Описание лабораторной установки и принцип ее работы

Лабораторная установка для изучения закономерностей движения газов по трубам и каналам показана на рис. 1. Таких установок в лаборатории установлено 3, и ко всем установкам централизовано подведён воздух от одного вентилятора. (Вентилятор включает только преподаватель.) На каждой установке работает одна бригада студентов.

Установки сконструированы таким образом, что на каждой из них возможно проведение четырех различных лабораторных работ:

- Лабораторная работа № 1-М – «Исследование движения газовой среды в трубах переменного сечения»;

- Лабораторная работа № 2-М – «Исследование закономерностей свободной затопленной струи»;

- Лабораторная работа № 3-М – «Определение коэффициентов потерь напора на трение в трубах»;

- Лабораторная работа № 4-М – «Определение коэффициентов местных сопротивлений».

Основным элементом установки, на котором исследуют закономерности движения воздуха, является труба 1, имеющая внутренний диаметр 46 мм и два поворота на 90^о. К трубе присоединён коллектор 15 с внутренним диаметром 100 мм, соединённый с помощью шаровых кранов 12…14, с тремя трубами 8…10, имеющими внутренний диаметр 21 мм и различную шероховатость внутренней поверхности. Для измерения статического давления на установке предусмотрены пронумерованные штуцеры, соединенные трубками через соответствующий кнопочный кран, имеющий тот же номер что и штуцер, с коллектором 2. Коллектор подключён к датчику давления 3, который при появлении избыточного давления в коллекторе вырабатывает унифицированный токовый сигнал и передаёт его на вторичный прибор измерения давления 17. Вторичный прибор показывает этот сигнал в виде цифр, соответствующих избыточному давлению в коллекторе 2 в кПа.

Рис. 1. Лабораторная установка:

1 – воздуховод; 2 – коллектор с кнопочными кранами; 3 – датчик давления; 4 – труба Вентури; 5 – координатник; 6 – измерительная пневмометрическая трубка; 7 – сигнальная лампочка; 8 – гладкая труба внутренним диаметром 20 мм; 9 – труба с абсолютной шероховатостью 0,3 мм; 10 – труба с абсолютной шероховатостью 0,6 мм; 11 – шаровой кран диаметром 40 мм; 12, 13, 14 – шаровые краны диаметром 20 мм; 16 – электрический выключатель; 17 – вторичный прибор измерения давления

Поскольку выполнение любой из четырёх лабораторных работ связано с измерением статического давления в той или иной точке, то студенту при выполнении лабораторной работы остается лишь правильно выбрать точку измерения и произвести нужное измерение.

Для измерения статического давления необходимо подготовить установку и приборы к работе. До того, как преподавателем будет включён вентилятор, нужно подать напряжение на установку, включив электрический выключатель 16. При этом должна загореться сигнальная лампочка 7 и цифры на вторичном измерительном приборе 17. Необходимо дать прибору прогреться в течение не менее пяти минут. Соединить коллектор 2 с атмосферой, нажав любой из кнопочных кранов, и удерживать его в нажатом состоянии 3…5 секунд. При этом вторичный измерительный прибор должен показать нулевое давление. Если прибор показывает иное давление, то следует одновременно нажать две металлические кнопки, расположенные на панели прибора и удерживать их до тех пор, пока прибор не покажет нулевое давление. После этого установка готова к работе, а преподаватель, убедившись в готовности всех установок, может включать вентилятор.

Для измерения давления в выбранной студентом точке необходимо нажать кнопочный кран с соответствующим номером и удерживать его в нажатом состоянии до стабилизации показаний вторичного прибора (примерно 5…15 секунд). При нажатии на любой кнопочный кран происходит соединение соответствующего штуцера с коллектором. При этом статическое давление в месте установки штуцера передаётся в коллектор и воздействует на подключенный к коллектору датчик давления. Датчик давления преобразует полученный импульс в унифицированный токовый сигнал и передаёт его на вторичный прибор измерения давления. После того, как кнопка крана будет отпущена, в коллекторе остаётся давление, которое показывает вторичный прибор, однако при этом установка готова к измерению давления в любой другой точке. Одновременное нажатие двух кнопочных кранов при замере давления не допускается.

Для измерения расхода воздуха на установке служит труба Вентури 4 (рис. 1), представляющая собой сужающее устройство. Для того чтобы воспользоваться этим сужающим устройством, достаточно измерить статические давления перед трубой Вентури – точка 3 и в самом узком ее сечении – точке 9. После чего можно рассчитать расход воздуха по уравнению:

, (1)

где Р₃ и Р₉ – статические давления в точках 3 и 9 соответственно, Па;

ρ_t – плотность воздуха при его температуре t, (^оС) и абсолютном давлении P, (Па) во время проведения измерений, кг/м³;

Поскольку плотность воздуха при нормальных условиях составляет ρ₀ = 1,293 кг/м³, то при температуре и давлении эксперимента плотность определяется по формуле

. (2)

Особенности проведения той или иной работы описаны ниже в разделах «порядок проведения работы» для каждой работы отдельно.

Лабораторная работа № 1 – М