Средства измерения параметров и моделирование процессов в системах обеспечения микроклимата. Лабораторный практикум для студентов, обучающихся по прог

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра отопления и вентиляции

СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ

ИМОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ

ВСИСТЕМАХ ОБЕСПЕЧЕНИЯ МИКРОКЛИМАТА

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ

для студентов, обучающихся по программе бакалавриата по направлению 270800 «Строительство», профиль «Теплогазоснабжение и вентиляция»

Москва 2014

1

Лабораторная работа 1 СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ МИКРОКЛИМАТА

В лабораторной работе осуществляется ознакомление с основными средствами и приборами для измерения параметров микроклимата помещения [1], [2]. В ходе работы измеряются:

– температура внутреннего воздуха по сухому термометру tв, °С (жидкостным термометром – ртутным или спиртовым);

– температура по мокрому термометру tм, °С (психрометром Ассмана);

– радиационная температура tR, °С (электротермометром с плоским контактным элементом);

– подвижность воздуха в помещении vв, м/с (крыльчатым анемометром). По значениям tв и tм с помощью психрометрической таблицы или I-d- диаграммы определяется относительная влажность воздуха в помещении

φв, %.Всего выполняется от 2-х до 4-х замеров, после чего вычисляются средние значения. Результаты записываются в табл. 1. Остальные параметры состояния влажного воздуха определяются по средним tв и φв с помощью расчетных формул и I-d-диаграммы и также заносятся в таблицу, после чего производится сопоставление полученных данных.

4

Формулы для аналитического расчета остальных характеристик воздуха [3]

Парциальное давление водяного пара при полном насыщении, Па:

с = 5419 при t < 0.

Парциальное давление водяного пара, Па:

Рвп = Рнас 100φв ;

Влагосодержание, г/кг: d = 630 РВвп ,где В – барометрическое давление,

Па.

при t > 0, D = 26,24 при t < 0.

Температура мокрого термометра, оС: tм = 4, 47I −13,83 (при I > 0) tм = 0,82×I −5,54 (при I < 0)

Плотность, кг/м3: ρ = t +353273 ; Удельный вес, Н/м3: γ = 9,81ρ.

Лабораторная работа 2 МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ

В СИСТЕМАХ ОБЕСПЕЧЕНИЯ МИКРОКЛИМАТА

1. Общая часть

Определение потерь давления при движении воздуха в прямых и фасонных участках воздуховодов необходимо для аэродинамического расчета вентиляционных сетей с целью надлежащего выбора вентилятора (в механических системах) или для сравнения с гравитационным перепадом давления (в естественных системах), а также при последующей аэродинамической увязке ответвлений. В обоих случаях при этом обеспечивается транспортировка необходимого расхода воздуха в системе в целом и правильное (соответствующее проекту) распределение потоков воздуха между всеми ответвлениями.

В сложившейся практике аэродинамического расчета принято разделять потери давления на трение на прямых участках и в местных сопротивлениях. Потери давления на трение при движении жидкости или газа в

5

трубопроводах, воздуховодах и каналах определяют по формуле ДарсиВейсбаха [4]:

∆Ртр = λ dl ×Pд , Па,

где Рд = ρv22 – динамическое давление потока, Па;

l – длина участка трубопровода или воздуховода, м; d – его диаметр, м;

ρ– плотность среды, кг/м3;

v– скорость потока, м/с.

Для каналов прямоугольного сечения роль d играет эквивалентный диа-

ность можно определять по формуле ρ = 273353+t , где t – температура воздуха,

оС, или приблизительно 1,2 кг/м3.

Коэффициент пропорциональности λ является безразмерным и называется коэффициентом гидравлического трения. Он численно равен потерям статического давления за счет трения, выраженным в долях динамического давления, на участке трубопровода или воздуховода с длиной, равной диаметру. Его значение зависит главным образом от режима течения жидкости или газа и в некоторых случаях – от шероховатости стенок трубопровода или воздуховода.

Потери давления в местных сопротивлениях вычисляются по форму-

ле Вейсбаха [4]:

∆Рм =ξ Рд , Па,

где ξ – коэффициент местного сопротивления (КМС).

Как и λ, он является безразмерным и численно равен потерям статического давления в местном сопротивлении, выраженным в долях динамического давления. Если при прохождении сопротивления скорость потока меняется, необходимо указать, к какой скорости относят ξ. Для большинства сопротивлений, встречающихся в вентиляционной практике, значения ξ приведены в главе 22 [5].

Режим течения определяется критерием Рейнольдса Re = vdν , где ν – ки-

нематическая вязкость среды, м2/с. Для воздуха при температуре около +20оС ее величина составляет примерно 15,6×10-6 м2/с [4], [6].

