ĆWICZENIE NR 7 SKALOWANIE ZWĘśKI 1. Cel ćwiczenia: Celem

ĆWICZENIE NR 7 SKALOWANIE ZWĘśKI 1. Cel ćwiczenia: Celem

ĆWICZENIE NR 7
SKALOWANIE ZWĘśKI
1. Cel ćwiczenia:
Celem ćwiczenia jest wykonanie cechowania kryzy pomiarowej /wyznaczenie zaleŜności objętościowego natęŜenia przepływu powietrza przez zwęŜkę od róŜnicy ciśnienia na zwęŜce/. Cechowanie dokonuje się dla trzech róŜnych natęŜeń przepływu
powietrza.
2. Wykonanie ćwiczenia
♦ Uzgodnić z prowadzącym ćwiczenia wybór odpowiednich przesłon dławiących
wydajność wentylatora.
♦ Wypoziomować mikromanometr. Sprawdzić i ewentualnie skorygować połoŜenie
zera w mikromanometrze kompensacyjnym.
♦ Zapoznać się z mechanizmem przesuwu rurki Prandtla oraz zmiany jej połoŜenia z płaszczyzny pionowej na płaszczyznę poziomą.
♦ ZałoŜyć jedną z wybranych przysłon.
♦ Włączyć wentylator.
♦ Wykonać pomiary ciśnienia dynamicznego dla róŜnych połoŜeń rurki Prandtla w
płaszczyźnie pionowej i poziomej dla całego zakresu średnicy rury (siedem
punktów pomiarowych w kaŜdej z płaszczyzn, w tym środek rury i połoŜenia
skrajne).
♦ Odczytać i zanotować spadek ciśnienia /róŜnicę ciśnienia/ na zwęŜce, nadciśnienie przed zwęŜką oraz temperaturę powietrza wewnątrz rury. Manometry
U-rurkowe mierzące w/w ciśnienia wypełnione są wodą zabarwioną na kolor fioletowy.
♦ Powtórzyć całość pomiarów dla dwóch kolejnych przysłon.
♦ Przy pomocy psychrometru aspiracyjnego zmierzyć wilgotność powietrza atmosferycznego.
♦ Odczytać na barometrze i zanotować wartość ciśnienia atmosferycznego.
♦ Wyniki pomiarów wprowadzić do komputera, który wykona obliczenia, pokaŜe
graficzny obraz pomiarów /profile prędkości powietrza przy przepływie przez rurę/, pokaŜe wykres skalowania zwęŜki /zaleŜność objętościowego natęŜenia
przepływu powietrza od róŜnicy ciśnienia na zwęŜce/ oraz wylosuje jeden z pomiarów do opracowania w sprawozdaniu.
Katedra InŜynierii Chemicznej i Procesowej
Wydział Chemiczny PG
Laboratorium InŜynierii Chemicznej
Ćwiczenie nr 7
3. Opracowanie wyników.
WSZYSTKIE OBLICZENIA WYKONAĆ W UKŁADZIE SI
1. Określenie parametrów powietrza w warunkach pomiaru.
Na podstawie zmierzonej wartości wilgotności powietrza, jego temperatury i ciśnienia
atmosferycznego naleŜy obliczyć gęstość i lepkość powietrza w warunkach panujących na wylocie z rury /w miejscu pomiaru lokalnych prędkości przepływu powietrza
rurką Prandtla/.
a/ obliczenie gęstości powietrza
ρF = ρP + ρW
ρp = ρN
( pa − ϕp w )TN
pN T
ρN =1,293 kg/m3
ρ w = ϕρ′′w
♦ ρF - gęstość powietrza wilgotnego dla ciśnienia atmosferycznego
♦ ρP - gęstość powietrza suchego dla ciśnienia atmosferycznego
♦ ρW - gęstość pary wodnej
♦ ρ′′w - gęstość nasyconej pary wodnej w temperaturze pomiaru
♦ (z tablic pary wodnej zamieszczonych w instrukcji)
♦ pW - pręŜność nasyconej pary wodnej w temperaturze pomiaru
♦ pa - ciśnienie atmosferyczne
♦ ϕ - wilgotność względna powietrza
♦ T – temperatura pomiaru /temperatura powietrza wewnątrz rury/
♦ N - indeks odnoszący się do warunków normalnych (760 mm Hg, 0° C)
b/ lepkość powietrza
- dynamiczny współczynnik lepkości powietrza odczytujemy z tablic dla temperatury pomiaru lub przeliczamy z warunków normalnych wg wzoru
ηT = ηN
S
273 T
S 273
1+
T
1+
♦ S - stała Sutherlanda - dla powietrza 114
. -6
♦ ηN - 17.17 10 Pas
Katedra InŜynierii Chemicznej i Procesowej
Wydział Chemiczny PG
2
Laboratorium InŜynierii Chemicznej
Ćwiczenie nr 7
2. Obliczenie prędkości lokalnej przepływającego powietrza
Na podstawie pomiarów wykonanych rurką Prandtla w płaszczyźnie poziomej i
płaszczyźnie pionowej obliczyć średnie wartości ∆p z obu płaszczyzn pomiarowych
/7 wartości/ a następnie 7 wartości prędkości lokalnych przepływu powietrza z zaleŜności:
u=
2∆p
ρF
♦ ∆p - ciśnienie dynamiczne mierzone rurką Prandtla [Pa]
♦ ρF - gęstość powietrza wilgotnego dla ciśnienia atmosferycznego
Mikromanometr kompensacyjny napełniony jest wodą. Obliczenia wykonać dla gęstości cieczy manometrycznej ρm = 998 kg/m3
3. Obliczenie objętościowego natęŜenia przepływu powietrza
Objętościowe natęŜenie przepływu powietrza obliczamy jako iloczyn pola przekroju
poprzecznego rury i obliczonej graficznie prędkości średniej przepływającego powietrza.
