實驗二風流點壓力和通風阻力測定2011

1、實驗二實驗二 風流點壓力和通風阻力測定風流點壓力和通風阻力測定 實驗目的實驗目的n1.學會測定在不同通風方式下風流點的壓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，并分析其相力，即全壓、靜壓和速壓，并分析其相互關(guān)系?；リP(guān)系。n2.學會測算風道通風阻力的方法。學會測算風道通風阻力的方法。n3.掌握測算風道平均風速和風量的方法。掌握測算風道平均風速和風量的方法。n4.熟悉壓差計、皮托管等儀器設備的原理、熟悉壓差計、皮托管等儀器設備的原理、構(gòu)造和使用方法。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、皮托通風實驗管網(wǎng)裝置、各類壓差計、皮托管、三通管等。管、三通管等。 內(nèi)容

2、 風流點壓力測定風流點壓力測定 風道通風阻力測定風道通風阻力測定 風道平均風速及風量計算風道平均風速及風量計算一、風流點壓力測定一、風流點壓力測定n根據(jù)不可壓縮流體的能量方程，通風管道根據(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、中任意斷面的風流總機械能都等于靜壓能、位能和動能之和位能和動能之和（J/m3）。單位體積的流。單位體積的流體所具有的能量等于單位面積上作用的壓體所具有的能量等于單位面積上作用的壓力，簡稱壓力，單位為力，簡稱壓力，單位為Pa(N/m2)。n絕對壓力絕對壓力和和相對壓力相對壓力。以真空為參考基準。以真空為參考基準的壓力稱絕對壓力，以當?shù)卮髿鈮毫?/p>

3、為參的壓力稱絕對壓力，以當?shù)卮髿鈮毫閰⒖蓟鶞实膲毫ΨQ相對壓力。按此定義，風考基準的壓力稱相對壓力。按此定義，風流中某點流中某點i的靜壓有絕對靜壓（的靜壓有絕對靜壓（pi）和相對）和相對靜壓（靜壓（hi）兩種；全壓也有絕對全壓（）兩種；全壓也有絕對全壓（pt i）和相對全壓（和相對全壓（ht i）之分。）之分。n靜壓作用在各個方向，故靜壓無方向性。靜壓作用在各個方向，故靜壓無方向性。n動壓因風流速度而產(chǎn)生，而風流速度具有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。靜流方向一致。動壓無絕對和相對之分

4、。靜壓與動壓之和稱為全壓。壓與動壓之和稱為全壓。n全壓是由靜壓和速壓共同作用產(chǎn)生的，故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。全壓與速壓的方向相同。風流點壓力特點及其相互關(guān)系風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：入式通風，其絕對全壓均可用下式表示：Pt i = pi + hv i式中式中 pt i 風流中風流中i點的絕對全壓，點的絕對全壓，Pa； pi 風流中風流中i點的絕對靜壓，點的絕對靜壓，Pa； hv i 風流中風流中i點的動壓，點的動壓，Pa。風流質(zhì)點的絕對全壓與絕對靜壓

5、關(guān)系風流質(zhì)點的絕對全壓與絕對靜壓關(guān)系 相對壓力與通風方式有關(guān)，風流點壓力相對壓力與通風方式有關(guān)，風流點壓力的相互關(guān)系如下：的相互關(guān)系如下： 壓入式（正壓）通風壓入式（正壓）通風 ht i = hi + hv i (1) 抽出式（負壓）通風抽出式（負壓）通風 ht i = hi hv i (2) 式中式中 ht i 風流中風流中i點的相對全壓，點的相對全壓，Pa； hi 風流中風流中i點的相對靜壓，點的相對靜壓，Pa； hv i 風流中風流中i點的動壓，點的動壓，Pa。 風流質(zhì)點的相對全壓與相對靜壓關(guān)系風流質(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皮托管原理及動壓測量n風流中某點的動

6、壓可以用皮托管和壓差計來測量。風流中某點的動壓可以用皮托管和壓差計來測量。n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，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，經(jīng)內(nèi)管傳送至壓差計一端。頭部后約一端。頭部后約38D處的外套管壁上均勻地開有一排孔（靜壓處的外套管壁上均勻地開有一排孔（靜壓孔），感受來流靜壓孔），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，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。皮托管兩端口的壓力差，即為風

7、流的動壓值。 2. 相對靜壓測量相對靜壓測量n 壓入式通風時，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；力，相對靜壓為正；n 抽出式通風時，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。力，相對靜壓為負。 3. 相對全壓測量相對全壓測量n相對全壓測量與相對靜壓測量相似。只是將皮托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管的全壓管接頭“+”接到接到U型壓差計一端，而型壓差計一端，而U型型壓差計的另一端開口連通大氣，如圖。壓差計的另一端開口連通大氣，如圖。4.

