Средства измерения параметров и моделирование процессов в системах обеспечения микроклимата. Лабораторный практикум для студентов, обучающихся по прог
.pdf
2.2. Определение коэффициента местного сопротивления ζ
(двух отводов 90o)
1.Исходные данные. Размеры воздуховодов: d1 = 0,25 м, d2 = 0,1 м, l2 = 7,2 м. Кинематический коэффициент вязкости воздуха: v = 15,6 × 10-6 м2/с . Абсолютная шероховатость стенок воздуховода: kэ = 1 × 10-4 м.
2.Присоединить местное сопротивление к свободному концу воздухо-
вода. По результатам части «а» настоящей работы принять экспериментальное значение коэффициента трения λфакт и температуру воздуха tв, оС.
3.Измерить перепад давления в ирисовой диафрагме (точка 1 и точка
1') по микроманометру h1, мм (при этом из п оказаний 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:
∆P1 = h1k1 ×9,81, Па .
|
6. |
|
Определить расход в ирисовой диафрагме (по значению Р1 и kv): |
|||
L |
= k |
|
|
|
1 000,м3 |
/с, или по графику ( рис. 2) с использованием тех же па- |
v |
|
∆P |
||||
1 |
|
1 |
|
|
||
раметров для d1 = 0,25 м.
7. Определить статическое давление в точке 2 относительно давления в точке 3 (атмосферного давления): Pст2 = h2k2 ×9,81, Па .
8. Определить скорость в точке 2: |
|
v |
2 |
|
= |
L2 |
,м/с; где расход в точке 2: |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
F2 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
L2 = L1 ; площадь сечения воздуховода в точке 2: |
|||||||||||||
|
F |
= |
πd22 |
,м2 . |
|||||||||
|
|
||||||||||||
|
2 |
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
9. Определить динамическое давление в точке 2: |
|||||||||||||
|
P |
= |
v2 ρ |
в |
|
,Па , |
|||||||
|
2 |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
д2 |
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
353 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
где плотность воздуха: ρв = |
|
|
,кг/м3 |
|
|
|
|
|
|||||
|
273 +tв |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
10. Определить потери давления на трение: |
|||||||||||||
∆P = λ |
|
|
l2 |
P |
,Па. |
||||||||
|
|
d2 |
|||||||||||
|
тр |
|
|
факт |
|
д2 |
|
|
|||||
11. Определить экспериментальное значение КМС: |
|||||||||||||
ςфакт = |
|
Рст2 −∆Ртр |
. |
||||||||||
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
Рд2 |
|
|
|
|
|
|||
11
12. Определить по справочным данным (Глава 22 [5]) принятое значение КМС (для двух отводов 90o): ζспр =2×ζотв90o , где ζотв90° – КМС отвода 90o круглого сечения.
13. Сравнить ζфакт и ζспр . В случае их несовпадения обосновать нера-
венство.
Результаты измерений и расчетов заносятся в табл. 3.
Рис. 2. График для определения расхода воздуха по перепаду давления на ирисовой диафрагме
Таблица 3
Определение КМС ξ
|
|
Измерено |
|
|
|
Расчет |
|
d1, м |
h1, мм |
К1 |
Р1, Па |
kv, л/(с·Па0.5) |
L1, м3/с |
||
|
|
|
|
kv |
|
|
1 000 |
|
|
|
|
|
∆P1 |
||
|
|
|
h1К1×9,81 |
|
или по |
||
|
|
|
|
графику |
|||
|
|
|
|
|
|||
l2, м |
d2, м |
h2, мм |
К2 |
Рст2, Па |
L2, м3/с |
v2, м/с |
Рд2, Па |
|
Ртр, Па |
ξфакт |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
4L2 |
|
|
v22 |
λ |
|
l2 |
Р |
Рст2 −∆Ртр |
|
|
|
|
h2·К2·9.81 |
L2 = L1 |
|
ρ |
|
Р |
||||||
|
|
|
|
|
πd22 |
2 |
|
факт |
|
д2 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d2 |
д2 |
||||
12
Лабораторная работа 3 МОДЕЛИРОВАНИЕ АЭРОДИНАМИКИ ЗДАНИЯ
1. Общая часть
Аэродинамическим коэффициентом С называют отношение избыточного давления Pн, Па, возникающего у поверхности тела при его обтекании потоком воздуха или другого газа, к динамическому давлению потока:
P = ρvн2 , Па, где ρ – плотность газа, кг/м3; vн – скорость газа, м/с [1], [4].
v 2
Коэффициент С – величина безразмерная, и в общем случае изменяющаяся
вдоль поверхности обтекаемого тела. Знание данного коэффициента для зданий необходимо при определении Pн для расчета инфильтрации наружного воздуха в холодный период года, а также для вычисления ветровой
нагрузки на фасады здания и для некоторых других целей. Для зданий наиболее распространенной формы значения C приводятся в документе [8]. В частности, в простейшем случае прямоугольного параллелепипеда, на наветренной стороне Cн = +0,8 (избыточное давление), на заветренной – Сз = –0,4 … –0,6 (разрежение).
Экспериментальное определение величины С сводится к измерению значений Pн в интересующих нас точках у поверхности здания и скорости ветра vн вдали от здания в н евозмущенном потоке, после чего вычисляется
динамическое давление ветра Pv = ρvн2 , откуда С = Pн/Рv. Обычно для этого
используются модели уменьшенных2размеров, обдуваемые в устройствах типа аэродинамической трубы, позволяющей создавать поток с постоянной по сечению скоростью и плавно регулировать ее значение. Возможность такого моделирования связана с тем, что при развитом турбулентном режиме течения коэффициенты С не зависят ни от геометрических размеров, ни от скорости потока, а только от формы тела [4]. Такая независимость называется автомодельностью и позволяет производить исследования, соблюдая только геометрическое подобие без сохранения абсолютных размеров и без соблюдения равенства скоростей на модели и в натурных условиях, что существенно упрощает эксперименты.