♦ D - średnica rury = 0.08 m
Obliczenie prędkości średniej metodą całkowania graficznego wykonujemy następująco:
♦ na podstawie zanotowanych odczytów z linijki obliczamy odległości osi rurki
Prandtla od osi rury dla 7 punktów pomiarowych
♦ obliczonym odległościom przypisujemy obliczone prędkości lokalne i nanosimy
na wykres zaleŜności u = f(r2)
♦ łączymy punkty krzywą i ekstrapolujemy ją do ścianki rury tj. do promienia r = 4
cm pamiętając, Ŝe ostatnia warstewka płynu przy ściance rury nie porusza się
(prędkość lokalna u = 0)
♦ obliczamy pole pod krzywą /profilem prędkości/
♦ obliczamy wysokość prostokąta, którego pole będzie równe polu figury pod krzywą przedstawiającą profil prędkości powietrza przy przepływie przez rurę
/wysokość tego prostokąta jest równoznaczna prędkości średniej/
r0
V = π ∫ u( r )dr = Au
− r0
♦ A - pole przekroju rury pomiarowej
♦ r0 - promień rury = 0,04 m
♦ u - prędkość średnia obliczona jako wysokość prostokąta, którego pole jest równe polu ograniczonemu krzywą u = f(r2) i osią r2
♦ r - odległość osi rurki Prandtla od osi przewodu /rury/
Katedra InŜynierii Chemicznej i Procesowej
Wydział Chemiczny PG
3
Laboratorium InŜynierii Chemicznej
Ćwiczenie nr 7
u
u
r2
r2
4. Skalowanie zwęŜki
a/ wyznaczenie liczby ekspansji ε
-liczbę ekspansji ε wyznacza się z dołączonego do instrukcji wykresu funkcji
 ∆p 
ε = f 
 p1 
♦ ∆p - ciśnienie róŜnicowe /róŜnica ciśnienia na zwęŜce/
♦ p1 - ciśnienie statyczne gazu przed zwęŜką
p1 = pa +∆p1
♦ pa - ciśnienie atmosferyczne
♦ ∆p1 - nadciśnienie statyczne gazu przed zwęŜką
b/ obliczenie gęstości powietrza
Obliczyć gęstość powietrza dla warunków panujących przed zwęŜką tj. dla ciśnienia
p1 i temperatury pomiaru
ρF1 = ρP1 + ρW
ρ p1 = ρ N
( p1 − ϕp w )TN
pN T
ρ w = ϕρ′′w
♦ ρF1 - gęstość powietrza wilgotnego dla ciśnienia przed zwęŜką
♦ ρP1 - gęstość powietrza suchego dla ciśnienia przed zwęŜką
Katedra InŜynierii Chemicznej i Procesowej
Wydział Chemiczny PG
4
ρN =1,293 kg/m3
Laboratorium InŜynierii Chemicznej
Ćwiczenie nr 7
c/ wyznaczenie liczby przepływu α
V = αε
πd 2
2 ∆p
4
ρ F1
4V
α=
πεd 2
2 ∆p
ρ F1
♦ ∆p - ciśnienie róŜnicowe /róŜnica ciśnienia na zwęŜce/ [Pa]
♦ d - średnica kryzy = 0,04 m
♦ ρF1 - gęstość powietrza wilgotnego dla ciśnienia przed zwęŜką
5. Obliczenie liczby Re
uDρ F
η
Re =
♦ ρF - gęstość powietrza wilgotnego dla ciśnienia atmosferycznego
♦ D - średnica rury =0.08 m
♦ η - lepkość dynamiczna
Parametry nasyconej pary wodnej w zaleŜności od temperatury
Temperatura /oC/
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
pręŜność /mm Hg/
17.54
18.65
19.83
21.07
22.38
23.76
25.21
26.74
28.35
30.04
31.82
Katedra InŜynierii Chemicznej i Procesowej
Wydział Chemiczny PG
5
pręŜność /Pa/
2337
2486
2643
2808
2982
3167
3360
3564
3779
4004
4241
gęstość ρ" /kg/m3/
0.01729
0.01833
0.01942
0.02057
0.02177
0.02304
0.02437
0.02576
0.02723
0.02876
0.03037
Laboratorium InŜynierii Chemicznej
Ćwiczenie nr 7
Warunki pomiarowe
Ciśnienie
atmosferyczne
pa = mm Hg
Wilgotność
względna
ϕ=
%
Rurka Prandtla
Przesłona
nr
Ciśnienie dynamiczne ∆p
[mm H2O]
Płaszczyzna
Płaszczyzna
pionowa
pozioma
PołoŜenie rurki
Prandtla
Lp
cm
1
2
3
4
5
6
7
1
2
3
4
5
6
7
1
2
3
4
5
6
7
ZwęŜka
Przesłona
nr
Temperatura
powietrza w rurze
[oC]
Katedra InŜynierii Chemicznej i Procesowej
Wydział Chemiczny PG
Ciśnienie róŜnicowe
∆p
[mm H2O]
6
Nadciśnienie statyczne
∆ p1
[mm H2O]
Laboratorium InŜynierii Chemicznej
Ćwiczenie nr 7
1.00
0.99
0.98
ε
0.97
0.96
0.95
∆p
p
1
0.94
0.00
ZaleŜność ε
0.02
 ∆p 
= f 
 p1 
0.04
0.06
0.08
0.10
0.12
0.14
0.16
dla kryzy ISA z pomiarem przytarczowym i przepływu powietrza /κ=1.41/
Katedra InŜynierii Chemicznej i Procesowej
Wydział Chemiczny PG
7