Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Средства измерения параметров микроклимата и моделирование процессов в системах обеспечения микроклимата. Методические указания к выполнению лаборатор
.pdf
Для воздуха плотность можно определять по формуле
t
273
353
дм
РР
Re ,
vd
Re
64
0,25
Re
0,3164
где t — температура воздуха, С, или приближенно около 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 вычисляют по
формуле Вейсбаха [5]
, 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 [6].
Режим течения определяется критерием Рейнольдса
,
где ν — кинематическая вязкость среды, м2/с. Для воздуха при температуре около +20 С ее величина составляет примерно
15,6 · 10–6 м2/с [5; 7].
Ламинарному режиму отвечает область значений Re < 2300. В
этом случае для λ используется формула Пуазейля [5; 7]
(независимо от шероховатости стенок).
Развитому турбулентному режиму соответствует область
Re > 4000. Для гидравлически гладких труб λ при этом также не зависит от шероховатости стенок и определяется по следующим формулам [1; 2]:
Re = 4000…105:
— формула Блазиуса;
11
для любых Re:
0,8λRe2lg
λ
1
2
0
1 2lg Re 0,8 .
ээ
Re 10 40,
k v kd
0,2
Re
0,1888
тр
д
.
Рd
Рl
— 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
Ее можно опять использовать в качестве λ0 и уточнить еще раз и т.д.
Условие гидравлической гладкости:
где kэ — эквивалентная шероховатость стенок трубопровода или
воздуховода, м. Для стальных воздуховодов kэ = 0,1 мм = 10–4 м [7],
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 последовательных приближений, можно предложить формулу [8]
Для экспериментального определения λ воспользуемся его выра-
жением из формулы Дарси — Вейсбаха
Следовательно, необходимо измерить значения ΔРтр и Рд, а также
знать длину и диаметр участка воздуховода, для которого проводятся измерения.
В настоящей работе измерение ΔРтр осуществляется с помощью
жидкостного микроманометра. При этом в действительности определяется статическое давление ΔРст в начальной точке прямого
участка воздуховода постоянного сечения с открытым концом. Но
поскольку ΔРст непосредственно у открытого конца считается рав-
(Re = 105…106).
12
ным нулю, потери статического давления, равные при постоянном
м
д
,
РР
сечении искомым потерям полного давления ΔРтр, в данном случае
будут совпадать с измеренным значением ΔРст 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 ΔРтр.
Из формулы Вейсбаха следует, что
поэтому для его экс-
периментального определения необходимо измерить ΔРм и Рд. При
этом величину Рд определяют таким же способом, как и при определении величины λ, а экспериментальное значение ΔРтр получают
вычитанием из замеренных жидкостным микроманометром потерь
полного давления, равных, как и ранее, ΔРст в начальной точке, величины потерь на трение, вычисляемых с помощью экспериментального значения коэффициента λ, поскольку измеряемые потери
полного давления включают уже не только ΔРтр, но и искомые ΔРм.
2. Содержание работы, материалы, оборудование
Схема лабораторной установки представлена на рис. 6.
Рис. 6. Схема лабораторной установки: 1 — входной коллектор; 2 — вентиля-
тор; 3 — камера статического давления; 4 — шибер; 5 — ирисовая диафрагма;
6 — калорифер; 7 — два отвода 90°; 8 — дифманометр; Т1, Т1'', Т2, Т3 — точки
измерения давления
Примечания. 1. Измерительный участок воздуховода выделен жирными линиями. 2. Два отво-
да 7 присоединяются к воздуховоду для выполнения второй части работы (определение коэффициента местного сопротивления, см. п. 2.2).
13
2.1. Методика проведения работы по определению
11
1000
v
L k P
2
2
2
F
L
v
12
LL
4
2
2
2
dF
2
2 в
д2
,
2
vP
в
в
273
353
t
ст2 2
'факт
д2 2
.
Pd
Pl
22
Re
dv
1
коэффициента трения для воздуховода
1. Исходные данные:
размеры воздуховодов: d1 = 0,25 м, d2 = 0,1 м, l2 = 7,2 м;
кинематический коэффициент вязкости воздуха: ν = 15,6·10–6 м2/с;
абсолютная шероховатость стенок воздуховода: kэ = 1·10–4 м.
2. Определить первоначальное показание дифманометра Р0, Па, и
температуру воздуха tв, С.
