9. Измерение напоров

При эксплуатации печей и газопроводов часто возникает необходимость в измерении напора газов (Па). Замеряют его часто с помощью U-образных трубок (рис. 2.3), заполненных водой. 1мм вод.ст. соответствует давлению 9.81 Па (Н/м²), а 1Па = 0.102 мм вод.ст.

Для определения потерь напора на границах канала постоянного сечения используют следующую схему (рис. 2.4):

h_пот. = (h_{1 ст.}+ h_1дин.) – (h_{2 ст.}+ h_2дин.).

Динамический или скоростной напор замеряют с помощью напорной трубки Пито–Прандтля (рис. 2.5).

С помощью напорной трубки можно найти скорость движения газов

, м/с.

Умножив среднюю скорость движения газа на сечение канала , можно определить расход газа , м³/с.

Если температура газа отлична от 0^оС, то плотности и скорости необходимо пересчитать на нормальные условия:

, где .

Геометрический напор нельзя измерить непосредственно, т.к. он зависит от разности плотности воздуха и газа, которую, можно вычислить, зная температуру газов.

При движении газов по полостям печей происходят постоянные превращения одного вида напора в другой. Если говорить об изотермическом течении газа, то превращения их обратимы, за исключением той части, которая теряется. На потери напора расходуется динамическое давление, которое при движении газа постоянно возобновляется за счет запаса пьезометрического давления.

10. Потери энергии при движении газа по трубам и каналам

Потери энергии, отнесенные к 1 кг движущегося газа, называют потерями напора; потери, отнесенные к 1м³ , называют потерями давления. Потери энергии существенно зависят от характера движения газа. Различают слоистое, или ламинарное, движение от турбулентного, или вихреобразного. Условия существования ламинарного и турбулентного движений были установлены Рейнольдсом (1883 г.). Он доказал, что характер движения газа (жидкости) зависит от соотношения сил инерции и сил внутреннего трения в потоке. Это соотношение характеризуется некоторым безразмерным комплексом, называемым критерием Рейнольдса.

,

где – скорость движения газа, м/с; _d – толщина потока, м^2;

– плотность газа (жидкости), кг/м³;

– коэффициент динамической вязкости, кг с/м²;

– коэффициент внутреннего трения при температуре газа = t_г.

– коэффициент кинематической вязкости.

В круглых трубах поток при значениях Re < 2100 является ламинарным; при Re > 2300 течение становится турбулентным (рис. 2.6). Как видно из критерия, жидкости с большими скоростями и толщинами потока и малой вязкостью свойственно турбулентное движение, и наоборот.

.

Распределение скоростей по поперечному сечению потока, а также потери напора различны при ламинарном и турбулентном характере движения потока (рис. 2.7).

Потери напора движущегося потока

Потери динамического напора при движении потока связаны с трением его о стенки, что сопровождается переходом кинетической энергии в тепловую, и потери на преодоление местных сопротивлений.

Потери напора на трение (h_тр.) определяют по формуле Жираро:

где – коэффициент трения, W – действительная скорость потока, – плотность потока, – длина канала, – коэффициент объемного расширения газа, – эквивалентный диаметр канала ( ), где F – сечение канала, S – периметр.

Для прямоугольных каналов d_экв= 2ab/a+b. Коэффициент трения  – функция относительной шероховатости ( ) и критерия Рейнольдса.

, где – средняя высота выступов (бугорков) на стенках канала. Коэффициент трения о стенки канала

Каналы
Гладкие металлические	0.025
Шероховатые металлические	0.040
Кирпичные и бетонные	0.050

Потери напора возникают при изменении направления движения потока или вследствие изменения поперечного сечения канала (рис. 2.8). При изменении направления движения потока или сечения канала изменяются эпюры скоростей по сечению потока. Это сопровождается также как и при трении потока о стенки канала, потерями кинетической энергии потока, необратимо переходящими в теплоту. Такие потери принято называть местными. Движение потока в прямых каналах с постоянным сечением сопровождаются только сопротивлением трению и распределены по всему каналу. Суммарное аэродинамическое сопротивление движению газов состоит из сопротивлений трению и местных сопротивлений:

,