實驗二風流點壓力和通風阻力測定2011

實驗二風流點壓力和通風阻力測定[實驗目的]1.學會測定在不同通風方式下風流點的壓力，即全壓、靜壓和速壓，并分析其相互關系。2.學會測算風道通風阻力的方法。3.掌握測算風道平均風速和風量的方法。4.熟悉壓差計、皮托管等儀器設備的原理、構(gòu)造和使用方法。

[儀器與設備]通風實驗管網(wǎng)裝置、各類壓差計、皮托管、三通管等。

[內(nèi)容]風流點壓力測定風道通風阻力測定風道平均風速及風量計算一、風流點壓力測定根據(jù)不可壓縮流體的能量方程，通風管道中任意斷面的風流總機械能都等于靜壓能、位能和動能之和（J/m3）。單位體積的流體所具有的能量等于單位面積上作用的壓力，簡稱壓力，單位為Pa(N/m2)。絕對壓力和相對壓力。以真空為參考基準的壓力稱絕對壓力，以當?shù)卮髿鈮毫閰⒖蓟鶞实膲毫ΨQ相對壓力。按此定義，風流中某點i的靜壓有絕對靜壓（pi）和相對靜壓（hi）兩種；全壓也有絕對全壓（pti）和相對全壓（hti）之分。靜壓作用在各個方向，故靜壓無方向性。動壓因風流速度而產(chǎn)生，而風流速度具有方向性，故動壓也有方向性，其方向與風流方向一致。動壓無絕對和相對之分。靜壓與動壓之和稱為全壓。全壓是由靜壓和速壓共同作用產(chǎn)生的，故全壓與速壓的方向相同。風流點壓力特點及其相互關系在絕對壓力概念中，無論是抽出式還是壓入式通風，其絕對全壓均可用下式表示：Pti=pi+hvi式中pti—風流中i點的絕對全壓，Pa；pi—風流中i點的絕對靜壓，Pa；hvi—風流中i點的動壓，Pa。風流質(zhì)點的絕對全壓與絕對靜壓關系相對壓力與通風方式有關，風流點壓力的相互關系如下：壓入式（正壓）通風hti=hi+hvi

(1)

抽出式（負壓）通風hti=hi

–hvi

(2)

式中hti

—風流中i點的相對全壓，Pa；hi—風流中i點的相對靜壓，Pa；

hvi—風流中i點的動壓，Pa。風流質(zhì)點的相對全壓與相對靜壓關系1.皮托管原理及動壓測量風流中某點的動壓可以用皮托管和壓差計來測量。皮托管的頭部為半球形，后為一雙層套管。測量時頭部對準風流，頭部中心處小孔（全壓孔）感受風流全壓pt，經(jīng)內(nèi)管傳送至壓差計一端。頭部后約3～8D處的外套管壁上均勻地開有一排孔（靜壓孔），感受來流靜壓p，經(jīng)外套管傳至壓差計另一端。由壓差計讀出皮托管兩端口的壓力差，即為風流的動壓值。2.相對靜壓測量壓入式通風時，U型壓差計左側(cè)液面受到的壓力大于大氣壓力，相對靜壓為正；抽出式通風時，U型壓差計左側(cè)液面受到的壓力小于大氣壓力，相對靜壓為負。

