實驗二風(fēng)流點壓力和通風(fēng)阻力測定2011

實驗二風(fēng)流點壓力和通風(fēng)阻力測定[實驗?zāi)康腯1.學(xué)會測定在不同通風(fēng)方式下風(fēng)流點的壓力，即全壓、靜壓和速壓，并分析其相互關(guān)系。2.學(xué)會測算風(fēng)道通風(fēng)阻力的方法。3.掌握測算風(fēng)道平均風(fēng)速和風(fēng)量的方法。4.熟悉壓差計、皮托管等儀器設(shè)備的原理、構(gòu)造和使用方法。

[儀器與設(shè)備]通風(fēng)實驗管網(wǎng)裝置、各類壓差計、皮托管、三通管等。

[內(nèi)容]風(fēng)流點壓力測定風(fēng)道通風(fēng)阻力測定風(fēng)道平均風(fēng)速及風(fēng)量計算一、風(fēng)流點壓力測定根據(jù)不可壓縮流體的能量方程，通風(fēng)管道中任意斷面的風(fēng)流總機(jī)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(zhǔn)的壓力稱絕對壓力，以當(dāng)?shù)卮髿鈮毫閰⒖蓟鶞?zhǔn)的壓力稱相對壓力。按此定義，風(fēng)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(fēng)流速度而產(chǎn)生，而風(fēng)流速度具有方向性，故動壓也有方向性，其方向與風(fēng)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(fēng)流點壓力特點及其相互關(guān)系在絕對壓力概念中，無論是抽出式還是壓入式通風(fēng)，其絕對全壓均可用下式表示：Pti=pi+hvi式中pti—風(fēng)流中i點的絕對全壓，Pa；pi—風(fēng)流中i點的絕對靜壓，Pa；hvi—風(fēng)流中i點的動壓，Pa。風(fēng)流質(zhì)點的絕對全壓與絕對靜壓關(guān)系相對壓力與通風(fēng)方式有關(guān)，風(fēng)流點壓力的相互關(guān)系如下：壓入式（正壓）通風(fēng)hti=hi+hvi

(1)

抽出式（負(fù)壓）通風(fēng)hti=hi

–hvi

(2)

式中hti

—風(fēng)流中i點的相對全壓，Pa；hi—風(fēng)流中i點的相對靜壓，Pa；

hvi—風(fēng)流中i點的動壓，Pa。風(fēng)流質(zhì)點的相對全壓與相對靜壓關(guān)系1.皮托管原理及動壓測量風(fēng)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(zhǔn)風(fēng)流，頭部中心處小孔（全壓孔）感受風(fēng)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(fēng)流的動壓值。2.相對靜壓測量壓入式通風(fēng)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(fēng)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(fù)。

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(fēng)流點壓力之間的相互關(guān)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(jìn)，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(yīng)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(fēng)速）時，皮托管頭部全壓孔應(yīng)正對風(fēng)流方向，靜壓孔應(yīng)與來流方向垂直。示值不穩(wěn)定時，應(yīng)讀取平均值。皮托管結(jié)構(gòu)簡單，用途廣。如飛機(jī)頭部或機(jī)翼前緣常裝設(shè)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(bǔ)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(biāo)刻度尺構(gòu)成。當(dāng)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(biāo)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(zhǔn)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(biāo)；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(zhǔn)備——注入工作液1）首先選擇符合儀器規(guī)定比重的標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)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(dāng)位置，旋開加液蓋4，緩緩注入預(yù)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(yīng)反復(fù)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(zhǔn)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(yīng)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(zhǔn)“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(bǔ)償微壓計YJB-2500補(bǔ)償微壓計由微調(diào)部分、水準(zhǔn)部分、反光鏡部分及外殼部分組成。補(bǔ)償微壓計的結(jié)構(gòu)和原理補(bǔ)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(dāng)容器1的液面和水準(zhǔn)尖7處于同一水平時，從反射鏡6中就可以看到水準(zhǔn)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(zhǔn)尖高出液面，反射鏡中的水準(zhǔn)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(zhǔn)尖正倒影像又恰好相接，即容器1的液面又和水準(zhǔn)尖7處于同一水平。容器2的垂直移動距離(從標(biāo)尺和讀數(shù)盤讀出)，也就是兩液面所受的壓力差。二、通風(fēng)阻力測定風(fēng)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(fēng)管道，其摩擦阻力為：

L—風(fēng)道長度，m；U—風(fēng)道周長，m；S—風(fēng)道斷面積，m2；Q—風(fēng)量，m3/S。式中—摩擦阻力系數(shù)，；當(dāng)風(fēng)流流過風(fēng)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(fēng)道通風(fēng)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(fēng)阻力。。三、平均風(fēng)速測定與風(fēng)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(fēng)速分布是不均勻的。在貼近壁面存在層流運(yùn)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(fēng)速逐漸增大，呈拋物線分布，如圖示。圖1紊流中的風(fēng)速分布風(fēng)道過流斷面平均風(fēng)速與風(fēng)量設(shè)斷面上任一點風(fēng)速為vi，則巷道斷面的平均風(fēng)速v為：式中S——過流斷面積，m2；Q——風(fēng)道過流風(fēng)量，m3/s。則風(fēng)量為：[實驗方法]在實驗巷道系統(tǒng)中選擇一段較長的直風(fēng)道，其中風(fēng)流呈均勻流狀態(tài)。在風(fēng)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(fēng)速場測定的測點布置采用皮托管壓差計法測定風(fēng)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(fēng)速為：m/s

然后計算出斷面的平均風(fēng)速為：

m/s由此可確定風(fēng)量Q=S×ν通風(fēng)管道的風(fēng)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(dāng)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(dāng)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(fēng)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(dāng)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(fēng)速vi/m·s-1測點編號測點風(fēng)速vi/m·s-1測點編號測點風(fēng)速vi/m·s-1111212122231323414245152561626717278182891929102030最大風(fēng)速vmax/m·s-1平均風(fēng)速v/m·s-1風(fēng)速場系數(shù)Kv=V/Vmax測量斷面上各測點風(fēng)速計算表通風(fēng)方式壓入式抽出式h靜/Pah速（Pa）h全（Pa）檢驗點壓力關(guān)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