bonchosmolovskaya_n_e_mehanika_zhidkosti_i_gaza_laboratornyi

Удельное давление ветра на единицу площади сооружения выражается через динамическое давление свободного ветрового потока:

Для здания, имеющего форму параллелепипеда, расположенного нормально к потоку, на лобовой (наветренной) стороне к = 0,7.. .0,8, на тыльной стороне к = 0,2...0,3. Положительное значение аэродинамического коэффициента откладывается внутри контура сооружения, а отрицательное значение - снаружи контура (рис. 24.2).

1 к

Рис. 24.2

Механизм образования аэродинамической тени следующий. Считается, что точка отрыва пограничного слоя от стенки здания

является началом отрывного течения, где по мере удаления от здания скорости убывают. Можно выделить линию нулевых скоростей О-О (см. рис.24.1), вокруг которой происходит циркуляция частиц. Это течение носит неустойчивый характер. Образовавшиеся вихри относятся вниз по течению, на их месте возникают новые. Массовый обмен с внешним потоком здесь невелик. Основной поток, обтекающий область аэродинамической тени, можно рассматривать как потенциальное обтекание некоторого тела овальной формы.

Зная скорость на границе аэродинамической тени здания

где h - высота аэродинамической тени (см. рис.24.1), можно вычислить распределение скоростей в центральной части тени по формуле

Обратная скорость у основания может быть получена из формулы (24.2):

при >^ = 0 Щ=-\1Ъиг^

а линия нулевых скоростей О-О (см. рис. 24.1) при м^ = О располагается на высоте

= 0,58й.

При обтекании здания шириной

аэродинамическая тень распространяется от заветренной стороны здания на расстояние

/= 6Язд,

авысота тени составляет= (1,8...2) Язд от поверхности земли.

Описание опытной установки

Опытная установка состоит из осевого вентилятора, создающего поток воздуха, модели здания, в теле которой выполнены каналы, выведенные в нижний ее торец и соединенные резиновыми шлангами со штуцерами. К штуцерам подсоединяется микроманометр.

Для измерения скоростей используется скоростная трубка, закрепленная на подвижном штативе, обеспечивающем ее перемещение в горизонтальной и вертикальной плоскостях и определение координат точки, в которой измеряется скорость. Для измерения скорости потока конструкция штатива позволяет вместо скоростной трубки использовать также и термоанемометр, шкала регистрирующего прибора которого предварительно тарируется и позволяет определить величину скорости без какого-либо пересчета или регистрировать ее на диаграммной ленте.

Порядок выполнения работы

1.Включить осевой вентилятор.

2.С помощью микроманометра, поочередно подключаемого к каждому из штуцеров, определить распределение давления по контуру здания.

3.С помощью скоростной трубки или термоанемометра определить скорость подхода и скорости в 4-5 точках каждой из трех вертикальных плоскостей (над зданием, в средней и конечной частях аэродинамической тени). Для этого скоростную трубку при помощи подвижного штатива перемещают в нужную точку пространства и фиксируют ее координаты и показания микроманометра.

Обработка опытных данных

1. По замеренным показаниям микроманометра h, мм, спиртового столба вычислить давление р во всех точках контура здания:

Р = Pcng^',

где Реп - плотность спирта; h'- приведенное показание микроманометра, равное nh\ п - поправочный коэффициент микроманометра.

2.По формуле (24.1) вычислить распределение аэродинамического коэффициента к по контуру здания.

3.По показаниям микроманометра вычислить осредненную скорость в заданных точках воздушного потока по формуле

и =

V Р

где р - плотность воздуха.

4. С учетом формулы (24.3) определить максимальную высоту и длину аэродинамической тени.

Опытные данные и результаты вычислений свести в таблицу.

По результатам вычислений в принятом масштабе построить эпюры распределения давления по контуру здания (рис. 24.2) и эпюры скоростей (см. рис. 24.1), нанести линию 0-0 нулевых скоростей и границы аэродинамической тени и растекания воздушного потока (см. рис. 24.1).

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 2 5

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОТЕРЬ ДАВЛЕНИЯ В ГАЗОПРОВОДЕ

Цель работы

1.Опытное определение потерь давления в газопроводе.

2.Определение коэффициента гидравлического трения X, и построение зависимости 1 =/(Re).

Общие сведения

Подача газа по трубам (природный и искусственный газ, воздух, пар) широко распространена в современной технике. По сравнению с капельными жидкостями движение газов по трубам имеет свои особенности из-за различия в физических свойствах. В первую очередь эти отличия вызываются легкой сжимаемостью газа при незначительных изменениях давления, тогда как капельные жидкости в большом диапазоне давлений пракгачески несжимаемы. Строительными нормами, например для городских систем газоснабжения, установлены следующие категории давления газа: низкого - не более 510^ Па; среднего - от 5-10^ Па до 0,3 МПа и высокого - от 0,3 МПа до 1,2 МПа. При этом жилые и общественные здания, учреждения, мелкие промышленные потребители подключают к распределитель214

ным газопроводам низкого давления, газом высокого давления питают промышленные предприятия. Распределительные газопроводы низкого давления представляют собой замкнутую многокольцевую сеть, охватывающую всю территорию района, снабжаемого газом. Так как потребление газа отличается неравномерностью, то газопроводы систем распределения рассчитывают на максимальный часовой расход, определенный по совмещенному суточному графику разбора газа потребителями, или при его отсутствии - на расчетный часовой расход, определяемый различными методами.