3.相對全壓測量相對全壓測量與相對靜壓測量相似。只是將皮托管的全壓管接頭“+”接到U型壓差計一端，而U型壓差計的另一端開口連通大氣，如圖。4.風流點壓力之間的相互關系皮托管使用注意事項皮托管是1730年由享利·畢托(HenriPitot)首創(chuàng)，經(jīng)200多年來的改進，目前已有幾十種型式。皮托管因制造精度等原因產(chǎn)生的誤差，測算流速時應加一個修正系數(shù)校正，一般在0.98～1.05范圍內(nèi)，刻在皮托管尾部附近。測量動壓（風速）時，皮托管頭部全壓孔應正對風流方向，靜壓孔應與來流方向垂直。示值不穩(wěn)定時，應讀取平均值。皮托管結(jié)構(gòu)簡單，用途廣。如飛機頭部或機翼前緣常裝設皮托管測量飛行速度，又稱空速管。各類壓差計構(gòu)造及工作原理壓差計是測量相對壓力或不同壓力之差的儀器。按其結(jié)構(gòu)可分為U形壓差計、單管傾斜壓差計和補償式微壓差計等。U型壓差計單管傾斜壓差計U形壓差計的構(gòu)造及原理由一只盛有一半高度蒸餾水且兩端開口、3~5mm內(nèi)徑的U型玻璃管和外標刻度尺構(gòu)成。當兩端接入不同壓力時，則可顯示出壓差值。U型壓差計的高度決定了其量程范圍，分辨率一般為1mmH2O。(10Pa)單管傾斜壓差計的測量原理單管壓差計大都由一個圓柱形容器1和一個可以調(diào)節(jié)其傾角且有內(nèi)標刻度尺的玻璃測壓管2組成。測量兩點間的壓差或相對壓力時，將較大的壓力P1接到容器1的接管上，較小的壓力P2接到測壓管2上，則兩點的壓差為ΔP=P1-P2=(h1+h2)ρg。單管傾斜壓差計的構(gòu)造YYT—200型單管傾斜壓差計結(jié)構(gòu)如圖所示。1—底座；2—水準指示器；3—弧形支架；4—加液蓋；5—零位調(diào)整旋鈕；6—三通閥門柄；7—游標；8—傾斜測壓管；9—調(diào)平螺釘；10—大容器11—插管接頭單管傾斜壓差計的操作使用儀器準備——注入工作液1）首先選擇符合儀器規(guī)定比重的標準工作液，如果工作液比重與儀器規(guī)定的比重不同，則測量數(shù)據(jù)需進行比重校正。2）將零位調(diào)整器4旋轉(zhuǎn)升降至中間高度，測壓管固定在弧形支架的適當位置，旋開加液蓋4，緩緩注入預先配置好的密度為0.81kg/m3的工作液，直到液面位于傾斜測壓管的“0”刻度線附近，然后旋緊加液蓋，再用膠皮管將多向閥門11中間的接頭與傾斜測量管的上端連通。將三通閥門柄6撥在儀器的“測壓”位置，用嘴輕輕從“+”端吹氣，使酒精液面沿測壓管緩慢上升，察看液柱內(nèi)有無氣泡，如有氣泡，應反復吹吸多次，直至氣泡消除為止。單管傾斜壓差計調(diào)零首先調(diào)整儀器底座上的兩個調(diào)平螺釘9，觀察水準指示器內(nèi)的氣泡是否居中，使儀器處于水平。根據(jù)待測壓差的大小，將傾斜測壓管固定在弧形支架相應的位置上，然后順時針轉(zhuǎn)動三通閥門柄6到“校正”位置，使大容器和傾斜測壓管分別與“+”接頭和“-”接頭隔斷，而與大氣相通。旋動零位調(diào)整旋鈕5，使測壓管的酒精液面對準“0”刻度線。測壓時操作用橡皮管把較大的壓力接引到“＋”接管，較小的壓力接引到“－”接管。逆時針轉(zhuǎn)動控制閥手動桿到“測壓”位置，此時，“＋”接管與大容器相通，“－”接管與測壓管相通，如圖所示。讀取測壓管上液面的示值乘以弧形支架的K值，即為所測壓力。如果因為待測壓力變化，需要改變測壓管傾斜角度時，最好重新對零。補償微壓計YJB-2500補償微壓計由微調(diào)部分、水準部分、反光鏡部分及外殼部分組成。補償微壓計的結(jié)構(gòu)和原理補償式微壓計有大小兩個容器2與1，下部用橡皮管9連通。容器2可隨讀數(shù)盤3的轉(zhuǎn)動而上下移動，以調(diào)節(jié)兩容器內(nèi)的液面高差。當容器1的液面和水準尖7處于同一水平時，從反射鏡6中就可以看到水準尖正倒兩個影像的尖端恰好相接，如圖示。測壓時，容器1受到較大的壓力作用而液面下降，水準尖高出液面，反射鏡中的水準尖正倒影像重疊。這時轉(zhuǎn)動讀數(shù)盤將容器2升高，直到水準尖正倒影像又恰好相接，即容器1的液面又和水準尖7處于同一水平。容器2的垂直移動距離(從標尺和讀數(shù)盤讀出)，也就是兩液面所受的壓力差。二、通風阻力測定風流在井巷中作均勻流動時，由于流體層間和流體與井巷壁面之間的摩擦而產(chǎn)生的阻力稱作摩擦阻力（沿程阻力）。對于直通風管道，其摩擦阻力為：

