б) косвенными измерениями — когда необходимый параметр получают в результате расчета по данным прямых измерений, например расход жидкости находят по замерам перепада давле ния в дроссельных приборах, температуру — по замерам э. д. с. термопары на милливольтметрах и т. п.
Второй метод—самый распространенный в лабораторных исследованиях.
Измерение давления в потоке
Для измерения давления рабочего тела, движущегося в по токе, необходимо иметь два прибора: приемник давления и при бор, регистрирующий величину давления. В качестве приемни ков давления используют приемники статического и полного давления и приемники динамического напора. Регистраторами давления служат различные манометры.
Измерение статического давления. |
ѵ |
Статическое давление на стенке канала |
ч ч ч ч ѵ ч ч , | , ч ч ч ч ч ч / |
измеряют с помощью отверстия диамет- |
^ s s ^ ^ ^ s s ^ |
Рис. 183. Приемник статического |
Рис. |
184. |
Шаііба для |
давления |
в стенке |
канала |
измерения статическо |
|
|
|
го давления в |
потоке |
ром не более 1 мм |
(рис. 183), просверленного |
перпендикулярно |
стенке канала, по которому движется поток рабочего |
тела. Стенка |
перед отверстием |
должна |
быть гладкой, |
а |
края |
отверстия — |
острыми без фасок и заусенцев. Высоту отверстия надо выпол
нять не менее чем в 3 раза больше диаметра отверстия (Іг |
3d). |
Давление в отверстии измеряется манометром.
Статическое давление в потоке измеряют датчиком статиче ского давления, вводимым в поток. Конструктивно датчики ста тического давления могут быть выполнены различно: в виде шайбы статического давления (рис. 184) или в виде трубок статического давления (рис. 185). В середине очень тонкой круглой шайбы перпендикулярно ее поверхности просверлено небольшое отвер стие. Статическое давление от этого отверстия по тонкой трубке передается к манометру. Шайбу статического давления вводят
в поток и устанавливают так, чтобы направление скорости по тока было параллельным плоскости шайбы. Незначительные от клонения при установке шайбы (±3°) в ту или иную сторону приводят к неправильным замерам. Наиболее широко при экс
периментах |
используют |
приемники |
статического |
давления, ко- |
|
|
|
|
|
|
0 |
ІО |
20 |
30 |
V |
|
|
|
ta |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- f |
— 1 |
i |
|
|
|
|
|
|
|
if |
|
|
|
_ : |
|
|
|
|
Рис. |
185. |
Трубка |
для |
измерения стати |
Рис. 186. |
Трубка |
Пито для |
|
ческого давления |
в |
потоке |
измерения полного |
давления |
|
|
|
|
|
|
и ее |
характеристика |
торые выполняют в виде цилиндрических пустотелых трубок с за крытым обтекаемым носком. На боковой поверхности трубки пер пендикулярно поверхности сверлят отверстия небольшого диа метра. Статическое давление через эти отверстия передается по
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
трубке |
к манометру. Положи |
|
|
|
|
тельным |
качеством |
таких |
при |
|
|
|
|
емников является то, что откло |
|
|
|
|
нение осп прибора от направле |
|
|
|
|
ния |
потока на |
± 8 ° |
практически |
|
|
|
|
не |
влияет |
на |
его |
показания. |
|
|
|
|
Для |
повышения точности |
пока |
|
|
|
|
заний отверстия на поверхности |
|
|
|
|
трубки |
сверлят на |
расстоянии |
|
|
|
|
не менее 3d от переднего |
конца |
|
|
|
|
насадка |
(/х |
5» 3d; L |
8ô). |
|
|
|
|
Измерения |
давления |
|
затор |
|
|
|
|
моженного потока. Для |
измере |
О |
|
|
|
ния |
давления |
заторможенного |
|
|
|
потока р* |
(полного |
давления), |
Рис. |
187. Характеристики |
приемников |
действующего на тело, помещен |
полного давления с различной |
формой |
ное в поток в той точке, где ско |
|
носовой части: |
|
рость набегающего |
потока пол |
б , = |
djd, — 0,457; |
djd, |
= 0,156 |
ностью |
затормозится, |
исполь |
|
|
|
|
зуют приемники полного давления |
(трубки Пито, рис. 186). Прием |
ники полного |
давления |
представляют |
собой обычную трубку с от |
крытым передним концом, обращенным отверстием навстречу |
набе |
гающему потоку. Трубка Пито практически нечувствительна к углу скоса потока до ±15°. Чувствительность приемника полного
давления к скосу потока в основном зависит от формы переднего конца и относительного диаметра отверстия (рис. 187). Для ис следования течения в сложных потоках применяют комбиниро-
F^ZZZZZZZZZ:
Рис. 188. Комбинирован ный приемник полного давления
ванные приемники полного давления, у которых нечувствитель ность к скосу потока доходит до ±48° (рис. 188). Для измерения полного давления вблизи поверхности обтекаемого тела (в по граничном слое) устанавли вают специальные приемники полного давления — микро насадки со сплющенным кон
чиком.
Для изучения распреде ления полного давления по радиусу в кольцевой решетке применяют специальные гре бенки (рис. 189), которые компонуют из отдельных тру бок Пито, расположенных в одном корпусе. Для изме рения полных давлений в
|
|
|
|
Рис. |
190. |
Ша |
|
Рис. 189. |
Радиальная |
|
говая |
гребенка |
|
|
полного |
давле |
|
гребенка |
полного да- |
Ч\; |
|
|
ния |
|
|
вления |
|
|
|
|
|
|
|
|
следе за обтекаемой лопаткой применяют шаговые гребенки полного давления (рис. 190).
