Работа 6. Измерение и исследование депрессии вентиляционного участка

 

Цель работы: освоить опыт использования уравнения Бернулли для решения конкретных задач, закрепить навыки работы с измерительными приборами и обработки результатов измерений, ознакомиться с производством депрессионных съемок.

 

Общие сведения

 

В соответствии с формулой (8) уравнение Бернулли для любого участка модели между точками замера m и n (по ходу струи) может быть записано в виде:

 

h _{cоп р m-n} = h _{ст m-n}+ h _{ск m-n} (29)

 

где: h _{cопр m-n} -депрессия участка m-n, характеризующая потери давления (расход энергии) на преодоление сопротивления движению воздуха от пункта m к пункту n; h _{ст m-n}- статическая депрессия (разность статических давлений), создаваемая работой вентилятора между пунктами m и n модели; h _{ск m-n} -скоростная депрессия (разность скоростных давлений) между пунктами m и n.

В соответствии с формулой (7)

 

h _{ск m-n} = (v _m² - v _n² ) γ / 2g (30)

 

Уравнение (29) показывает, что депрессия участка h _cопр равна алгебраической сумме статической h _ст и скоростной h _ск депрессий на этом участке. Статическая депрессия характеризует изменение энергии давления, а скоростная – изменение энергии движения воздушного потока на исследуемом участке.

Таким образом, для того, чтобы установить величину депрессии h _cопр, расходуемой на преодоление сопротивление движения воздуха на каком-либо участке модели, нужно измерить статическую депрессию и среднюю скорость движения воздуха на этом участке. Статическая депрессия измеряется с помощью микроманометра или депрессиометра, а средняя скорость движения воздуха в любом сечении модели определяется по формуле (28).

 

 

Рис. 9. Схемы измерения статической депрессии участка в горной выработке (1 – трубка Пито, 2 – микроманометр, 3 – резиновые шланги)

На этих принципах основаны и депрессионные съемки в шахтах и рудниках.

Для измерения статической депрессии в реальной сети горных выработок применяют барометры различных конструкций и микроманометры.

В первом случае в определенных пунктах сети выработок по направлению движения воздушной струи барометром измеряют величину статического давления p _{ст i} . Разность давления в пунктах замера определяет статическую депрессию между этими пунктами; при этом учитывают поправки на разность высотных отметок и колебания величины атмосферного давления.

Во втором случае статическую депрессию между пунктами замера измеряют с помощью микроманометра и воздухомерных трубок (рис.9). При этом резервуар микроманометра с помощью резинового шланга подключают к штуцеру «-» трубки Пито, расположенной в сечении m-m, а измерительная трубка микроманометра – к штуцеру «-» трубки Пито, расположенной в сечении n-n.

Среднюю скорость движения воздуха в пунктах замера определяют с помощью анемометров, трубок Пито или специальных датчиков.

 

План работы

 

1. Вспомните основы аэромеханики, устройство аэродинамической установки, приборов и технику измерений.
2. Подготовьте табл. 3.

3. Исследуйте верхнюю ветвь модели при открытом шибере 1 и полностью закрытом шибере 2 (точки замера 0, 1, 2, 3, 4, 8), выполнив перечисленные ниже действия.

3.1. Измерьте микроманометром статическую депрессию на каждом участке: h _{ст 0-1} , h _{ст 1-2} , h _{ст 2-3} , h _{ст 3-4} , h _{ст 4-8} .

3.2. Выполните эти же измерения нарастающим итогом: h _{ст 0-1} , h _{ст 0-2} , h _{ст 0-3} , h _{ст 0-4} , h _{ст 0-8} .

Контроль правильности измерений: h _{ст 0-2} = h _{ст 0-1 +} h _{ст 1-2} ;

…………………………………………..

h _{ст 0-8} = h _{ст 0-1 +} h _{ст 1-2} + h _{ст 2-3} + h _{ст 3-4} + h _{ст 4-8} .

 

Исходные данные и результаты измерений занесите в табл.3.

3.3. Определите расход воздуха в исследуемой ветви. Так как шибер 2 полностью закрыт, то весь воздух, поступающий в коллектор, движется по верхней ветви модели. Поэтому расход воздуха будет одинаковым на каждом участке, а величина его определяется через скорость движения воздуха в коллекторе v₁ по формулам (22) и (23).

3.4. По формуле (28) определите среднюю скорость v_i движения воздуха в сечениях пунктов замера (0, 1, 2, 3, 4, 8).

3.5. По формуле (30) определите величину и знак скоростной депрессии h_ск на каждом из исследуемых участков модели.

3.6. По формуле (29) определите депрессию h_сопр на каждом из исследуемых участков.

3.7. Результаты замеров и расчетов сведите в табл.9.

Таблица 9

Ветвь модели	Расход воздуха в ней Q, м3/с	Пункты замера	Средняя скорость движения воздуха vi , м/c в пункте замера	Участок модели	Величина депрессии участка, мм вод. ст.
h ст	h ск	h сопр
Верхняя				0-1 1-2 2-3 3-4 4-8
0-2 0-3 0-4 0-8
Нижняя				0-1 1-5 5-6 6-8
0-5 0-6 0-8

Примечание: в графе h_ск указывается величина и знак скоростной депрессии.

 

Рис. 10. Депрессиограммы верхней (В) и нижней (Н) ветвей модели

4. Исследуйте нижнюю ветвь модели при открытом шибере 2 и полностью закрытом шибере 1. Для этого нужно выполнить те же замеры, расчеты и действия, что и в пункте 3, но для точек 0, 1, 5, 6, 8.

5. Результаты замеров депрессии h _{сопр 0-i} по обеим ветвям модели изобразите графически (рис.10) и проанализируйте графики (по оси ординат откладываются значения депрессии, а по оси абсцисс – расстояния i-ой точки от входа в коллектор модели). Значения этого расстояния L o-i приведены в табл.10.

6. Оформите и защитите отчет.

Таблица 10

Ветвь модели	Номер точки замера	Расстояние точки от входа в коллектор L, м
Верхняя		0, 03 0, 27 0, 86 1, 46 2, 33
Нижняя		0, 03 0, 69 1, 29 1, 99

 

Контрольные вопросы

 

1. Что выражает депрессия участка?

2. Из каких слагаемых состоит энергия потока воздуха на любом участке?

3. На что расходуется энергия потока на участке 0-1, на участке 1-2, 2-3, 3-4, 4-8, 1-5, 5-6, 6-8?

4. На каком участке и почему депрессия h _сопр , больше: 2-3 или 3-4, 2-3 или 4-8?

5. Объясните знак h _{с к} на каждом из исследуемых участков модели.

6. Объясните, почему величина депрессии h _сопр на одних участках модели больше h _{с т}, а на других меньше h _{с т}?

7. На каких участках модели и почему величина h _сопр = h _{с т}?

8. На каком участке и почему депрессия h _сопр больше: 0-3 или 0-5?

9. Почему на любом из участков 0-i модели величина h _сопр < h _{с т}?

10. В какой ветви модели расход воздуха больше и почему?

11. Депрессия h _{сопр 0-8} больше при движении воздуха по верхней или по нижней ветви модели? Почему?

12. Как определить величину статического давления в любой из измерительных точек модели?

13. Как измерить статическую депрессию какого-либо участка реальной горной выработки и депрессию, расходуемую на преодоление сопротивления движению воздуха?

14. Как изменятся показания микроманометра на рис.9, если его присоединить не к «минусовым», а к «плюсовым» концам обеих трубок Пито?