1. Теоретические сведения

Известно, что скорость движения жидкости в трубопроводе неодинакова в различных местах сечения потока 1. При установившемся режиме течения жидкости местная скорость движения частиц меняется по сечению трубопровода. Характер распределения скоростей зависит от режима течения среды.

При ламинарном режиме течения жидкости скорость изменяется по параболическому закону - от нуля у стенок трубопровода до максимального значения в центре потока (по оси трубопровода), при этом оперируют истинными значениями скоростей в каждой точке поперечного сечения потока:

W_r = W_мах , (11)

где W_r – истинная скорость в точке, отстоящей от центра трубопровода на расстоянии r, м/с; W_мах – максимальная скорость движения жидкости (по оси трубопровода), м/с; R – радиус поперечного сечения трубопровода, м.

Средняя скорость потока при этом режиме составляет 0,5 от максимальной скорости движения потока.

а б

Рис. 3

Распределение скоростей: при а – ламинарном и б – турбулентном режимах движения.

При турбулентном режиме мгновенная скорость движения частиц меняется как по величине, так и по направлению; скорость как бы пульсирует во времени около усредненного значения в каждой точке поперечного сечения. При этом средняя скорость составляет 0,8 - 0,9 от максимальной скорости движения потока.

Среднюю скорость турбулентного потока можно определить из соотношения

W_ср = . (12)

Зная среднюю скорость потока, находят расход жидкости

V = W_ср S , (13)

где V – расход воздуха, м³/с; S – площадь поперечного сечения трубопровода, м².

Для замера скоростей потока в различных точках поперечного сечения используют пневмометрические трубки Пито - Прандтля (рис. 4).

Рис. 4. Трубка Пито - Прандтля

Значение местной скорости W_r для каждой определенной точки поперечного сечения, отстоящей от центра на расстоянии r находят по формуле

W_r = ,

где Р_ск – скоростное давление, Па; r – расстояние от центра трубопровода до данной точки, м;  - плотность среды, кг/м³.

Перемещая трубку Пито - Прандтля вверх – вниз в направлении, перпендикулярном оси трубопровода, и фиксируя разность давлений в различных точках, находят значения скоростей потока, строят поле скоростей, вычисляют W_ср потока и определяют расход воздуха при различных режимах работы.

2. Описание установки

Установка состоит из вентилятора 2 и воздухопровода 3, снабженного трубкой Пито - Прандтля 6 (рис. 5), подсоединенной к дифманометру. Влажность воздуха и атмосферное давление замеряют психрометром 4 и барометром 5. С помощью съемных колец 9 измеряют расход воздуха через трубопровод, диаметр которого равен 200 мм.

И змерительный конец трубки Пито - Прандтля при полном погружении находится по центру трубопровода. С помощью стопорного устройства трубка может подниматься вверх с интервалом в 10 мм на максимальную высоту от центра трубопровода, равную 60 мм, т.е. значения скоростных напоров могут быть определены в семи точках, соответствующих значениям r (0, 10, 20, 30, 40, 50, 60 мм) ( рис. 5).

Рис. 5. Схема установки: 1 – электродвигатель; 2 – центробежный вентилятор; 3 – воздухопровод; 4 – психрометр; 5 – барометр; 6 - трубка Пито – Прандтля; 7 – вентили для присоединения дифманометра;. 8 – дифманометр; 9 – кольца для регулирования расхода воздуха