8、 風流點壓力之間的相互關(guān)系風流點壓力之間的相互關(guān)系皮托管使用注意事項皮托管使用注意事項n皮托管是皮托管是1730年由享利年由享利畢托畢托(Henri Pitot)首創(chuàng)，經(jīng)首創(chuàng)，經(jīng)200多年來多年來的改進，目前已有幾十種型式。的改進，目前已有幾十種型式。n皮托管因制造精度等原因產(chǎn)生的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誤差，測算流速時應加一個修正系數(shù)校正，一般在系數(shù)校正，一般在0.981.05范范圍內(nèi)圍內(nèi) ，刻在皮托管尾部附近。，刻在皮托管尾部附近。n測量動壓（風速）時，皮托管頭測量動壓（風速）時，皮托管頭部全壓孔應正對風流方向，靜壓部全壓孔應正對風流方向，靜壓孔應與來流方向

9、垂直。示值不穩(wěn)孔應與來流方向垂直。示值不穩(wěn)定時，應讀取平均值。定時，應讀取平均值。n皮托管結(jié)構(gòu)簡單，用途廣。如飛皮托管結(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。測量飛行速度，又稱空速管。 各類壓差計構(gòu)造及工作原理各類壓差計構(gòu)造及工作原理n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。形壓差計、單管傾斜壓差計和補償式微壓差計等。U U型壓差計型壓差計單管傾斜單管傾斜壓差計壓差計U形壓差計的構(gòu)造及原理形壓差計的構(gòu)造及原理 由一

10、只盛有一半高度蒸餾水且兩端由一只盛有一半高度蒸餾水且兩端開口、開口、 35mm內(nèi)徑的內(nèi)徑的U型玻璃管型玻璃管和外標刻度尺構(gòu)成。當兩端接入和外標刻度尺構(gòu)成。當兩端接入不同壓力時，則可顯示出壓差值。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型壓差計的高度決定了其量程范圍，分辨率一般為圍，分辨率一般為1mmH2O。(10Pa)單管傾斜壓差計的測量原理單管傾斜壓差計的測量原理n單管壓差計大都由一個圓柱形容器單管壓差計大都由一個圓柱形容器1和一個可以調(diào)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節(jié)其傾角且有內(nèi)標刻度尺的玻璃測壓管2組成。組成。n測量兩點間的壓差或相對壓力時，將較大的壓

11、力測量兩點間的壓差或相對壓力時，將較大的壓力P1接到容器接到容器1的接管上，較小的壓力的接管上，較小的壓力P2接到測壓管接到測壓管2上，上，則兩點的壓差為則兩點的壓差為P=P1-P2=(h1+h2)g。單管傾斜壓差計的構(gòu)造單管傾斜壓差計的構(gòu)造nYYT200型單管傾斜壓差計結(jié)構(gòu)如圖所示。型單管傾斜壓差計結(jié)構(gòu)如圖所示。1底座；底座；2水準指示器；水準指示器；3弧形支架；弧形支架；4加液蓋；加液蓋；5零位調(diào)整旋鈕；零位調(diào)整旋鈕；6三通閥門柄；三通閥門柄；7游標；游標；8傾斜測壓管；傾斜測壓管；9調(diào)平螺釘；調(diào)平螺釘；10大容器大容器11插管接頭插管接頭單管傾斜壓差計的操作使用單管傾斜壓差計的操作使用n

12、儀器準備儀器準備注入工作液注入工作液 1 1）首先選擇符合儀器規(guī)定比重）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。測量數(shù)據(jù)需進行比重校正。 2 2）將零位調(diào)整器）將零位調(diào)整器4 4旋轉(zhuǎn)升降至中旋轉(zhuǎn)升降至中間高度，間高度，測壓管固定在弧形支測壓管固定在弧形支架的適當位置，旋開加液蓋架的適當位置，旋開加液蓋4，緩緩注入預先配置好的密度為緩緩注入預先配置好的密度為0.81 kg/m3的工作液，直到液面位的工作液，直到液面位于傾斜測壓管的于傾斜測壓管的“0”刻度線附近，然后旋緊加液蓋，再用膠皮

