Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы (1240837), страница 115
Текст из файла (страница 115)
Они используются также для измерения расхода жидкостей н газов при исследованиях, испытаниях и в ряде других случаев. Специальные напорные трубки применяют„ кроме того, для измерения скорости полета летающих аппаратов (точнее, скорости относительно воздушной среды). Измерение скорости в потоке жидкости или газа напорными трубками сводится к измерению динамического давления (скоростного напора), которое равно разности полного и статического давлений и связано со скоростью соотношением, получаемым из уравнения Бернулли откуда скорость невозмущенного потока в точке измерения равна: (15-1-2) где и = скорость движения газа или жидкости, и/с; р — плотность жидкости или газа в рабочих условиях, кг/ма; р„— полное давление в лобовой точке напорной трубки, называемой критической, Па; р, — статическое давление или так называемое гидродинамическое давление в невозмущенном потоке, Па.
Таким образом, для определения динамического давления Ро'/2, а следовательно, и скорости в данной точке потока необходимо измерить разность полного и статического давлений. Измерение полного давления может быть осуществлено напорной трубкой с отверстием на лобовом ее конце (в критической точке), установленной навстречу движению потока, а статическое давление — через одно или несколько отверстий в стенке трубы (рис.
15-1-1). Так как для определения скорости в данной точке потока нужно измерить только разность давлений р„ — р„ то обе трубки следует присоединить к микроманометру или жидкост- ряс. 15-1-1. Измерение дина- ному дифманометру. В уравнение (15-1-2) мачееяого давления. входит плсаность среды, которую необходимо определить для рабочих условий с максимально возможной точностью 6 14-5). При измерении динамического давления микроманометром или дифманометром, в которых мерой значений р,— р, является разность уровней рабочей жидкости, необходимо учитывать не только плотность последней, но также плотность среды, находящейся над рабочей жидкостью (гл.
9). Рассмотренный метод впервые был применен в 1732 г. Пито для измерения скорости в потоке воды, поэтому напорную трубку, схематично показанную на рис. !5-2-1, называют трубкой Пито. Дальнейшее развитие этого метода измерения скоростей потока шло по пути создания комбинированных напорных трубок, снабженных отверстиями для приема как полного, так и статического давлений. В настоящее время применяют ряд конструкций напорных трубок, приспособленных как для лабораторных, так и для промышленных измерений скоростей потока. Необходимо иметь в виду, что как бы удачна ни была конструкция трубки, динамическое давление измеряется не вполне точно.
Поэтому в правую часть формулы (15-1-2) вводят поправочный коэффициент, Если обозначить этот коэффициент через $, то (15-1-3) Коэффициент $, определяемый посредством градуировки, рвали» чен для разных конструкций трубок. Формула (15-1-2) получена в предположении, что жидкость песжимаема н применима для капельных жидкостей и для газа прн небольших скоростях (М = п)а с 0,2, здесь а — скорость звука в данной среде). При более высоких скоростях среды, но не превышающих скорости звука, о определяется по формуле ~ = !/ 2та < 1(~) — 1~. (1 5-1-4) 15-2. Устройство напорных трубок Из числа существую1цих напорных трубок широко применяется как в лабораторных, так н в промышленных условиях дифференпнальная трубка Пито с полусферической головкой наконечника, снабженная державкой (рис.
15-2-1). В этой трубке полное давление потока передается через отверстие на лобовом конце наконечника трубки, статическое — через узкую прерывистую щель на поверхности наконечника. По каналам в теле цилиндрического наконечника и в державке трубки давления передаются к прибору, измеряющему разность р„— р,. На рис. 15-2-1 приведены также кривые, характеризующие распределение давлений по по- хб дб Юд д2 верхности наконечника (цилиндрического участка) трубки с Рис. 15-2-1. дифференциальная трубка учетом влияния, оказываемого 11ито.
державкой (трубка, перпенднкуляраая к наконечнику). На оси 2(р- ре) ординат отложено отношение "', где р — давление в данрее ной точке поверхности наконечника трубки; р, — статическое давление в невозмущенном потоке. е Вывод уравнения (15-1-4) сн. в 173!. где Т вЂ” термодинамическая температура газа, определяемая по формуле (6-5-10); 14 — газовая постоянная; А = с„,lс, — отношение теплоемкосгей газа при постоянном давлении и при постоянном объеме. на оси абсцисс отложено отношение 11с1, здесь 1 — Расстоание данной точки поверхности наконечника трубки от начала координат; й — наружный диаметр наконечника трубки.
Кривая 1 характеризует распределение давлений вдоль образующей наконечника трубки без учета влияния, оказываемого державкой. Кривая 2 характеризует распределение давлений, обусловленных влиянием державки. В лобовой точке наконечника, называемой критической, 2 1р — рс) =1, что и обусловливает выполнение отверстия в этой точке для измерения полного давления.
