Контрольные вопросы
1. Какие приборы существуют для измерения расхода?
2. Устройство поплавковых расходомеров.
3. Измерение расходов.
4. Как вычислить расход газа по счетчику?
5. Что такое дроссель?
6. Что такое ресивер?
7. В чем различие истечения газа при изотермическом и адиабатном процессах?
8. Как рассчитывали погрешности измерений?
Изучение метода определения расхода воздуха по изменению давления в отсеченном объеме
Предпосылки измерения расхода по падению
давления в емкости.
Данный метод основан на газовых законах, а именно на уравнении Менделеева – Клайперона:
P∙V= М∙R∙T,
где Р – давление газа по шкале абсолютного давления, V – объем занимаемый газом, М – масса газа, R – газовая постоянная для воздуха, Т – температура газа.
Схема измерения приведена на рис. 19.
Рис. 19. Схема измерения расхода по емкости
При постоянном объеме сосуда изменение массы газа приводит к изменению его давления и температуры. Для 1 состояния:
P1∙V= М1∙R∙T1.
Для 2 состояния, когда часть газа вышла:
P2∙V= М2∙R∙T2.
Если определить, сколько вышло газа по массе, то
М1 – М2 = (Р1 / (RT1) – P2 / (RT2)) V.
Чтобы определить объем газа, вышедший из сосуда при нормальных условиях, необходимо изменение массы газа в сосуде за время отнести к плотности при нормальных условиях:
(М1 – М2) / ρну = (Р1 / (RT1) – P2 / (RT2)) V/ ρну.
Таким образом, измеряя давление и температуру для двух состояний газа в емкости через время ∆t можно определить средний объемный расход газа из емкости, приведенный к нормальным условиям:
,
где ρну – плотность газа при нормальных условиях (давлении 101325 Па и температуре 293 К), Р1 – давление перед истечением; Р2 – давление после истечения, за время ∆t.
С учетом, что
,
получаем
.
Однако, при применении датчиков температуры с большой инерционностью и больших расходах, т.е. быстром падении давления в ресивере, достоверно измерить возможно только конечное давление. В таком случае принимают какой-либо из законов расширения газа – адиабатический или изотермический.
Для адиабатического истечения газа из емкости
,
где k = 1,4 – показатель адиабаты.
Для изотермического истечения из емкости
Выполнение работы
Для данной работы используется стенд – 2 «Основы газовой динамики», устройство и работа, которого представлены в лабораторной работе №1.
1. Включить тумблер питания системы управления. Выждать время (ориентировочно 1,5 мин) для выхода измерительных датчиков (поз. 6, 7, 9, 10, 11, 13, 14, рис. 3) в требуемый режим работы. До выхода на режим на табло высвечивается символ «–О–», после выхода в рабочий режим, просто «О».
2. Закрыть кран поз.23, рис. 3. Включите компрессор подачи воздуха в ресивер тумблером 3, рис. 3. Дождитесь, пока давление в ресивере поднимется до 5 бар, после чего произойдет автоматическое отключение компрессора.
3. Присоединить прилагаемый к стенду дроссель через тройник к штуцеру 26 и датчику давления 27, рис. 3. Схема соединения аналогична схеме, приведенной на рис. 5 без подключения ротаметра. Закрыть дроссель. Открыть кран 23 (рис. 3). Редукционным клапаном 24, рис. 3 поднять давление (вращать ручку по часовой стреле) до 0,5 бар по показаниям датчика 27 (рис. 3).
4. Открывая дроссель установить незначительный расход из него, величину которого контролировать по падению давления в ресивере: в течении 30 с давление не должно уменьшаться более, чем на 0,5 бар при давлении в ресивере 5...3,5 бар. Закрыть кран 23 (рис. 3). Если за время настройки дросселя давление в ресивере снизилось ниже 4 бар, то дождаться дальнейшего снижения давления до 2 бар и включения компрессора.
5. Дождаться наполнения ресивера до давления 5 бар и автоматического отключения компрессора. В случае если давление в ресивере после настройки дросселя оказалось выше 4 бар, то также закрыть кран.
6. Выключить тумблер 3, рис. 3 включения компрессора.
7. Записать в таблицу 2 давление в ресивере РР и температуру ТР.
8. Открыть кран 23 (рис. 3), одновременно запустив секундомер. С интервалом в 30 с по секундомеру записывать показания давления в ресивере Рр и температуры ТР в таблицу 2.
9. Эксперимент проводить до снижения давления в ресивере до 0,5...1бар.