśnienia za pomocą rurki spiętrzającej:
Temp.
[OC] Ps
Pprzed kryzą Pza kryzą P0
23,0 33 30 238 194
23,4 69 66 174 228
23,6 67 65 270 228
23,6 67 65 273 228
22,9 77,6 56,5 238 207,6
Pomiar prędkości przepływu anemometrem:
W
m/min W
m/s Wśr
m/s
352 5,8
6
366 6,1
369 6,2
6.Obliczenia
Obliczenie strumienia objętości i masy metodą zwężkową:
Przeliczenie mm słupa denaturatu na Pascal:
gęstość denaturatu: (den=789 [kg/m3], (=30(C
h=0,140 [m]
(p=h*(*g [Pa]
(p=0,140*789*9,81=1083 [Pa]
- parametry zwężki Dw=162 mm=0,162 m , d=8 mm=0,008 m
dk=78,86 mm=0,07886 m
Obliczenie przewężenia (:
Sprawdzenie zgodności parametrów kryzy i rurociągu z normą
PN-93/M-53950/01 według której: 0,2 ( ( ( 0,75 ;
(=0,4868 mieści się w zakresie określonym normą, dk=78,86 większa
od 12,5 mm określoną normą 50 mm ( D ( 1000
mm ; D=162 mm mieści się w zakresie określonym normą.
Założenie liczby Reynoldsa Re=106
Obliczenie tymczasowej wartości współczynnika przepływu C:
C=0,5959+0,0312*(2,1-0,184*(3+0,0029*(2,5*(106/Re)0,75
Podstawiam (=0,4868
C=0,5959+0,0312*0,48682,1-0,184*0,48683+0,0029*0,48682,5*(106/106)0,75
C=0,5820
Sprawdzenie czy wynik równania (p1-(p)/p1 jest większy niż 0,75:
p1=pb+ps=101500+812=102312 [Pa]
(102312-1083)/102312=0,997>0,75
Obliczanie liczby ekspansji ( ze wzoru:
(=1-(0,41+0,35*(4)*(p/(p1*()
(=1,4 ; (=0,4868 ; (p=1083 [Pa] ; p1=102312 [Pa]
(=1-(0,41+0,35*0,48684)*1083/(102312*1,4)=0,9968
Obliczenie przybliżonej wartości strumienia masy ze wzoru:
Obliczenie liczby Reynoldsa ze wzoru:
(=1,708*10-6 [Pa*s] – lepkość dynamiczna powietrza
Obliczenie dokładnej wartości współczynnika przepływu C:
C=0,5959+0,0312*(2,1-0,184*(3+0,0029*(2,5*(106/Re)0,75
Re=145858
C=0,5848
Obliczenie skorygowanej wartości strumienia masy dla pomiaru
pierwszego:
m=0,1551 [kg/s]
Obliczenie strumienia objętości dla pomiaru pierwszego:
V=m/(pow
V=0,1551/1,2928=0,1200 [m3/s]
Obliczenie strumienia masy i objętości za pomocą rurki Prandtla:
Obliczenie prędkości W[m/s]:
pd=2,59 [mmH2O]=25,4079 [Pa]
W=6,2695 [m/s]
Obliczenie średniego przepływu objętości:
V=0,1292 [m3/s]
Obliczenie średniego przepływu masowego:
m=V*( ; (=1,2928 [kg/m3]
m=0,1208*1,2928=0,1561 [kg/s]
Tabela wyników:
Przyrządy m [kg/s] V [m3/s]
Rurka Prandtla 0,1561 0,1292
Kryza 0,1551 0,1200
Anemometr 0,1562 0,1208
7.Wnioski
W czasie próby dokonaliśmy pomiaru trzema różnymi metodami, które w
następstwie pozwoliły na obliczenie strumienia masy i objętości.
Niezależnie od metody pomiarów teoretycznie wyniki powinny mieć tą
samą wartość. Rozbieżności w otrzymanych wynikach mogą być
skutkiem błędu w odczycie wartości na poszczególnych przyrządach
(im więcej urządzeń pomiarowych cząstkowych tym większy błąd
odczytu) oraz niedokładności wykonania ćwiczenia i zaokrągleń liczb
podczas obliczeń.
Jednak rząd otrzymanych wartości wyników z poszczególnych urządzeń
pomiarowych jest ten sam.