Учебная универсальная экспериментальная установка
Схема установки представлена на рисунке 1.
Рисунок 1 - Общая схема экспериментальной установки
Рабочий участок 1, прикреплённый к трубе 2, расходный вентиль 3 и часть трубопровода 4 находятся в аудитории учебной лаборатории. Вакуум-насос 6, с задвижкой 5, электродвигатель 7 расположены в подвальном помещении учебного корпуса.
При включении вакуум-насос, приводимый в действие электродвигателем, создаёт и поддерживает постоянным пониженное давление воздуха в трубопроводе общей вакуумной системы. При открытии вентиля 3 воздух из окружающей атмосферы учебной аудитории всасывается в рабочий участок 1, трубу 2, трубопровод 4 и, протекая через вакуум-насос, выбрасывается снова в атмосферу (рис. 1).
Универсальность экспериментальной установки определяется тем, что для выполнения очередной лабораторной работы осуществляется замена только рабочего участка 1, подробное описание которого приводится в методических указаниях к каждой работе.
Изменение режимов течения воздуха в рабочем участке 1 производится с помощью расходного вентиля 3 (рис. 1).
2 Измерительные устройства параметров газа
Основными
параметрами газового потока являются
температура Т, давление p,
плотность
и вектор скорости
.
Более полное понимание происходящих процессов газа возможно при рассмотрении сложных пространственных и плоских задач, поэтому необходимо знание полей величин этих параметров, составленных из значений их в каждой точке потока в каждый момент времени.
Давление p, температура Т, плотность называются статическими параметрами, характеризующими состояние газа при движении или в покое. Связь между этими параметрами в каждой точке потока газа определяется для совершенного газа уравнением состояния, т.е. уравнением Менделеева -Клапейрона:
,
(1)
где R - газовая постоянная.
Связь между параметрами p, T, и скоростью движения c в точке потока газа устанавливается уравнением энергии, которое для случая установившегося одномерного энергоизолированного течения идеального газа при отсутствии массовых сил может быть записано в виде
(2)
Используя уравнение (1) и известные из термодинамики соотношения
и
,
запишем уравнение (2) в виде:
или
.
Из уравнения энергии следует, что вследствие увеличения скорости движения (c) газа его статические параметры p, , T понижаются.
Температура Т* и соответствующие ей параметры p*, *, которые получились бы при изоэнтропном торможении газа до скорости движения равной нулю, называются параметрами торможения или полными параметрами.
В каждой точке
потока газа связь между параметрами
торможения и статическими параметрами
устанавливается уравнением изоэнтропного
процесса (идеального адиабатного)
и выражается следующими зависимостями:
,
(3)
,
(4)
.
(5)
При расчетах газовых потоков зависимости (3) …(5) используются в иной записи с помощью газодинамических функций соответствующих параметров:
,
(6)
,
(7)
,
(8)
где
,
.
(9)
Формула скорости
в точке газового потока получается из
уравнения энергии
,
откуда
или
(10)
При малых
скоростях(М<0,3), когда газ можно
рассматривать как несжимаемую жидкость,
соотношение (10) выглядит проще. В силу
несжимаемости (
)
при торможении имеем изотермический
процесс, т.е. Т=const
и уравнение энергии (2) запишется в виде:
,
откуда
и
(11)
При движении реального (вязкого) газа под влиянием различных внешних воздействий (например, геометрическое, тепловое трения) происходит изменение скорости движения в различных точках как одного и того же сечения потока, так и вдоль него. Закон распределения скоростей в большинстве случаев бывает неизвестен и не подлежит определению теоретическим путем. Изменение скорости движения приводит к изменению параметров газа, поэтому определение параметров газовых потоков составляет одну из основных задач экспериментальных исследований.