13、刻度線附近，然后旋緊加液蓋，再用膠皮管管將多向閥門將多向閥門11中間的接頭與傾斜測量管的上端連通。將三通閥中間的接頭與傾斜測量管的上端連通。將三通閥門柄門柄6撥在儀器的撥在儀器的“測壓測壓”位置，用嘴輕輕從位置，用嘴輕輕從“+”端吹氣，使酒端吹氣，使酒精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。反復吹吸多次，直至氣泡消除為止。 單管傾斜壓差計調(diào)零單管傾斜壓差計調(diào)零n首先調(diào)整儀器底座上的兩個首先調(diào)整儀器底座上的兩個調(diào)調(diào)平平螺釘螺釘9，觀察水準指示器內(nèi)，觀察水準指示器內(nèi)的氣泡是否居中，使儀器處于的氣

14、泡是否居中，使儀器處于水平。水平。n根據(jù)待測壓差的大小，將傾斜根據(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)動三通位置上，然后順時針轉(zhuǎn)動三通閥門柄閥門柄6到到“校正校正”位置，使位置，使大容器和傾斜測壓管分別與大容器和傾斜測壓管分別與“+”接頭和接頭和“-”接頭隔斷，而接頭隔斷，而與大氣相通。旋動與大氣相通。旋動零位調(diào)整零位調(diào)整旋旋鈕鈕5，使測壓管的酒精液面對，使測壓管的酒精液面對準準“0”刻度線?？潭染€。 測壓時操作測壓時操作n用橡皮管把較大的壓力接引用橡皮管把較大的壓力接引到到“”接管，較小的壓力接管，較小的壓力接引到接引到“”接管。逆時

15、針接管。逆時針轉(zhuǎn)動控制閥手動桿到轉(zhuǎn)動控制閥手動桿到“測壓測壓”位置，此時，位置，此時，“”接管與接管與大容器相通，大容器相通，“”接管與接管與測壓管相通，如圖所示。讀測壓管相通，如圖所示。讀取測壓管上液面的示值乘以取測壓管上液面的示值乘以弧形支架的弧形支架的K值，即為所測值，即為所測壓力。壓力。n如果因為待測壓力變化，需如果因為待測壓力變化，需要改變測壓管傾斜角度時，要改變測壓管傾斜角度時，最好重新對零。最好重新對零。補償微壓計補償微壓計nYJB-2500補償微壓計補償微壓計由微調(diào)部分、水準部分、由微調(diào)部分、水準部分、反光鏡部分及外殼部分反光鏡部分及外殼部分組成。組成。補償微壓計的結(jié)構(gòu)和原理補

16、償微壓計的結(jié)構(gòu)和原理n補償式微壓計有大小兩個容補償式微壓計有大小兩個容器器2與與1，下部用橡皮管，下部用橡皮管9連連通。容器通。容器2可隨讀數(shù)盤可隨讀數(shù)盤3的轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動而上下移動，以調(diào)節(jié)兩容動而上下移動，以調(diào)節(jié)兩容器內(nèi)的液面高差。當容器器內(nèi)的液面高差。當容器1的液面和水準尖的液面和水準尖7處于同一處于同一水平時，從反射鏡水平時，從反射鏡6中就可中就可以看到水準尖正倒兩個影像以看到水準尖正倒兩個影像的尖端恰好相接，如圖示。的尖端恰好相接，如圖示。n測壓時，容器測壓時，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

17、讀數(shù)盤將容器面，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的液面又和水的液面又和水準尖準尖7處于同一水平。容器處于同一水平。容器2的垂直移動距離的垂直移動距離(從標尺和讀數(shù)盤讀從標尺和讀數(shù)盤讀出出)，也就是兩液面所受的壓力差。，也就是兩液面所受的壓力差。二、通風阻力測定二、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，其摩擦擦阻力（沿

18、程阻力）。對于直通風管道，其摩擦阻力為：阻力為： L 風道長度，風道長度，m； U 風道周長，風道周長，m； S 風道斷面積，風道斷面積，m2；Q 風量，風量，m3/S。 32SQULhfr式中24N s /m摩擦阻力系數(shù)，摩擦阻力系數(shù)，； 當風流流過風道（當風流流過風道（1-2）段時，為了克服阻力而）段時，為了克服阻力而消耗的能量為：消耗的能量為：22121 211112222gg22frvvhpZpZ 本實驗的具體條件是：管道水平放置，兩測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：

