Inzynieria procesowa, ochrona środowiska PB
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
POLITECHNIKA BIAŁOSTOCKA
Wydział Budownictwa
i InŜynierii Środowiska
Katedra Ciepłownictwa
Instrukcja do zajęć laboratoryjnych
Temat ćwiczenia
:
CECHOWANIE ZWĘśKI VENTURIEGO
Ćwiczenie nr
3
Laboratorium z przedmiotu
INśYNIERIA PROCESOWA
Kod:
Opracował:
dr inŜ. Andrzej Gajewski
dr inŜ. Piotr Rynkowski
Białystok 2009
Politechnika Białostocka
Ćwiczenie nr 3
Katedra Ciepłownictwa
Cechowanie zwęŜki Venturiego
1. Cel ćwiczenia.
Celem ćwiczenia jest przypomnienie zasady działania zwęŜki Venturiego jako
przyrządu do pomiaru strumienia masy płynu i prędkości średniej oraz zapoznanie studenta
z cechowaniem zwęŜki.
2. Podstawy teoretyczne.
ZwęŜka Venturiego składa się z konfuzora, zwęŜki i dyfuzora.
P
1
D
P
Strat
P
Rys. 1.
Szkic zwęŜki Venturiego
Rysunek nr 1 przedstawia schematycznie przekrój przez zwęŜkę Venturiego,
stosowaną do pomiaru wydatku wody przepływającej rurą. Zakładając jednorodny rozkład
prędkości moŜemy zapisać równania Bernouliego i ciągłości cieczy nieściśliwej:
c
2
p
c
2
p
1
+
1
=
2
+
2
2
2
F c = F c
r
r
(1)
w
w
1 1
2 2
w
-
gęstość wody,
c
1
, c
2
,, p
1
, p
2
-
odpowiednio - wartości średnie prędkości i ciśnień w przekrojach 1 i 2.
Wprowadzając oznaczenie:
r
d
d
2
m
=
2
(2)
1
wydatek objętościowy mierzony przy pomocy zwęŜki moŜemy wyrazić następującym
wzorem:
(
)
Q
=
×
a
2
p
1
-
p
2
F
(3)
2
r
w
gdzie: p
1
- p
2
= gh (r
Hg
- r
w
),
e - współczynnik ekspansji (dla cieczy e = 1, dla gazów jest funkcją ilorazu
[(p
1
p
2
)/p
1
], wykładnika izentropy i modułu zwęŜki m.
a - liczba przepływu,
2
gdzie:
×
Politechnika Białostocka
Ćwiczenie nr 3
Katedra Ciepłownictwa
Cechowanie zwęŜki Venturiego
a
=
k
(4)
1
-
m
2
gdzie: F
2
- pole przekroju otworu zwęŜki,
w
- gęstość płynu,
p
1,
p
2
- ciśnienie statyczne odpowiednio w przekrojach 1 i 2 zwęŜki.
Przy wyprowadzeniu wzoru (3) nie uwzględniono hydraulicznej straty ciśnienia
między przekrojami 1 i 2 oraz niejednorodności rozkładu prędkości. Dlatego wartości
wydatku obliczone wg. wzoru (3) są większe od wartości rzeczywistych. W celu
skorygowania tej rozbieŜności został wprowadzony tzw.
współczynnik wydatku
k
.
r
k=
Q
(5)
Q
t
gdzie:
Q -
rzeczywista wartość wydatku,
Q
t
-
wartość teoretyczna wydatku wyznaczona wg wzoru (6).
(
Q
=
×
1
×
2
p
1
-
p
2
)
×
F
(6)
t
2
2
r
1
-
m
w
Liczba przepływu jest funkcją liczby Reynoldsa, modułu i rodzaju zwęŜki. Liczbę
Reynoldsa obliczamy w przekroju przed przewęŜeniem:
Re
=
v
1
×
d
1
(7)
1
n
1
gdzie:
n
1
- współczynnik lepkości kinematycznej.
= f (Re),
przy czym
funkcję tę wyznacza się doświadczalnie, mierząc bezpośrednio wydatek
Q
i obliczając
odpowiadającą mu wartość
Q
t
.
