Лабораторное занятие №6
Экспериментальное определение
Коэффициента аэродинамического
Сопротивления выработки
Цель работы: – ознакомить с методикой определения коэффициента аэродинамического сопротивления α и дать навык проведения аэродинамического эксперимента.
Депрессия любого участка воздухопровода:
(6.1)
где α – коэффициент аэродинамического сопротивления;
Р – периметр, м;
L – длина участка воздухопровода, м;
S – площадь сечения, м2;
Q – количество протекающего по участку воздуха.
Отсюда:
(6.2)
Следовательно, чтобы определить коэффициент аэродинамического сопротивления α выработки или трубопровода, необходимо измерить величины h, S, P, L и Q.
Работа выполняется на аэродинамической трубе.
При экспериментальном определении коэффициента аэродинамического сопротивления моделей горных выработок обращается внимание на правильный выбор длины входного, начального, рабочего, выходного участков и других параметров, обеспечивающих создание на рабочем участке установившегося турбулентного режима течения и получения надежных отсчетов измеряемых величин разности давлений.
Входной и начальный участки представляют собой разгонный участок аэродинамической трубы, где начинается и завершается развитие турбулентного профиля скоростей.
Длина входного участка при турбулентном режиме колеблется в пределах 10 ÷ 50 калибров (калибром принято считать диаметр трубы).
Длина экспериментального (рабочего) участка при различных скоростях движения должна обеспечивать достаточную точность отсчетов по приборам во время замера депрессии.
Длина выходного участка должна быть выбрана таким образом, чтобы исключить влияние выхода потока из трубы на измерения в рабочем участке.
Работы по экспериментальному определению коэффициента аэродинамического сопротивления участка производятся в следующей последовательности:
1. Выбирают экспериментальный участок, на котором измеряют депрессию. Протяженностью 60 – 100 м, прямолинейный с постоянным сечением. Собирается схема представленная на рисунке 6.1.
Рисунок 6.1 – Схема соединений и расстановки приборов для определения коэффициента аэродинамического сопротивления на экспериментальном участке.
2. Определяют площадь поперечного сечения и периметр экспериментального участка.
3. Измеряют депрессию экспериментального участка. Для этого устанавливают в начале и конце экспериментального участка воздухомерные трубки и присоединяют их резиновыми шлангами к микроманометру, устанавливаемому за II сечением (см. схему рис. 6.1). Отсчеты по микроманометру для замера разности статических давлений hст берут одновременно (синхронно) с отсчетами по микроманометру, которым определяют динамическое давление hск.
3. Определяют количество воздуха, протекающего по аэродинамической трубе воздухомерными трубками в сочетании с микроманометрами или анемометрами.
Замер количества воздуха воздухомерными трубками и микроманометром. Для определения Q выбираем замерное сечение за вторым замерным пунктом и тщательно измеряем его поперечное сечение.
Разбиваем это сечение на ряд примерно равновеликих площадок. Устанавливаем микроманометр для замера динамического давления hск и соединяем его с так называемой подвижной воздухомерной трубкой резиновыми шлангами.
Установив все приборы и подготовив их к работе, приступают к измерениям.
Работу выполняют одновременно три наблюдателя.
Первый берет отсчеты по подвижному микроманометру hск, т. е. записывает результаты отсчетов свои и второго наблюдателя в полевой журнал. Второй наблюдатель отсчитывает синхронно с первым значения статического перепада по второму микроманометру hст. Эти отсчеты одновременно служат и контрольными, характеризующими вентиляционный режим во время исследований. Третий наблюдатель по команде первого переставляет подвижную воздухомерную трубку по замерным точкам сечения.
Перед началом исследований и в конце их измеряют, пользуясь психрометром и барометром-анероидом, температуру и влажность воздуха и барометрическое давление.
Замер скорости анемометром выполняется одним из известных способов: точечным способом в центрах площадок или путем обвода сечения, оба эти способа подробно описаны в лабораторной работе №4. Результаты наблюдений заносятся в журнал наблюдений (табл. 6.1)
Таблица 6.1 – Журнал наблюдений
|
№ точки |
Скоростной напор |
Статический перепад |
Примечание | ||||||
|
Отсчеты |
Среднее |
Разность |
Отсчеты |
Среднее |
Разность | ||||
|
Начльный |
Конечный |
Начльный |
Конечный | ||||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5. Обрабатывают материалы наблюдений. Для удобства обработки материалов пользуются журналом вычислений (табл. 6.2).
Таблица 6.2 – Журнал вычислений
|
№ точки |
|
К |
hск, мм вод.ст |
Скорость воздуха v, м/с |
Площадка S, м2 |
Количество воздуха, ппротекающего через площадку q, м3/с |
Примечание |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Чтобы найти исправный отсчет скоростного напора в миллиметрах наклонного столба спирта микроманометра, соединенного с подвижной скоростной трубкой (графа 2, табл. 6.2), поступаем так:
а) по формуле (6.3) определяем средний отсчет по неподвижной трубке, для чего складываем все отсчеты графы 9 (табл. 6.1) и делим на число наблюдений. Результат записываем внизу этой колонки.
(6.3)
б) по формуле (6.4) вычисляем для каждой точки исправленный отсчет. Значения hпод берем из графы 5 (табл. 6.1), а значения hст – из графы 9 (табл.6.1).
(6.4)
Для вычисления скоростного напора в мм вод. ст. пользуются следующей формулой:
(6.5)
где K – постоянная прибора;
П – поправочный коэффициент прибора;
Скорость потока в каждой площадке вычисляем по формуле:
(6.5)
где hcк – берется из графы 4 (табл. 6.2);
ξ – поправочный коэффициент воздухомерной трубки;
–поправка
на приведение скорости к стандартному
давлению и температуре;
Т – температура воздуха в период проведения эксперимента, 0С;
В – барометрическое давление воздуха, мм рт. ст.
Вычисляем количество воздуха в площадке:
(6.6)
Депрессию выработки вычисляем по формуле:
(6.7)
где ξ1 и ξ2 – поправочные коэффициенты воздухомерных трубок.
Среднее значение hcт берется из графы 9 (табл. 6.1);
Общее количество воздуха, протекающего по выработке, находим, суммируя значения q, приведенные в графе 7 (табл. 6.2).
Имея все величины, входящие в формулу (6.2) для подсчета коэффициента аэродинамического сопротивления α, вычисляем его значение.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что такое коэффициент аэродинамического сопротивления трению α?
2. Физический смысл коэффициента аэродинамического сопротивления α.
3. Размерность коэффициента аэродинамического сопротивления α.
4. Методика определения коэффициента аэродинамического сопротивления α.
5. От каких факторов зависит величина?
6. Зависит ли от скорости движения воздуха коэффициент аэродинамического сопротивления α?
7. Напишите уравнение по которому можно рассчитать коэффициент аэродинамического сопротивления α.
8. Какие величины необходимо определить для расчета коэффициента аэродинамического сопротивления α?
9. Разность каких давлений необходимо замерить для определения коэффициента аэродинамического сопротивления трению α?