3. Измерить перепад давления в ирисовой диафрагме (т. 1 и т. 1')1
по дифманометру ΔР1, Па (при этом из показаний прибора необходимо вычесть Р0). Выписать расходную характеристику диафрагмы
kv, л/(с·Па
0,5
).
4. Измерить статическое давление в т. 2 относительно давления в
т. 3 (атмосферного давления) Р
, Па (при этом из показаний прибо-
ст.2
ра также необходимо вычесть Р0).
5. Определить расход в ирисовой диафрагме (по значениям ΔР1 и
kv):
ванием тех же параметров для d1 = 0,25 м.
6. Определить скорость в т. 2:
в т. 2;
7. Определить динамическое давление в т. 2:
8. Определить экспериментальное значение коэффициента тре-
ния:
9. Определить значение числа Рейнольдса:
Здесь и далее точки замеров соответствуют обозначениям на рис. 6.
, м3/с, или по графику (см. рис. 7) с использо-
, м/с, где
— расход
, м2 — площадь сечения воздуховода в т. 2.
Па, где
, кг/м3 — плотность воздуха.
.
14
10. Определить теоретическое значение коэффициента трения:
0,2
теор
0,1888 Re .
'факт
'теор
Измерено
Расчет
d
1
, м
ΔР
1
, Па
k
v
,
л/(с·Па
0,5
)
L1, м3/с
1000
1
Pkv
или по графику
(см. рис. 7)
l2, м
d2, м
Р
ст2
,
Па
L2, м3/с
v2,
м/с
Р
д2
,
Па
λ
факт
λ
тео
р
L2 = L1
2
2
2
4dL
2
2
2
v
2д2
2ст2
lР
dР
11. Сравнить
и
. В случае их несовпадения обосно-
вать неравенство.
Обработка результатов, оформление отчета
Результаты измерений и расчетов заносятся в табл. 2.
Определение коэффициента трения λ
Таблица 2
2.2. Методика проведения работ по определению коэффициента
местного сопротивления (двух отводов 90o)
1. Исходные данные:
размеры воздуховодов: d1 = 0,25 м, d2 = 0,1 м, l2 = 7,2 м;
15
кинематический коэффициент вязкости воздуха: ν =15,6·10–6 м2/с;
11
1000
v
L k P
2
2
2
L
vF
21
LL
2
2
2
4
dF
2
2 в
д2
2
vP
в
в
353
,
273 t
2
тр факт д2
2
,
l
PP
d
д2
трст2
факт
Р
РР
спр
отв90
2
факт
спр
абсолютная шероховатость стенок воздуховода: kэ = 1·10
–4
м.
2. Присоединить местное сопротивление к свободному концу
воздуховода. По результатам п. 2.1 настоящей работы принять экспериментальное значение коэффициента трения λ
и температуру
факт
воздуха tв, С.
3. Измерить перепад давления в ирисовой диафрагме (т. 1 и т. 1')
по дифманометру ΔР1, Па (при этом из показаний прибора необходимо вычесть Р0). Выписать расходную характеристику диафрагмы
kv, л/(с·Па
0,5
).
4. Измерить статическое давление в т. 2 относительно давления в
т. 3 (атмосферного давления) Р
, Па (при этом из показаний прибо-
ст.2
ра также необходимо вычесть Р0).
5. Определить расход в ирисовой диафрагме (по значению ΔР1 и
kv):
, м3/с, или по графику (см. рис. 7) с использо-
ванием тех же параметров для d1 = 0,25 м.
6. Определить скорость в т. 2:
т. 2;
, м2 — площадь сечения воздуховода в т. 2.
7. Определить динамическое давление в т. 2:
, м/с, где
— расход в
, Па, где
кг/м3 — плотность воздуха.
8. Определить потери давления на трение:
9. Определить экспериментальное значение КМС:
.
10. Определить по справочным данным (гл. 22 [7]) принятое зна-
чение КМС (для двух отводов 90):
, где ζ
отв90°
КМС отвода 90 круглого сечения.
11. Сравнить
и
. В случае их несовпадения обосновать
неравенство.
Па.