Cechowanie zwęŜki Venturiego polega na określeniu funkcji
a
3
Politechnika Białostocka
Ćwiczenie nr 3
Katedra Ciepłownictwa
Cechowanie zwęŜki Venturiego
A)
B)
C)
D)
E)
F)
Rysunek 3.
ZwęŜki pomiarowe:
A)
kryza ISA z pomiarem przytarczowym,
B)
kryza ISA z pomiarem „vena contracta”,
C)
przepływowa kryza segmentowa,
D)
przepływowa dysza ISA,
E)
dysza Venturiego,
F)
klasyczna zwęŜka Venturiego.
Szczegółowe informacje na temat stosowania poszczególnych zwęŜek zawarte są
w [3]. Pomiary w [3] zostały podzielone na dokładne i techniczne. Pomiary dokładne są
obarczone mniejszym błędem pomiarowym, ale są trudniejsze w wykonaniu w porównaniu
z pomiarami technicznymi. Pomiary dokładne wykonuje się za pomocą kryz ISA z pomiarem
„vena contracta”, kryz ISA z pomiarem przytarczowym oraz dysz ISA. Dopuszcza się równieŜ
stosowanie dysz Venturiego oraz klasycznych zwęŜek Venturiego, jeśli konieczne jest
ograniczenie strat ciśnienia. Pomiary techniczne mogą być wykonywane przy uŜyciu
wszystkich wymienionych w normie zwęŜek.
Straty ciśnienia powstają na skutek tarcia wewnętrznego i zawirowania w płynie przy
jego wypływie z otworu zwęŜki do nagle rozszerzającej się rury. Dyfuzor zapobiega
tworzeniu się wirów będących głównym źródłem strat energii, a więc i ciśnienia, i powoduje
stopniową zmianę energii kinetycznej przewęŜonego strumienia płynu na energię potencjalną,
dzięki czemu znaczna część pomiarowego spadku ciśnienia jest odzyskiwana. Straty ciśnienia
w układach z kryzami wynoszą 80 % i więcej pomiarowego spadku ciśnienia, natomiast
w układach z dyszami Venturiego nie przekraczają 10 %.
4
Politechnika Białostocka
Ćwiczenie nr 3
Katedra Ciepłownictwa
Cechowanie zwęŜki Venturiego
2. Budowa stanowiska.
3
4
6
7
1
T
R
5
2
Rysunek nr 2. Schemat stanowiska pomiarowego;
1 - zwęŜka Venturiego,
2 - rotametr,
3,7 - zawory odcinające,
4 - termometr,
5 - manometr pomiarowy,
6 - manometr kontrolny.
3. Wykonanie ćwiczenia.
a)
odkręcić zawór doprowadzający wodę do stanowiska,
b)
włączyć miernik temperatury,
c)
odkręcić zawór 7 aŜ do ustabilizowania się temperatury wody,
d)
zakręcić zawór 7,
e)
ustawić Ŝądane natęŜenie przepływu wody przy pomocy rotametru 2,
f)
po ustabilizowaniu się poziomu rtęci w manometrze, zmierzyć róŜnicę ciśnień na zwęŜce
oraz temperaturę wody.
Dla podanych wartości natęŜenia przepływu dokonać 7 pomiarów, wyniki najmniejszy
i największy odrzucić, a z pozostałych pięciu określić wartość średnią.
4.
Wymagania BHP
A.
Do wykonywania ćwiczeń dopuszczeni są studenci, którzy zostali przeszkoleni (na
pierwszych zajęciach) w zakresie szczegółowych przepisów BHP obowiązujących
w laboratorium.
B.
W trakcie wykonywania ćwiczeń obowiązuje ścisłe przestrzeganie przepisów
porządkowych i dokładne wykonywanie poleceń prowadzącego.
C.
Wszystkie czynności związane z uruchamianiem urządzeń elektrycznych naleŜy
wykonywać za zgodą prowadzącego zajęcia.
D.
Zabrania się manipulowania przy urządzeniach i przewodach elektrycznych bez polecenia
prowadzącego.
5
[ Pobierz całość w formacie PDF ]