Лабораторная работа № 1 Определение давления газов в газоходах и вентиляционных системах

Цель работы: освоить методику измерения статического, скоростного (динамического) и полного давлений воздуха в воздуховодах при помощи микроманометра и жидкостного манометра.

Задачи работы: изучить принцип действия и устройство микроманометра и трубки Пито, жидкостного U-образного манометра, измерить статическое, скоростное и полное давление воздуха в аэродинамической модели вентиляционной системы, построить графики и изучить закономерности изменения всех видов давления на всасывающей и нагнетательной линиях вентиляционной сети.

Теоретические сведения

При движении воздуха по воздуховоду в любом поперечном сечении потока различают три вида давления: полное, статическое, динамическое..

Полное давление Р_пол (h_пол) является полной энергией единичного объема воздуха и равно алгеб­раической сумме статического и скоростного давлений:

	(1)

где Р_ст - абсолютное статическое давление, Па; Р_ск - абсолютное скоростное давление воздуха, Па; h_ст, h_ск - полное и статическое давление, Па.

Величины статического, скоростного и полного давлений определяется режимом работы вентиляционной сети (нагнетательный или всасывающий) и изменяются по длине воздуховода в зависимости от его сечения, шероховатости стенок, наличия поворотов, сужений и других местных сопротивлений.

Статическое давление определяет потенциальную энергию 1м³ воздуха в рассматриваемой точке. Статическому давлению р_ст равно давление на стенки воздуховода. Оно определяется степенью сжатия воздуха.

Статическое давление является потенциальной энергией единицы объёма воздуха и действует, согласно закону Паскаля, во всех направлениях одинаково. Единица измерения статического давления Паскаль:

1Па = 1Н / м².

Статическое давление может отсчитываться от абсолютного нуля (абсолютное статическое давление Р_ст), однако на практике широко применяется величина перепада давления

,

(2)

где h_ст – перепад давления воздуха, Па;

Р_ст -абсолютное статическое давление воздуха в воздуховоде, Па;

Ра – атмосферное давление на поверхности земли, Па

Если величина h_ст, положительна, то её называют избыточным давлением (или просто давлением), если отрицательна – разряжением.

В настоящее время также применяется техническая единица измерения “атмосфера”:

1 ат (техн.атм)= 1 кгс/ см² = 9.8110⁴ Па

1 атм (физ.атм) = 1.013 кгс/см² = 760 мм.р.ст. = 1.01310⁵ Па

В вентиляционной технике давление исчисляется в сотых и тысячных долях атмосферы. Поэтому для точности расчёта принята 1/1000 доля атмосферы, что соответствует высоте водяного столба в 1 мм.

1 мм.вод.ст. = 1 кгс/м² = 10^-4 ат = 9.81 Па

1 мм.рт.ст. = 133 Н/м² = 133.332 Па

Динамическое давление – это кинетическая энергия потока, отнесённая к 1 м³ воздуха. При скорости движения воздуха V в исследуемом сечении динамическое давление Р_дин определяется по формуле:

,

(3)

где Р_дин - динамическое (скоростное) давление воздуха, Па; Е_к - кинетическая энергия потока, Дж; V -объем воздуха, м³; m - масса воздуха, кг; U - скорость потока воздуха, м/с.

Так как отношение m/V является плотностью воздуха, то из уравнения (3) следует

,

(4)

где  - плотность воздуха, кг/м³; U - скорость движения воздуха в исследуемом сечении воздуховода, м/с.

Скоростное давление действует в направлении движения потока и имеет только положительный знак. Скоростное давление определяет скорость движения воздушного потока и его расход.

Из уравнения (4) скорость воздушного потока определяется по формуле:

(5)

В случае, если размеры сечения воздуховода не изменяются, а также отсутствуют утечки и подсосы воздуха из атмосферы, то скорость воздушного потока в пределах рассматриваемого участка воздуховода остается постоянной.