Измерение динамического давления. Для измерения динами ческого давления в потоке конструктивно объединяют приемники полного и статического давления и подключают их на один U-об- разный манометр.
На рис. 191 показан приемник динамического давления. На приемник давления заторможенного потока надет металлический кожух с отверстиями, оси которых перпендикулярны оси прием ника.
і
C O I
Рис. 191. Приемник динамического давления (трубка Прандтля):
>3d; U > (8 -f- 10) 6
Отверстия, воспринимающие статическое давление, должны находиться на таком расстоянии от переднего конца трубки, чтобы давление в них было достаточно близко к давлению набе гающего потока (это расстояние должно было не менее 3d, где d — диаметр трубки). Приемник имеет два штуцера, которые шлан гами присоединяют к U-образному манометру.
Основным недостатком такого приемника является то, что статическое и полное давления измеряют в разных точках по тока, что, конечно, вносит погрешность в измерения. Однако, если поток равномерный, то параметры в точках измерения прак тически совпадают. Особенностью такого приемника является его нечувствительность к углу скоса потока до ±10—12°.
Измерение скорости и направления потока
Скорость потока можно определить по данным прямых изме рений в потоке статического и полного давления, а также темпера туры заторможенного потока. Если поток неравномерный, то измерения необходимо делать в одной и той же точке потока. За дача эта довольно сложная, поэтому обычно измерения этих трех параметров производят в разных точках близких одна к другой. По данным измерения давлений находят п (К, к) = р/р*. По таб лицам газодинамических функций определяют M или К и т (К, к),
находят Т = Г*т (к, /г), а = УkRT |
или акр |
= ] / ^ у / ? Г ( : |
н, на |
конец, |
скорость потока |
ѵ = Ma = |
Яак р . |
|
|
При |
малых скоростях |
потока (М |
0,4), |
когда не надо |
учи |
тывать сжимаемость рабочего тела, скорость можно найти с по мощью приемника динамического давления, считая, что плот ность р мало отличается от р* и может быть вычислена по пара
метрам заторможенного |
потока. |
В этом случае |
ѵ |
_ „ |
2 ( Р * - Р ) |
где р = р* = - — .
Для измерения скорости в сверхзвуковом потоке насадок должен быть предварительно сориентирован по потоку. При этом необходимо иметь в виду, что перед насадком возникает прямой скачок уплотнения. Центральная струйка сначала проходит через прямой скачок, после чего ее скорость становится дозвуковой, а затем при подходе к центральному отверстию полностью тормо зится. Используя теорию скачка, можно получить соотношение между давлением торможения р * в центральном отверстии и ста тическим давлением р 0 набегающего потока в виде функции коэф фициента приведенной скорости Я0 :
р* |
|
|
1 |
|
Р о |
' 1 |
k — \ \ i, |
k - 1 |
1 \іг=л |
|
Х2 |
А + ,Д |
А + 1 |
À 2 |
Если боковые отверстия скоростного насадка находятся от переднего конца центральной трубки на расстоянии не менее (4-—6) d насадка, то, как показывает опыт, давление в боковыхГотверстиях равно статическому давлению набегающего потока. Тогда, если замерена температура торможения То набегающего потока, можно вычислить критическую скорость
k-\- |
1 |
RTl |
2/г |
|
|
и скорость набегающего потока |
ѵ0 |
= Я 0 а к р . |
Направление движения плоского потока можно найти различ ными способами. Если поток установившийся, то в исследуемые точки можно поместить шелковинки и по их отклонению визуально судить о направлении потока. Метод этот очень груб, но в первом приближении может дать представление о направлении потока. Можно исследовать направление потока с помощью насадка пол ного давления, совмещенного с металлическим флажком. Такой насадок вводят в поток перпендикулярно плоскости потока и по отклонению флажка судят о направлении потока. Однако этот метод определения направления движения потока очень неточен,
Р
*0,5
О |
|
10° 0 \ 1 0 27 |
J0 4 0 у |
-0,5 |
|
-І,О |
|
-1,5 |
|
Рис. 192. Насадок для измерения направления потока
так как практически невозможно изготовить совершенно симме тричный флажок, а раз это так, то флажок обязательно будет иметь подъемную силу, которая будет искажать результаты из мерения. Протарировать такой насадок практически очень трудно.
Для более точных исследований применяют специальные на
садки, позволяющие определить направление движения |
потока. |
На рис. 192 изображен насадок, представляющий собой |
комби |
нацию двух трубок полного напора, оси приемников полного давления которых образуют с осью симметрии насадка углы, рав ные 45°, и его характеристика. Насадок имеет два штуцера для подключения его к манометру. Если такой насадок, подключен ный к U-образному манометру, установить в потоке так, чтобы ось симметрии насадка совпала с осью потока, то перепад уровней в манометре будет равен нулю. Как только направление потока изменится, т. е. как только образуется некоторый угол с осью симметрии насадка, манометр покажет некоторую разность дав ления. Поворачивая насадок в ту или иную сторону, добиваются выравнивания давления в трубках U-образного манометра. В этом случае ось симметрии насадка дает направление потока.