—
16
Обработка результатов, оформление отчета
Измерено
Расчет
d1, м ΔР1,
Па
kv,
л/(с·Па
0,5
)
L1, м3/с
1000
1
Pkv
или по гра-
фику
(см. рис. 7)
l2, м d2, м Р
ст2
, Па
L2, м3/с
v2,
м/с
Р
д2
,
Па
ΔРтр, Па
ξ
факт
L2 = L1
2
2
2
4dL
2
2
2
v
д2
2
2
факт
Р
d
l
д2
трст2
Р
РР
Результаты измерений и расчетов заносятся в табл. 3.
Определение КМС ξ
Таблица 3
Рис. 7. График для определения расхода воздуха по перепаду давления
на ирисовой диафрагме
17
Лабораторная работа 3
2
ρ
2
н
v
Pv
2
н
2
v
v
P
МОДЕЛИРОВАНИЕ АЭРОДИНАМИКИ ЗДАНИЯ
Цель работы — ознакомление с оборудованием и методами экс-
периментального определения аэродинамических коэффициентов
фасадов зданий.
1. Общая часть
Аэродинамическим коэффициентом С называют отношение из-
быточного давления Pн, Па, возникающего у поверхности тела при
его обтекании потоком воздуха или другого газа, к динамическому
давлению потока
, Па, где ρ — плотность газа, кг/м3;
vн — его скорость, м/с [1; 5]. Коэффициент С — величина безраз-
мерная 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 приведены в [9]. 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 измере-
нию значений Pн в интересующих нас точках у поверхности здания
и скорости ветра vн вдали от здания в невозмущенном потоке, после
чего вычисляется динамическое давление ветра
, откуда
С = Pн/Рv. Обычно для этого используются модели уменьшенных
размеров, 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 зависят только от формы тела [5]. Такая независимость называется автомодельностью и позволяет производить
исследования, соблюдая только геометрическое подобие без сохранения абсолютных размеров и без соблюдения равенства скоростей
18
на модели и в натурных условиях, что существенно упрощает эксперименты.
2. Содержание работы, материалы, оборудование
Схема лабораторной установки приведена на рис. 8.
Рис. 8. Схема лабораторной установки [10]: 1 — всасывающий патрубок аэро-
динамической трубы; 2 — модель здания; 3 — подставка под модель, имитирующая
поверхность земли; 4 — выходной патрубок аэродинамической трубы; 5 — рабочая
часть аэродинамической трубы; 6 — решетка у выходного патрубка аэродинамиче-
ской трубы; 7 — поворотные лопатки; 8 — вентилятор с изменением угла атаки
лопаток; 9 — электродвигатель; 10 — дифманометр
Методика проведения работ по определению
аэродинамических коэффициентов фасадов здания
1. Определить первоначальное показание дифманометра Р0, Па.
2. Измерить избыточное статическое давление Рст, Па, в выход-
ном патрубке аэродинамической трубы (поз. 4 на рис. 8) относительно атмосферного давления, присоединяя шланг дифманометра к
измерительному штуцеру на боковой стенке патрубка (при этом из
показаний прибора необходимо вычесть Р0).
19
3. Определить динамическое давление воздушного потока, рав-
vi,i
PPCн
Измеряемые
величины
Точки замеров
1 2 3 4 5 6 7 8 9
10
11
12
13
14
15
16
17
hi, Па
vi,i
PPCн
ное для данной конструкции выходного патрубка статическому давлению в рассматриваемой точке: Pv = Pст, Па.
4. Для каждой точки у поверхности модели здания, начиная от
нижней части наветренной стороны (у подставки — поз. 3 на рис. 8)
и далее в сторону заветренной стороны, измерить избыточное статическое давление относительно атмосферного давления Рi, Па, присоединяя шланг дифманометра к измерительному щупу и перемещая
щуп от точки к точке (при этом из показаний прибора также необходимо вычесть Р0). На каждой плоскости модели целесообразно выбрать по 2...3 точки замеров.
5. Вычислить аэродинамические коэффициенты для каждой точки
замеров:
. Сравнить значения Сi с данными [9] (см. п. 1).
6. Построить эпюру распределения аэродинамических коэффици-
ентов по поверхности здания. При построении положительные значения откладываются от контура здания наружу, отрицательные —
внутрь. Примерный вид эпюры показан на рис. 9.
Рис. 9. Схема эпюры аэродинамических коэффициентов
Обработка результатов, оформление отчета
Результаты измерений и расчетов заносятся в табл. 4.
Р
Результаты измерений
= ______ Па; Рv = Рст = ________ Па
ст
20
Таблица 4
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]