L—風道長度，m；U—風道周長，m；S—風道斷面積，m2；Q—風量，m3/S。式中—摩擦阻力系數(shù)，；當風流流過風道（1-2）段時，為了克服阻力而消耗的能量為：本實驗的具體條件是：管道水平放置，兩測點之間管道斷面相等且沒有局部阻力，所以兩點間的位壓差、速壓差均為零，于是：

水平風道通風阻力測定由圖可知，用1臺壓差計測定1-2斷面間的靜壓差，從而得到管道1-2段之間的通風阻力。。三、平均風速測定與風量計算由于空氣的粘性和巷道壁面摩擦影響，巷道斷面上風速分布是不均勻的。在貼近壁面存在層流運動薄層，其厚度隨雷諾數(shù)Re的增加而變薄，在層流邊層以外，從巷道壁面向巷道軸心方向，風速逐漸增大，呈拋物線分布，如圖示。圖1紊流中的風速分布風道過流斷面平均風速與風量設斷面上任一點風速為vi，則巷道斷面的平均風速v為：式中S——過流斷面積，m2；Q——風道過流風量，m3/s。則風量為：[實驗方法]在實驗巷道系統(tǒng)中選擇一段較長的直風道，其中風流呈均勻流狀態(tài)。在風道斷面上采用等面積網(wǎng)格劃分法，在每個網(wǎng)格幾何中心布置測點，如圖2所示。其中半圓拱斷面布置28個測速點，矩形斷面布置30個測速點。在測量斷面的底部或頂部均勻布置了一排6個測孔，不測時用橡膠圈密封。矩形斷面半圓拱斷面圖2巷道斷面風速場測定的測點布置采用皮托管壓差計法測定風速分布。即通過測定空氣密度和每個測點的動壓hvi，求出n個網(wǎng)格中心點的風速為：m/s

然后計算出斷面的平均風速為：

m/s由此可確定風量Q=S×ν通風管道的風阻與摩擦阻力系數(shù)測算實驗管路的斷面形狀為半圓拱或矩形，如圖2所示。半圓拱巷道：斷面積S=0.065325m2，周長U=0.971m，當量直徑d=0.2691m。網(wǎng)格劃分總數(shù)n=28個，絕大多數(shù)網(wǎng)格面積Si=0.00255m2。矩形巷道：斷面積S=0.075m2，周長U=1.1m，當量直徑d=0.2727m。網(wǎng)格劃分總數(shù)n=30個，網(wǎng)格面積Si=0.00255m2測段風道長度LA-B=10.18m，空氣密度ρ可參照實驗一的結(jié)果計算。[實驗基本參數(shù)]干球溫度/℃濕球溫度/℃大氣壓力/Pa空氣密度/kg·m-3實驗地點當時的空氣物理參數(shù)測定記錄注：采用實驗一中的空氣密度測定數(shù)據(jù)[實驗數(shù)據(jù)記錄]測點編號測點動壓讀數(shù)hv/mmH2O測點編號測點動壓讀數(shù)hv/mmH2O測點編號測點動壓讀數(shù)hv/mmH2O111212122231323414245152561626717278182891929102030測量斷面上各測點速壓測定記錄測點編號測點風速vi/m·s-1測點編號測點風速vi/m·s-1測點編號測點風速vi/m·s-1111212122231323414245152561626717278182891929102030最大風速vmax/m·s-1平均風速v/m·s-1風速場系數(shù)Kv=V/Vmax測量斷面上各測點風速計算表通風方式壓入式抽出式h靜/Pah速（Pa）h全（Pa）檢驗點壓力關系式表1點壓力測定結(jié)果表2摩擦阻力參數(shù)計算結(jié)果hfr（Pa）Q（m3