3.5 Контрольні питання

1. Критерій, що характеризує масивність тіла.

2. Розмірність і фізичний зміст величин q, , C, i, , a .

3. Методика визначення тривалості нагрівання по графіках.

4. Як змінюється тепловий потік у часі? Пояснити причину цього.

5. Який критерій називають безрозмірним часом?

6. Які закономірності виявляються в характері температурних кривих нагрівання зразка?

7. Методика визначення тривалості нагрівання по тепловій діаграмі.

Лабораторна робота № 4

4 Визначення втрат енергії при русі газа по трубах

Ціль роботи - вивчити експериментальне визначення втрат енергії при русі газів по трубах і каналам та придбати навички практичного визначення коефіцієнтів місцевих опорів і використання рівняння Бернуллі.

4.1 Теоретичні зведення

Більшість промислових печей оснащуються трубопроводами для підведення повітря і палива, мають димові канали, труби. Для визначення раціональних діаметрів труб і каналів і розрахунку необхідної потужності вентиляторів, ексгаустерів або висоти димових труб необхідно розраховувати, а при експлуатації визначати експериментально, втрати тиску при русі газів по трубах і каналам.

В основі розрахунків утрат тиску лежить закон збереження енергії. Вираженням цього закону для рідини, що рухається, (газу) є рівняння Бернуллі, з якого випливає: при усталеному русі нестисливої реальної рідини (газу) по каналу сума тисків п’єзометричного Рп, динамічного Рд, геометричного Рг і втраченого Р_пот - є величина постійна для будь-якого перетину каналу:

^(4.1)

Тут індексом 1 відзначений початковий перетин каналу, де ще немає втрат енергії, індексом 2 - будь-який інший перетин каналу.

Характеристика і визначення тисків, що входять у рівняння Бернуллі.

1) Р_п1, Р_п2 - надлишкові п’єзометричні тиски газу в перетинах 1 і 2. Виміряються U-образним манометром через отвори в стінці каналу, які паралельні рухові газу, Па (кгс/м² або мм вод. ст.);

2) Р_д1, Р_д2 - динамічні або швидкісні тиски газу в перетинах 1 і 2, Па:

^{, (4.2)}

де W_t, - середня по перетині каналу швидкість газу, м/с;

_t - щільність газу при умовах досліду, кг/м³.

3) Р_г1, Р_г2 - геометричні тиски газу в перетинах 1 і 2 (виміряються одночасно з п’єзометричними тисками). При розрахунках додаються до втрат, якщо на ділянці руху газ, який легше навколишнього середовища, по каналу опускається вниз. Геометричні тиски віднімаються від втрат, якщо газ, який легше навколишнього середовища, по канал піднімається нагору. При горизонтальному розташуванні труби різниця геометричних тисків у ній не виникає, тому Р_г=0.

Різниця геометричних тисків, Па:

^{, (4.3)}

де Н - відстань по вертикалі між перетинами 1 і 2 (висота підйому або опускання каналу), м;

g - прискорення вільного падіння, м/с²;

_в, _г - щільність відповідно навколишнього повітря і газу, що рухається по каналу, кг/м³.

Для умов експерименту щільність повітря визначають по формулі:

, (4.4)

де _о - щільність газу, що переміщується по каналу, при нормальних умовах. Для повітря _о=1,293 кг/м³;

 - коефіцієнт об'ємного розширення ;

Р_б - барометричний тиск при умовах досліду, кПа;

Р_о - тиск при нормальних умовах, який дорівнює Р_о = 101,3 кПа;

t - температура повітря при випробуванні, С;

Р_пот2 - енергія газу, витрачена на подолання опорів на шляху руху газу від перетину 1 до перетину 2, Па (Н/м²; кгс/м²).

Загублена енергія Р_пот2 складається з утрат на тертя о стінки каналу і місцевих опорів , які викликають зміну конфігурації потоку.

Утрати тиску на тертя для кожної ділянки, яка визначається діаметром і довжиною, визначається по формулі:

, (4.5)

^де Р_д - динамічний тиск газу на ділянці, Па

^{- коефіцієнт опору тертя; визначається за формулою:}

^,

де  - коефіцієнт тертя;

- довжина ділянки, м;

d - діаметр ділянки, м.

Для не круглого прохідного перетину визначеється гідравлічний діаметр, м:

,

де F - площа перетину, м²;

П - периметр перетину, м.

Коефіцієнт тертя  залежить від режиму руху газу (рідини), при перехідному режимах - також від шорсткості стінок каналу.

У практичних розрахунках для металевих каналів приймають =0,03, для цегельних каналів =0,05.

Утрати тиску на місцеві опори визначаються по формулі:

^{, (4.6)}

де Р_д - динамічний тиск газу на ділянці, Па;

К - коефіцієнт місцевого опору.

Коефіцієнти місцевих опорів К, які були отримані експериментально, зведені в таблиці і приводяться у всіх підручниках і довідниках по механіці газів (додаток В ).

Рівняння Бернуллі при використанні приведених формул виражає закон збереження енергії одного кубічного метра (при нормальних умовах) газу чи рідини, що рухається, у Джоулях на кубічний метр або в Паскалях.

Коефіцієнти опорів тертя  і місцевого опору К для ділянок трубопроводу розраховують по формулах:

; (4.7)

. (4.8)

Значення Р_ТР і Р_м.с. визначають експериментально як різницю повних тисків відповідно до і після відповідного опору:

. (4.9)

Повний напір знаходять по формулі:

. (4.10)