Изучение закона сохранения энергии при течении воздуха по трубопроводу переменного сечения

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2-5

Изучение закона сохранения энергии при течении воздуха по трубопроводу переменного сечения

Цель работы: Изучение закона сохранения энергии при течении воздуха по пневмосистеме или трубопроводу.

Оборудование: Стенд учебный ОГД-010-9ЛР-14ЛР-01 «Основы газовой динамики».

1. Теория

В промышленности весьма широко применяется перекачка по трубам газообразных жидкостей – газов, воздуха и перегретого пара. Транспортировка газов по трубопроводам, по сравнению с движением обычных капельных жидкостей, характеризуется рядом существенных особенностей, обусловливаемых различиями физических свойств капельных и газообразных

жидкостей.

При движении газа по трубопроводу постоянного поперечного сечения вследствие неизбежных потерь напора давление газа, обычно превышающее

атмосферное давление в начальном сечении, по длине трубопровода непрерывно снижается. При этом происходит расширение газа – удельный объем газа увеличивается, а его плотность, наоборот, уменьшается; указанное изменение плотности газа, в отличие от случая капельных жидкостей, оказывается весьма существенным и должно обязательно учитываться при расчете.

2. Схема установки

Стенд учебный ОГД-010-9ЛР-14ЛР-01 «Основы газовой динамики» предназначен для проведения лабораторных работ по изучению процессов течения воздуха при различных уровнях давления через устройства и приборы,

применяемые в системах вентиляции, газоснабжения и пневмоавтоматике; определения сопротивления различных элементов воздушных систем. Одно-

временно работы проводятся с группой из 2...3 обучаемых человек.

Конструкция стенда представлена на рисунке 1.

[pic 1]

Рис. 1. Общий учебного стенда ОГД-010-9ЛР-14ЛР-01

«Основы газовой динамики»

3. Расчетные формулы

Для изучения уравнения Бернулли и построения линий полного давления и статического необходимо определить скорость течения воздуха в каждом сечении трубопровода переменного сечения. Скорость течения воздуха можно

определить использую формулу объемного расхода:

                                                        (1)[pic 2]

где

 расход воздуха по показаниям расходомера, л/мин; [pic 3]

 плотность воздуха в потоке, кг/м3; [pic 4]

плотность воздуха при нормальных условиях, кг/м3; [pic 5]

диаметр сечения, м. [pic 6]

Для определения плотности воздуха при его течении по трубопроводу переменного сечения для условий адиабатического и изотермического течения

определяется:

 изотермическое течение:[pic 7]

                                                         (2)[pic 8]

 адиабатическое течение:[pic 9]

                                                   (3)[pic 10]

где

абсолютное значение атмосферного давления; [pic 11]

абсолютное давление за диафрагмой; [pic 12]

 и  соответственно плотности при нормальных условиях и плотность в соответствующих сечениях потока; [pic 13][pic 14]

 показатель адиабаты, равен 1,4.[pic 15]

Динамическое давление для каждого сечения необходимо рассчитывать следующим образом:

                                                       (4)[pic 16]

Потери давления определяются как разность полных давлений в сечениях перед и за сужением:

                             (5)[pic 17]

4. Результаты эксперимента 

Диаметры используемых трубопроводов: малого диаметра 3 мм (между сечениями 3 и 4), большого диаметра 9 мм (между сечениями 1 и 2, 5 и 6).

4.1. Изотермическое течение газа

Таблица 1

Расход через трубопровод Q = 20 л/мин.