2. Последовательность выполнения работы
Схема лабораторной установки приведена на рис. 3.
1.Определить первоначальное показание микроманометра h0, мм.
2.Измерить избыточное статическое давление hст, мм, в выходном патрубке аэродинамической трубы (поз. 4, рис. 3) относительно атмосферного давления, присоединяя шланг микроманометра к измерительному штуцеру на боковой стенке патрубка (при этом из показаний при-
бора необходимо вычесть h0). Выписать угловой коэффициент микроманометра К.
13
3. Определить |
динамическое |
давление воздушного потока, равное для данной конструкции выходного патрубка статическому давлению в рассматриваемой точке:
Pv = Рст = hст K ×9,81, Па.
4. Для каждой точки у поверхности модели здания, начиная от нижней части наветренной стороны (у подставки – поз. 3, рис. 3) и далее в сторону заветренной стороны. Измерить избыточное статическое давление относительно атмосферного давления hi, мм, присоединяя шланг микроманометра к измерительному щупу и перемещая щуп от точки к точке (при этом из показаний прибора также необходимо вычесть h0). На каждой плоскости модели целесообразно выбрать по две—три точки замеров. Если угловой коэффициент микроманометра менялся в процессе измерений, выписать значения К для каждого замера.
5. Определить избыточное статическое давление в точках замеров относительно атмосферного давле-
ния: Pн.i = hi K ×9,81 , Па.
6. Вычислить аэродинамические коэффициенты для каждой точки
замеров:Ci = Pн,i 
Pv . Сравнить зна-
чения Сi с данными [8] (см. п.1).
7. Построить эпюру распределения аэродинамических коэффициентов по поверхности здания. При построении положительные значения откладываются от контура здания наружу, отрицательные – внутрь. Примерный вид эпюры показан на рис. 4.
Результаты измерений и расчетов заносятся в табл. 4.
Рис.3. Схема лабораторной установки (аэродинамической трубы ) [9]:
1 — всасывающий патрубок аэродинамической трубы; 2 — модель здания; 3 — подставка под модель, имитирующая поверхность земли; 4 — выходной патрубок аэродинамической трубы; 5 — рабочая часть трубы;
6 — решетка у выходного патрубка аэродинамической трубы; 7 — поворотные лопатки; 8 —вентилятор с изменением угла атаки лопаток; 9 — электродвигатель;
10 — микроманометр
Рис. 4. Схема эпюры аэродинамиче-
ских коэффициентов
14
Таблица 4
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Результаты измерений |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
hст = ______ мм; |
К = ______; |
|
Рv = Рст = hстК × 9,81 = ________ Па. |
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Измеряемые |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Точки замеров |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
величины |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
|
3 |
4 |
5 |
6 |
|
7 |
|
8 |
|
9 |
|
10 |
|
11 |
12 |
13 |
|
14 |
15 |
16 |
17 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
hi, мм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
К |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P |
= h K ×9,81 , Па |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
н.i |
i |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ci = Pн,i Pv |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.Самарин О.Д. Основы обеспечения микроклимата зданий. – М.: АСВ, 2014.– 208 с.
2.Полосин И.И., Новосельцев Б.П., Шершнев В.Н.. Теоретические основы создания микроклимата в помещении. – Воронеж, 2005. – 143 с.
3.Альтшуль А.Д., Животовский Л.С., Иванов Л.П.. Гидравлика и аэродинамика.
– М.: Стройиздат, 1987. – 414 с.
4.Еремкин А.И. и др. Лабораторный практикум по курсу «Теплогазоснабжение, отопление и вентиляция» / под ред. С.В.Бакановой. – Пенза: ПГАСА, 2003. – 153 с.
5. Отопление и вентиляция: учебник для вузов в 2-х частях. Ч.2. Вентиляция / Под ред. В.Н. Богословского. – М.: Стройиздат, 1976. – 440 с.
6.СНиП 2.01.07-85* «Нагрузки и воздействия» – М.: ГУП ЦПП. – 1993. (Актуализированная редакция – СП 20.13330.2011. –Минрегион России. – 2011).
7.Справочник проектировщика. Внутренние санитарно-технические устройства. Ч.3. Вентиляция и кондиционирование воздуха / Под ред. Н.Н.Павлова и Ю.И.Шиллера. – М.: Стройиздат. – 1992.
8.Теория тепломассообмена / Под ред. А.И.Леонтьева. – М.: Изд-во МГТУ,
1997. – 684 с.
9.О.Д.Самарин. О режиме движения воздуха в стальных воздуховодах. //
«СОК». – 2006. – № 7. – C. 90—91.
___________________________________
СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ
ИМОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ
ВСИСТЕМАХ ОБЕСПЕЧЕНИЯ МИКРОКЛИМАТА
Корректор Е.Е. Костылёва
Компьютерная верстка Е.Е. Костылёва
Подписано в печать 04.09.2014 г. И-165. Формат 60×84/16. Усл.-печ. л. 0,93. Уч.-изд.л. 0,49. Тираж 100 экз. Заказ 306
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Московский государственный строительный университет». 129337, Москва, Ярославское ш., 26
Издательство МИСИ – МГСУ.
Тел. (495) 287-49-14, вн. 13-71, (499) 188-29-75, (499) 183-97-95. Е-mail: ric@mgsu.ru, rio@mgsu.ru.
Отпечатано в типографии Издательства МИСИ – МГСУ.
Тел. (499) 183-91-90, (499) 183-67-92, (499) 183-91-4
16