Расчётные зависимости для изотермического движения газа в трубе

При движении сжимаемого газа уравнение неразрывности pFoo = = const для газопровода постоянного сечения со = const принимает вид условия постоянства массовой скорости pV = const. Но давление р по длине газопровода уменьшается, а значит, уменьшается и плотность газа р. Следовательно, скорость движения газа F возрастает. Таким образом, в трубе постоянного сечения движение несжимаемой жидкости (р = const) будет равномерным, а сжимаемой жидкости (газа) (р Ф const) - ускоренным.

При изотермическом движении, Т = const, динамический коэффициент вязкости |А остается практически постоянным по длине

трубы, а следовательно, не меняется и число Рейнольдса Re = ^ ^ . Таким образом, при изотермическом движении сжимаемого газа

коэффициент гидравлического трения X. =/(Re, — ) остается постоев

янным, несмотря на изменение вдоль газопровода средней скорости движения V и его плотности р. Величина коэффициента гидравлического трения X определяется из тех же соображений, что и при движении несжимаемой жидкости (см. лабораторную работу № 6).

Формула Дарси-Вейсбаха справедлива только для элементарного участка d/ газопровода, в пределах которого изменением плотности газа и скорости его движения можно пренебречь:

Интегрируя (25.1) с учетом постоянства массовой скорости pF = = PiVi и уравнения Клапейрона

солютное давление; р - плотность газа, получим зависимость для квадратичного перепада давлений

Pi

Анализ формулы (25.4) показывает, что она отличается от формулы Дарси-Вейсбаха множителем, связанным с перепадом давления, которым при малых Арф] можно пренебречь.

Таким образом, при гидравлическом расчете газопроводов различают два случая: малых относительных перепадов давления (Ар/рср < 5 %) и больших перепадов давления (Арфор > 5 %). Здесь имеется в виду перепад Ар между давлениями в начальном pi и конечном/>2 сечениях, отнесенный к среднему давлению рср = 0,5 (pi + pi).

При малых относительных перепадах давления (обычно газопроводы низкого и среднего давления) пренебрегают сжимаемостью газа и расчет принципиально не отличается от расчетов для несжимаемой жидкости р = const. Следует учитывать, что обычно здесь рассматривают не напоры, а давления, поэтому уравнение Д. Бернулли записывается в следующем виде:

При больших перепадах давления (обычно газопроводы высокого давления) расчеты производят с учетом сжимаемости газа, используя формулу (25.3) и уравнение Д. Бернулли для изотермического процесса:

1/2

gz, +RTlnPi + -О- = gZ2 +RTlnF2 + LZ- +gh.

Потери в местных сопротивлениях учитывают с помощью эквивалентной длины 4, т. е. местное сопротивление условно заменяется участком трубопровода с такими же потерями, 4 = d; тогда расчетная длина возрастает:

/р = / + Е/з.

Следует иметь в виду, что при расчете газопроводов зачастую вводится понятие удельного сопротивления трения /?/ = Ар/1, т. е. сопротивление 1 м погонной длины газопровода.

Описанве опытной установки

Многоступенчатый компрессор 1 (рис. 25.1) через ресивер 3 подает газ в газопровод 4, в начале которого имеется устройство 2 для отвода части газа, а в конце газопровода установлен ротаметр 5. На ресивере 3 и по концам опытного участка газопровода 4 имеются штуцеры для подключения датчиков давления.

Рис. 25.1

Порядок проведения работы

1.Включить компрессор 1 (см. рис. 25.1) и с помощью дросселирующего устройства 2 установить определенный расход воздуха.

2.Измерить давление и температуру в ресивере 3 с помощью U-образного водяного пьезометра и термометра.

3.С помощью наклоЕИОго спиртового микроманометра измерить потери давления на опытном участке газопровода 4.

4.С помощью ротаметра 5 определить^аосод воздуха.

При различных расходахТ1риизвсс1 и 5-6 опытоЬ:

Обработка опытных данных

1. По замеренным в ресивере 3 давлению р и температуре Т из уравнения состояния (25.2) (уравнения Клапейрона) определить плотность воздуха р.

2.Найти потери давления Ароп в опытном газопроводе.

3.Вычислить число Рейнольдса Re и коэффициент гидравлического трения X.

Vd

4. Вычислить число Рейнольдса Re = — и коэффициент гидрав-

V

лического трения Л,выч по формуле Блазиуса:

0,3164

^выч ~ Re',0.25

5. С учетом относительного перепада давления Ар/р вычислить потери давления Лр^ыч и сравнить с опытными АропПри этом если Ар/р > 0,05, то Арвыч определяют по формуле (25.4), а если Ар/р < 0,05, то Арвыч по формуле (25.5).