19、點間的位壓差、速壓差均為零，于是：2121pphfr 水平風道通風阻力測定水平風道通風阻力測定 由圖可知，用由圖可知，用1臺壓差計測定臺壓差計測定1-2斷面間的靜壓差，斷面間的靜壓差，從而得到管道從而得到管道1-2段之間的通風阻力段之間的通風阻力 。21frh。三、平均風速測定與風量計算三、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，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)其厚度隨雷諾數(shù)Re的增加而變薄，在層流邊層以外，從的增加而變薄，在層流邊層以外，從巷道

20、壁面向巷道軸心方向，風速逐漸增大，呈拋物線分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。布，如圖示。圖圖1 紊流中的風速分布紊流中的風速分布風道過流斷面平均風速與風量風道過流斷面平均風速與風量n 設斷面上任一點風速為設斷面上任一點風速為vi，則巷道斷面的平均風速，則巷道斷面的平均風速v為：為：1d , m/siSvv SSn式中式中 S過流斷面積，過流斷面積，m2； Q風道過流風量，風道過流風量，m3/s。3d , m /siSv SQvS則風量為：則風量為：實驗方法實驗方法n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

21、流狀態(tài)。在風道斷面上采用等面積網(wǎng)格劃分法，在每個勻流狀態(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所示。其中半圓拱斷面布置28個測速點，矩形斷面布置個測速點，矩形斷面布置30個測速點。在測量斷面的底個測速點。在測量斷面的底部或頂部均勻布置了一排部或頂部均勻布置了一排6個測孔，不測時用橡膠圈密封。個測孔，不測時用橡膠圈密封。5050505050505050505050FF50505050EE50502550505050 矩形斷面矩形斷面 半圓拱斷面半圓拱斷面 圖圖2 巷道斷面風速場測定的測點布置巷道斷面風速場測定的測點

22、布置n采用皮托管壓差計法測定風速分布。即通過測定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空氣密度和每個測點的動壓hvi，求出，求出n個網(wǎng)格中個網(wǎng)格中心點的風速為：心點的風速為：2viihvm/s 然后計算出斷面的平均風速為：然后計算出斷面的平均風速為：1111nniiiiivv SvSn m/s 由此可確定風量由此可確定風量 Q=S通風管道的風阻與摩擦阻力系數(shù)測算通風管道的風阻與摩擦阻力系數(shù)測算2QhR摩28N s /m（）3RSU L24N s /m（）2 . 1標24N s /m（）n實驗管路的斷面形狀為半圓拱或矩形，如圖實驗管路的斷面形狀為半圓拱或矩形，如圖2所

23、示。所示。n半圓拱巷道：斷面積半圓拱巷道：斷面積S =0.065325m2，周長，周長U=0.971m，當量直徑，當量直徑d = 0.2691m。網(wǎng)格劃分總數(shù)。網(wǎng)格劃分總數(shù)n=28個，絕大多數(shù)網(wǎng)格面積個，絕大多數(shù)網(wǎng)格面積Si = 0.00255m2。n矩形巷道：斷面積矩形巷道：斷面積S =0.075m2，周長，周長U=1.1m，當，當量直徑量直徑d = 0.2727m。網(wǎng)格劃分總數(shù)。網(wǎng)格劃分總數(shù)n=30個，網(wǎng)格個，網(wǎng)格面積面積Si = 0.00255m2n測段風道長度測段風道長度LA-B =10.18m， 空氣密度空氣密度 可參照可參照實驗一的結(jié)果計算。實驗一的結(jié)果計算。實驗基本參數(shù)實驗基本參數(shù)干球溫度干球溫度 / 濕球溫度濕球溫度 / 大氣壓力大氣壓力 /Pa空氣密度空氣密度 /kgm-3實驗地點當時的空氣物理參數(shù)測定記錄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)注：采用實驗一中的空氣密度測定數(shù)據(jù)實驗數(shù)據(jù)記錄實驗數(shù)據(jù)記錄測點測點編號編號測點動壓測點動壓讀數(shù)讀數(shù) hv/ mmH2O測點測點編號編號測點動壓測點動壓讀數(shù)讀數(shù) hv/ mmH2O測點測點編號編號測點動壓測點動壓讀數(shù)讀數(shù) hv/ mmH2O111212