На поверхности наконечника трубки имеется область, отвечающая отношению И1 = 3, для которой с достаточной степенью приближения можно принять р = од = Рм Это ЯвлЯетсЯ обоснованием р к выбору места щели на поверх- У. Ю + г -грр ,р рерр. йрг лрр кэг рр+ йрр Рис, 15-2-2. Влияпие стклоисиия напорной трубки иа р„, Рс и Рл. Рис. 15-2-3. Возмспкиая погрепь ность при определении средней скорости в зависимости от о~Р. ности наконечника трубки для измерения статического давления.
Для измерения статического давления на поверхности цилиндрического участка трубки иногда вместо щели делают отверспш. При изготовлении дифференциальной трубки необходимо строго соблюдать форму и размеры, приведенные на рис. 15-2-1. оо Для дифференциальных трубок при Ке„= — — ~700 поправочный коэффициент й близок к единице в пределах около 1%. При .тел ( 700 коэффициентов й быстро падает и при Кел — — 300 отличается от единицы примерно иа 6% 1731. Особенностью напорной трубки является ее нечувствительность к малым отклонениям оси наконечника от направления набегающего потока. На рис. 15-2-2 показано изменение полного, статического и динамического давлений, воспринимаемых трубкой прн изменении угла сс между осью наконечника и направлением потока.
"1з графиков видно, что при малых углах отклонения оси накоиечэика трубки от направления потока полное и статическое давления азменяются почти одинаково, так что их разность (динамическое давление р,) остается практически постоянной вплоть до значений угла а = 16'. При применении дифференциальной трубки необходимо учитывать, что трубка с большим диаметром д наконечника может вызвать изменение распределения скоростей в потоке в том месте, где производится измерение. На рис. 15-2-3 представлен график, построенный по данным Никурадзе, дающий представление о возможных значениях относительной погрешности измерения средней скорости потока в трубах при помощи трубки в зависимости от отношения диаметра наконечника трубки и' к диаметру трубы //. Поскольку дифференциальную трубку малых размеров достаточно точно изготовить затруднительно, то для измерения скоростей в трубах небольшого диаметра, а также в пограничных слоях применяют трубки Пито (рис.
15-1-Ц с диаметром наконечника 0,5 — 1 мм. В этом случае статическое давление измеряют через отверстие в стенке труб. При определении скорости от 5 до 25 и/с измеряемое динамическое давление с помощью трубок невелико, например, для потока воздуха, находящегося под давлением, близком к атмосферному, лежит в пределах от 1,6 до 40 кгс/м' (16 — 400 Па). Вследствие трудностей, встречающихся при измерении малых скоростей газового потока с помощью напорных трубок и жидкостных манометров, для этой цели применяют также другие приборы — анемометры и термоанемометры. Наряду с описанными выше нормальными трубками широко применяют для измерения скоростей в потоках напорные трубки и других конструкций (59, 741.
15-3. Определение средней скорости потока и расхода Скорость потока в различных точках его сечения неодинакова. В трубопроводе она достигает максимального значения в центральной части сечения и уменьшается по направлению к стенкам. Для определения расхода необходимо знать среднюю скорость потока, т. е. скорость, которая, будучи умножена на площадь сечения трубопровода и плотность измеряемой среды, дает количество вещества, протекающего через трубопровод в единицу времени. Скорость, измеренная с помошью напорной трубки, соответствует местной скорости потока в той точке, где установлена трубка.
Поэтому для определения средней скорости потока сечения трубопровода разбивают на п участков с равными площадями и измеряют скорость в определенной точке каждого участка. При этом приблизительно принимают, что во всех точках участка скорость постоянна и равна измеряемой. Обозначая скорости на каждом участке через ио им ..., и„ (м/с), соответствующие им динамические давления через Лро Лрм ...,Лр„(Па), площадь сечения трубопровода при рабочей температуре ного элемента (тела), зависящего от расхода среды и приводящего одновременно к изменению площади проходного отверстия расходомера таким образом, что разность давлений на чувствительный элемент (перепад давления) остается практически постоянной.
Противодействующей силой в расходомерах этого вида является сила тяжести чувствительного элемента, выполняемого в виде поплавка илн поршня. К приборам постоянного перепада давления относятся рота- метры, поршневые и поплавковые расходомеры. Ротаметры, широко применяемые в лабораторных и промышленных условиях, предназначены для измерения плавно меняющегося объемного расхода однородных потоков чистых и слабо- загрязненных жидкостей и газов с днсперсными включениями инородных частиц (ГОСТ 13045-67). Они применяются также в качестве индикаторов расхода среды в газоапалпзаторах и других приборах. На ТЭС ротаметры в качестве расходомеров не применяются.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
