Методыизмерения скорости движения

Имеются следующие методы измерения скорости движения потоков гидкостей и газов:

1. Механический метод, в основе котрого лежит механическое воздействие потока на приемный элемент прибора. На этом принципе работают чашечные и крыльчатые анемоменры, вертушки и т.л.. Приборы этого типа используются для измерения скорости движения газов и жидкостей в каналах большого диаметра. Диаметр канала должен быть на порядок больше диаметра анемометра. Точность метода не превышает 3-5 %.

2. Пневматический метод, при котором скорость потока определяется по измеренному давлению в нем. В этом случае применяются разнообразные насадки, вводимые в поток.

3. Кинематический метод, основанный на определении скорости движения частиц, помещенных в поток. В качестве индикаторов служат частицы, например оксида алюминия или других материалов, диаметром в несколько микрометров.

4. Акустический метод, при котором скорость потока определяется по закономерностям распространения скорости звука в потоке.

5. Тепловые методы, регистрирующие скорость потока по количеству теплоты, снимаемой потоком с нагреваемого элемента.

Каждый из перечисленных методов применяется при определенных условиях. Так, акустический метод наиболее эффективен при исследовании сверхзвуковых потоков, тепловые методы – при измерении малых скоростей, кинематические методы – при измерении закономерностей течения потока в пограничном слое.

Наиболее распространенным методом при исследовании до и сверхзвуковых потоков в лабораторных и натурных условиях получил пневматический метод с применением трубок, цилиндрических и шаровых зондов, вводимых в поток. Геометрические размеры насадок для снижения погрешностей измерения должны быть достаточно малыми по сравнению с поперечным сечением потока.

Наиболее распространенный тип насадок – комбинированный (рис. 2), который состоит из двух концентрических трубок: трубки полного давления Пито и трубки статического давления Прандля.

Если противоположные концы трубок комбинированной насадки соединить с микроманометром, то он зафиксирует разницу между полным Р_д и статическим Р в данной точке потока.

Рис. 2. Комбинированный насадок для измерения больших до и сверхзвуковых скоростей потока

В соответствии с уравнением Бернулли эта разница определяется выражением:

Р_д– Р = (rw²/2) (1 + e),

где: e= 0,25 М² + 0,025 М²– поправка на сжимаемость потока;

М – число Маха, характеризует течение потока с большими скоростями и равна отношению скорости течения потока (w) к скорости звука (а) в той же точки потока, Когда тело движется в газе число Маха равно отношению скорости тела к скорости звука. Число Маха является одним из основных критериев в гидро- и аэромеханике и является мерой влияния сжимаемости газа на скорость его движения;

w- скорость потока, м/с;

r- плотность, кг/м³.

Введя поправку (x), характеризующую качество изготовления насадки, выражение можно записать как:

w= √ 2 x(Р_д– Р) / [r(1+ e)],

где: x-коэффициент тарировки преобразователя и обычно незначительно отличается от единицы.

Задание

Определить скорость движения потока газо-топливной смеси при ее плотности (r) 200 кг/м³, числом Маха (М) равном 0,85, коэффициенте тарировки преобразователя (x) равном 0,98, статическом давлении (Р) равном 98000 Н/м² и при полном давлении, представленном в нижеследующей таблице по вариантам: