Исследование движения газовой среды в трубах переменного сечения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Уральский федеральный университет

им. первого Президента России Б.Н.Ельцина

Лабораторная работа № 1-М

по дисциплине «Теплофизика»

«ИССЛЕДОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ ГАЗОВОЙ СРЕДЫ В ТРУБАХ

ПЕРЕМЕННОГО СЕЧЕНИЯ»

Чусовой 2015

1. Цель работы

Изучение закономерностей изменения давлений при движении сплошной среды в канале переменного сечения на примере движения воздуха в трубе Вентури.

2. Схема лабораторной установки с кратким её описанием

Профиль трубы Вентури представляет собой постепенное сужение (конфузор), плавно переходящее в расширение (диффузор) (рис. 2). Опыт показывает, что с энергетической точки зрения постепенное сужение трубы влечёт за собой незначительную потерю энергии давления. И наоборот, при постепенном расширении потока возникают благоприятные условия для его отрыва от стенок. Надо иметь в виду, что восстановление статического давления по сечению потока, связанное с расширением трубы, всегда более полно при постепенном расширении, чем при внезапном, и зависит от угла раскрытия диффузора, поэтому угол раскрытия диффузора всегда стараются выполнить близким к оптимальному значению. Труба Вентури служит характерным примером, иллюстрирующим переход давления одного вида в другой.

3. Методика исследований, используемая в данной работе

Уравнение Бернулли является одним из основных уравнений гидродинамики. Если не учитывать процессов рассеянья энергии, которые могут иметь место в текущей непрерывной среде вследствие внутреннего трения и теплообмена между различными ее участками, т. е. рассматривать течение идеальной среды, то для несжимаемой среды постоянной плотности уравнение Бернулли имеет вид

где g - ускорение свободного падения; h - высота относительно горизонтальной плоскости сравнения. Как раз для этого случая это уравнение и было выведено Даниилом Бернулли в 1738 году. Если уравнение (4) умножить на плотность с, то получим выражение

где первые два слагаемых представляют собой выражение потенциальной энергии, часть которой обусловлена внешними силами, другая часть - давлением Р; третье слагаемое уравнения выражает кинетическую энергию. Следовательно, уравнение Бернулли, записанное в виде выражения представляет собой не что иное, как закон сохранения энергии. Уравнение Бернулли имеет большое значение в гидравлике, аэродинамике и механике газов: его используют при расчётах каналов и трубопроводов, вентиляторов и насосов, в вопросах, связанных с фильтрацией и т. п. Пользуясь уравнением Бернулли, необходимо иметь в виду, что оно получено без учета сил трения, и поэтому, применяя его к реальной среде (жидкости или газу), необходимо учитывать потери энергии на соответствующие местные сопротивления и трение, которые имеют место при течении сред в трубах и каналах.

Отдельные слагаемые этого уравнения, выражающие различные виды энергии движущейся среды, могут изменяться, но сумма их всегда остается постоянной.

Так как уравнение относится к идеальному течению, то для реального случая уравнение следует записать так:

где ДРпот - потери энергии на участке II - IV, перешедшие в теплоту, которая в итоге рассеивается в окружающую среду. Введя соответствующие обозначения для статического -и динамического давлений получим выражение

(P_CT)₁+(P_ДИН)₁=(P_CT)₂+(P_ДИН)₂+

которое используется в данной лабораторной работе.

4. Расчетная работа

1. Рассчитать скорость потока во всех сечениях по формуле

где d_i- диаметр трубы в данном сечении, м.

d₃=0,048м

;

d_I=0,044м W_I=20;

d_II=0,045м W_II=17;

d_III=0,037м W_III=17;

d_IV=0,038м W_IV=26;

d_V=0,041м W_V=24;

d_VI=0,044м W_VI=20;

d_VII=0,047м W_VII=20;

d_VIII=0,048м W_VIII=20

2. Рассчитать динамическое давление (Па) в тех же сечениях по формуле

Среднюю скорость потока в трубе (м/с), рассчитывают по формуле

R₃=0,024м W₃= Па

R_I=0,022м W_I=20 P_ДИН=236Па

R_II=0,0225м W_II=20 P_ДИН=236Па

R_III=0,0185м W_III=28 P_ДИН=462Па

R_IV=0,019м W_IV=27 P_ДИН=430Па

R_V=0,0205м W_V=23 P_ДИН=312Па

R_VI=0,022м W_VI=20 P_ДИН=236Па

R_VII=0,0235м W_VII=17 P_ДИН=170Па

R_VIII=0,024м W_VIII=16 P_ДИН=151Па

3. Рассчитать полное давление во всех сечениях по формуле

Сечения:

3 - Па

I - Па

II - Па

III - Па

IV - Па

V - Па

VI - Па

VII - Па

VIII - Па

(P_CT)₁+(P_ДИН)₁=(P_CT)₂+(P_ДИН)₂+

=(P_CT)₁+(P_ДИН)₁-(P_CT)₂+(P_ДИН)₂

Па

4. Результаты измерений и расчётов

давление сечение движение труба

5. Вывод

После завершения всех необходимых вычислений, можно сделать вывод, что в результате опыта мы увидели, что с уменьшением диаметра сечения труб скорость потока возрастает, а с увеличением - скорость уменьшается. Динамическое давление так же повышается при уменьшении диаметра сечения, а с увеличением диаметра динамическое давление уменьшается. Полное давление уменьшается, при уменьшении статистического и динамического давления и возрастает при их увеличении.

Размещено на Allbest.ru