Архив1 / docx4 / Лаба (2)

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

Аэрокосмический факультет

Кафедра «Авиационные двигатели и энергетические установки»

Дисциплина «Механика жидкости и газа»

Лабораторная работа

Методы и средства измерения параметров воздушного потока

Выполнили студенты группы АД-09-2: Мирсаитов Э.Э.

Ощепков Г.А.

Принял преподаватель кафедры АД: Матюнин В.П.

Пермь, 2011

Цель работы: Ознакомиться с основами теориями, средствами и методами измерения. Приобрести навыки подготовки и проведения эксперимента, первичной и вторичной обработки результатов измерений. Получить представление о факторах определяющих точность измерений.

1. Описание лабораторной установки

Основными элементами установки исследования лабораторного турбостартера ТКС-48Э являются турбостартер 2 (рис.1), расходомерное устройство 5…7, блок дроссельной заслонки 8…10, блок силового питания 11, пульт управления с блоком управляющего питания 12…18.

Рис. 1. Общая схема установки испытания турбостартера

1 – электростартер СТ–115; 2 – турбостартер ТКС–48Э; 3 – датчик частоты враще­ния ротора турбостартера; 4 – переходник; 5 – конфузор; 6 – расходомерная труба; 7 – выходной диффузор; 8 – электропривод дроссельной заслонки; 9 – дроссельная заслонка; 10 – датчик угла установки дроссельной заслонки; 11– блок силового электропитания; 12 – приборная доска пульта управления; 13 – амперметр (А); 14 – вольтметр (В); 15 – цифровой индикатор частоты вращения (об/мин); 16 – шестиканальный датчик температуры ТЕРМОДАТ (^оС); 17 – индикатор угла открытия дроссельной заслонки; 18 – пультовая панель ручного управления.

2. Схема и основные размеры центробежного компрессора лабораторного турбостартера ТКС-48Э

Основные элементы проточной части компрессора (рис. 2): входное устройство, рабочее колесо с вращающимся направляющим аппаратом, вырожденный до размеров обычного радиального зазора безлопаточный диффузор, лопаточный диффузор, переходный канал, спрямляющий аппарат.

Рис. 2. Расчетная схема компрессора турбостартера

Обозначение величин в препарированных сечениях:

1-1 (вх-вх) – статическое и полное давления,

полная температура;

5-5 – статическое давление ;

6-6 (к-к) – статическое и полное давления, полная температура.

Рис. 3. Угловые размеры: а – лопаточного диффузора (вид спереди),

число лопаток zлд = 29; б – спрямляющего аппарата, число лопаток zса = 42

3. Обработка результатов измерений

3.1 Первичная обработка результатов измерений

Перевод измеренных величин в международную систему измерений:

1. Атмосферное давление p_н= 13,56Bg (Па), где 13,56 – среднее значение плотности ртути в комнатных условиях, B – измеренное с помощью барометра-анероида атмосферное давление (мм рт. ст.), g= 9,8065 м/с2 – ускорение свободного падения.

Погрешность измерения атмосферного давления, Па .

2. Температура торможения перед компрессором и за компрессором , К:

, .

Погрешности измерения температуры после расчета по данным формулам не изменяются.

3. Измеренные статические и полные давления рассчитываются по формуле следующего вида:

Протокол измерений в приложении 1.

Абсолютные погрешности измерения величин:

• температура: _T= ±0,5 К;

• перепад давлений: _p= ±14,7 Па (_h= ±1,5 мм вод. ст.);

• атмосферное давление: _B= ±0,25 мм рт. ст.;

• частоты вращения: _n= ±100 об/мин.

Средняя точность размеров при изготовлении:

• линейных: _R= ±10^–4 м;

• угловых: _= ±10^–2 град.

3.2 Вторичная обработка измерений

Сечения к-к осредненного по высоте давления нет, поэтому прежде чем приступить к окончательной обработке, надо определить осреднённое давление по высоте.

Теоритический анализ условий течений в экспериментальной установки позволяет предположить, что в сечении к-к движется сомкнувшийся пограничный слой с турбулентным профилем скорости независимо от фактического числа Рейнольдса. Профиль скорости описывается в турбулентном режиме степенным законом (здесь должен быть закон) где показатель степени является функцией числа Рейнольдса согласно данным [1].

Результат обработки данных может быть описан аппроксимирующей кривой полученной с тренда, смотри рис. 4

Рис. 4 График n от Re

Осреднение скорости и давления выполнены и приведены в приложении 2.

Сечение к-к (за спрямляющим аппаратом компрессора)

Расчеты приведены в приложении 3.

Определение расхода воздуха в сечении к-к

Расчеты приведены в приложении 3.

Сечение м-м (за спрямляющим аппаратом компрессора)

Расчеты приведены в приложении 4.

Определение расхода воздуха в сечении м-м

Расчеты приведены в приложении 4.

5. Результаты измерений и их анализ

В результате выполнения лабораторной можно построить графики поля скоростей (Рис.4.) и поля давлений (Рис.5.) в к-к (за компрессором).

Рис.4. Поле скоростей в сечении за компрессором

Полученное поле скоростей отличается от реального, а именно максимальная скорость завышена по сравнению с реальной, а следовательно завышена и средняя скорость. А осреднённое давление получается заниженным.

Рис. 5. Поле давления в сечении за компрессором

Постоянная систематическая ошибка в осреднении скорости и давления, в полях скоростей и давлений не может быть острых углов.

В расходомерном сечении m-m:

Скорость:

Расход:

где dc- ошибка в скорости, а dp- ошибка в давлении. Из этого уравнения видно, что при С→0 dC→∞,,следовательно, при малых скоростях ошибки будут огромны. Отсюда следует вывод, что измерять скорость косвенными методами при малых скоростях не имеет смысла. Выделим в явном виде dp/dC - степень влияния ошибки в давлении на ошибку в скорости:

При малых скоростях степень влияния ошибки в давлении, на ошибку в скорости велика что, опять же, подтверждает бессмысленность косвенных расчётов скорости.

Так как, G=f(C) ошибка в определении скорости повлечёт за собой ошибку в определении расхода.

В сечении за компрессором k-k:

Скорость:

Расход:

Относительная погрешность в определении расхода в сечении за компрессором больше, чем в определении расхода в мерном сечении, это связано с методологическими ошибками. В использованной выше методике осреднение происходило по импульсу, а такое осреднение не позволяет точно вычислить расход.

5. Список использованной литературы

1. Сергель О. С. Прикладная гидрогазодинамика: Учебник для авиационных вузов. – М.: Машиностроение, 1981.