РОЗДІЛ 2
ДОСЛІДНІ УСТАНОВКИ, МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕННЯ ДОСЛІДІВ
І ОБРОБКИ РЕЗУЛЬТАТІВ, ОЦІНКА ОЧІКУВАНИХ ПОХИБОК
Експериментальні дослідження проведено згідно із поставленими у попередньому розділі задачами (рис. 2.1).
2.1 Дослідна установка 1. Повітроводяні потоки - втрати тиску вздовж труби, у місцевих опорах (діафрагмах), взаємний вплив місцевих опорів
2.1.1. Дослідна установка. Для дослідження втрат тиску по довжині труби, у місцевих опорах та взаємного впливу місцевих опорів при течії одно- та двофазних потоків створено дослідну установку (рис. 2.2), в якій в якості місцевого опору обрано діафрагму.
Діаметри отворів діафрагм d0 обираються із розрахунку можливості досягнення у їх перерізі швидкості звуку d0 = 5 мм та створення дозвукового потоку d0 = 8 мм під час руху водоповітряної суміші.
Товщина діафрагм 2 мм, згідно [157] такі діафрагми є нестандартними. Тому виникла необхідність дослідити її опір під час руху однофазного потоку, щоб визначити коефіцієнт опору ?оф.
У схему установки входять: тарувальні баки 2 із рівнеміром 12, насоси 1, компресор 4, ротаметри 5, змішувач 6, місцеві опори (діафрагми) 10, запірні пристрої 7 та 8, манометри 3 та 9 (рис. 2.3) [158].
Усі елементи з'єднані між собою системою трубопроводів. З'єднувальні трубопроводи на випробувальній ділянці виконані із водогазопровідної труби внутрішнім діаметром d = 15,6 мм.
Враховуючи рекомендації [93], діафрагма встановлена на відстані 100d від найближчого місцевого опору. Для забезпечення співвісі трубопроводу та діафрагми, остання була змонтована за допомогою фланцевого з'єднання (рис.2.4).
Рух потоків у дослідній установці відбувається наступним чином. Вода із баку 2 насосом 1 подається у систему трубопроводів і, подолавши місцевий опір 10, повертається до баку 2?. В процесі досліджень двофазних середовищ до потоку води у змішувачі 6, який являє собою трубу із круглими отворами, підмішується повітря, що подається компресором 4. Після змішування суміш рухається по системі трубопроводів, долаючи місцевий опір 10, зливається у бак 2?.
Витрата рідини визначається об'ємним методом за перепадом рівня на рівнемірі 12 у баці 2. Ціна поділки рівнеміра 1 мм. Витрата повітря визначається за допомогою ротаметрів РМ-04 та РМ-4. Тиск водоповітряної суміші вимірюється за допомогою зразкових манометрів класу точності 0,4 та п'єзометру з ціною поділки 1 мм.
Експериментальне визначення коефіцієнту гідравлічного тертя виконувалось під час руху води та водоповітряної суміші експериментальною ділянкою, при цьому діафрагма була замінена на шайбу, внутрішній діаметр якої відповідав внутрішньому діаметру досліджуваного трубопроводу (d =15,6 мм). Довжина випробувальної ділянки складала L = 1,95...2,7 м.
Під час дослідження взаємного впливу місцевих опорів одна діафрагма 10 замінювалась на дві послідовно встановлені діафрагми однакового діаметру отвору, які встановлені на початку і на кінці горизонтальної ділянки трубопроводу довжиною L1 = 0,075 м, L2 = 0,15 м, L3 = 0,45 м, L4 = 0,75 м (рис. 2.5). Приєднання даних ділянок до експериментальної установки здійснювалось за допомогою фланцевих з'єднань (рис. 2.4).
2.1.2. Методика проведення дослідів. Під час налагоджувальних та попередніх дослідів проводились: тарування мірних баків 2, перевірка усіх манометрів, експериментальне визначення коефіцієнту гідравлічного тертя ?of під час руху води. Досліди проводились за умови усталеності режиму руху рідини або суміші. Показником стаціонарності вважається зміна показання манометрів не більше 1 кПа за час проведення досліду. Для забезпечення точності результатів, під час дослідження проводились по 5 повторних дослідів.
В процесі проведення налагоджувальних дослідів виявлено суттєвий вплив струмини на показники манометрів перед та після діафрагми і вплив пульсації потоку на покази усіх манометрів. Коливання показників манометра на вході у систему відбувалось у межах ? 2...2,5 поділки, а п'єзометра ? 50...150 мм, що вносило суттєві похибки у визначення перепаду тиску в елементах системи. Для запобігання впливу струмини на показники відбори статичного тиску проводились за 90 діаметрів до діафрагми Р3 та за 40 діаметрів після діафрагми Р5 . Для запобігання впливу пульсацій на показники манометрів та п'єзометру у штуцер для під'єднання вказаних пристроїв були вкручені шайби із діаметром отвору 0,5 мм, що дозволило суттєво зменшити коливання показників манометра до ? 0...0,5 поділки, а п'єзометра - до ? 0...20 мм.
Під час проведення дослідів встановлювались необхідні витрати води і повітря та співвідношення між ними, а також вимірювались такі параметри:
* тиск води на початку випробувальної ділянки, перед діафрагмою, після діафрагми, після двох діафрагм;
* тиск повітря перед сумішоутворенням;
* тиск водоповітряної суміші на початку випробувальної ділянки, перед діафрагмою, після діафрагми, після двох діафрагм;
* витрата води ;
* витрата повітря ;
* час проведення досліду.
2.1.3. Методика обробки дослідних даних. Обробка експериментальних даних, отриманих в процесі дослідження втрат тиску на тертя під час руху водяного потоку, виконувалась за формулою Дарсі-Вейсбаха [159]. На основі даного рівняння коефіцієнт гідравлічного тертя
, (2.1)
де - швидкість руху води на ділянці, м/с.
Втрати тиску на тертя в процесі дослідження руху водоповітряного потоку визначались як різниця між заміряними загальними втратами статичного тиску та розрахунковими втратами тиску на прискорення в рамках рівняння збереження енергії та імпульсів .
Розрахункові втрати тиску на прискорення визначались за залежністю
, (2.2)
де х2 ? х1 = х - витратний масовий газовміст
, (2.3)
де = f(Pпов) - об'ємна витрата повітря, м3/с;
?n?? = f(Pпов) - густина повітря, кг/м3;
Pпов - ти