Лабораторная работа 3 Определение скорости движения газа в трубе
В химической промышленности часто используют различные газы для проведения тех или других химических процессов. Это могут быть такие газы , как гелий или аргон, в том случае, когда требуется инертная среда. В случае проведения реакций, сопровождающихся процессами окисления, необходимо подавать в реактор чистый кислород или воздух. Так при выплавке чугуна и стали в домну или печь подаётся воздух. Воздух подаётся и в реактор, в котором получают жирные кислоты из парафина. Всё это требует необходимости знаний для расчётов, с целью определения расхода газа.
Количество газа (м3), проходящего через трубу, определяется уравнением:
Q = w∙ s∙ τ, (1)
где: w - скорость потока, м/с s - площадь сечения потока, м2 , τ - время движения потока, с.
Массовый расход газа (М) определяется по формуле::
М = ρ ∙ w∙ s∙ τ, (2)
где ρ - плотность газа или жидкости в потоке.
Скорость газа можно определить из уравнения Бернулли:
w2 ∙ρ
ρgh + Р + ------- = Const, (3)
2
где: Р – давление внешней среды (атмосферное) g – ускорение свободного падения h – нивелирная высота.
Разделив уравнение (3) на ρ ∙ g , получаем уравнение :
Р w2
h + ------ + ------- = Const (4)
ρ∙g 2∙ g
Это уравнение справедливо для ламинарного потока. Вид потока определяем, исходя из критерия Рейнольдса:
w∙d∙ρ
Rе = ------------- (5)
μ
При условии ламинарного потока, когда число Рейнольдса не превышает 2320, средняя скорость потока составляет 0,5 от максимальной скорости трубы.
Экспериментальная часть
Рис. 1
На рисунке 1 приведена схема установки для определения скоростного напора. Установка состоит из трубы (1) , по которой движется воздух, неподвижной пьезометрической трубки (2) с манометром, расположенная в крайнем верхнем положении, подвижная пьезометрическая трубка (4) , расположенная по центру трубы; в установку входит микрометрический винт (3), позволяющий передвигать подвижную пьезометрическую трубку (4), связанную с манометром, воздуходувки (5), приводящейся в движение электродвигателем.
Включить в розетку шнур питания электродвигателя. Измерения начинать не ранее, чем через 5 минут - (за это время, устанавливается постоянный режим вращения ротора электродвигателя). Аккуратно перемещая микрометрический винт (3) , произвести замеры скоростного напора от центра трубы к периферии через каждые 5 мм сечения (замеры воспроизвести не менее 3-х раз). Полученные данные внести в таблицу, рассчитав скорость в каждой точке, исходя из уравнения:
2 g∙h = w2
№ опыта |
Расстояние от центра трубы l, мм |
Давление h, мм водн.ст. |
Скорость потока w, м/с |
На основании данных полученных в таблице, рассчитываем критерии Рейнольдса, (5), учитывая, что динамическая вязкость воздуха (μ) имеет величину 180 мкп (1пуаз = 0,1 Н с.м2), а кинематическая вязкость (ν) имеет величину 0,1501 см2/с . Исходя из таблицы, построить график зависимости скорости движения газа по сечению трубы в координатах: ордината – скорость движения газа, абсцисса – расстояние от центра трубы.