Ламинарному режиму отвечает область значений Re < 2 300. В этом случае для λ используется формула Пуазейля [4], [6]:

λ = Re64 (независимо от шероховатости стенок).

6

Развитому турбулентному режиму соответствует область Re > 4 000. Для гидравлически гладких труб λ при этом также не зависит от шероховатости стенок и определяется по следующим формулам [1], [2]:

Re = 4 000 … 105: λ = 0Re.31640.25 – формула Блазиуса;

для любых Re: 1λ = 2lg(Re λ)−0.8 – формула Прандтля-Никурадзе.

Последнее выражение дает весьма точные результаты, но при его применении приходится прибегать к методу последовательных приближений, задаваясь предварительным значением λ0 (например, около 0.02) и подставляя его в правую часть формулы, после чего уточненная величина λ

вычисляется как 1 2lg (Re λ0 )−0,8 2 . Ее можно опять использовать в качестве λ0 и уточнять еще раз и т.д.

Условие гидравлической гладкости: Re× kdэ = vkνэ <10 −40 , где kэ – эк-

вивалентная шероховатость стенок трубопровода или воздуховода, м.

Для стальных воздуховодов kэ = 0,1 мм = 10-4 м [5], поэтому при скоростях движения до 6—8 м/с, характерных для систем вентиляции гражданских зданий, зависимостью λ от шероховатости стенок действительно можно пренебречь. Однако значения Re при этом обычно больше 105, поэтому формула Блазиуса уже неприменима. Чтобы не пользоваться методом по-

следовательных приближений, можно предложить формулу [7]: λ= 0,1888Re0,2

(Re = 105 … 106).

Для экспериментального определения λ воспользуемся его выражением

из формулы Дарси-Вейсбаха: λ = ∆Ртрd . Следовательно, необходимо изме-

Рдl

рить значения Ртр и Рд, а также знать длину и диаметр участка воздуховода, для которого проводятся измерения.

В настоящей работе измерение Ртр осуществляется с помощью жидкостного микроманометра. При этом в действительности определяется статическое давление Рст в начальной точке прямого участка воздуховода постоянного сечения с открытым концом. Но поскольку Рст непосредственно у открытого конца считается равным нулю, потери статического давления, равные при постоянном сечении искомым потерям полного давления Ртр, в данном случае будут совпадать с измеренным значением Рст в начальной точке. Измерение Рд производится косвенным путем, с помощью определения расхода воздуха по перепаду давлений на ирисовой диафрагме и последующего вычисления скорости воздуха на участке, где измеряется Ртр.

7

из замеренных жидкостным микроманометром потерь полного давления, равных, как и ранее, Рст в начальной точке, величины потерь на трение, вычисляемых с помощью экспериментального значения коэффициента λ, поскольку измеряемые потери полного давления включают теперь уже не только Ртр, но и искомые Рм.

Рис.1. Схема лабораторной установки:

1 — входной коллектор; 2 — вентилятор; 3 — камера статического давления; 4 — шибер; 5 — ирисовая диафрагма; 6 — калорифер; 7 — два отвода по 90°; 8 — манометр;

Т1, Т1', Т2, Т3 — точки измерения давления

Примечания. 1. Измерительный участок воздуховода выделен жирной линией. 2. Два отвода (№ 7) присоединяются к воздуховоду для выполнения второй части работы (определение коэффициента местного сопротивления, п.2.2).

2. Последовательность выполнения работы

Схема лабораторной установки представлена на рис. 1.

2.1. Определение коэффициента трения λ для воздуховода

8

ν =15,6×10−6 м2 /с . Абсолютная шероховатость стенок воздуховода:

э=1×10−4 м .

2.Определить первоначальное показание микроманометра h0, мм, и температуру воздуха tв, оС.

3.Измерить перепад давления в ирисовой диафрагме (точка 1 и точка 1')1 по микроманометру h1, мм (при этом из показаний прибора необходимо вычесть h0). Выписать угловой коэффициент микроманометра k1 и расходную характеристику диафрагмы kv, л/(с·Па0,5).

4.Измерить статическое давление в точке 2 относительно давления в точке 3 (атмосферного давления) h2, мм (при этом из показаний прибора также необходимо вычесть h0). Выписать угловой коэффициент микроманометра k2.

5.Определить перепад давления в ирисовой диафрагме:

параметров для d1 = 0, 25 м .

7. Определить статическое давление в точке 2 относительно давления в

λтеор = 0,1888Re0,2 .

13. Сравнить λ'факт и λ'теор . В случае их несовпадения обосновать нера-

венство.

Результаты измерений и расчетов заносятся в табл. 2.

1 Здесь и далее точки замеров соответствуют обозначениям на рис.1

9