МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«Национальный исследовательский Томский политехнический университет»
Институт Энергетический
Кафедра Теоритической и промышленной теплотехники
Направление, специальность Физика и техника низких температур
ОТЧЁТ
по научно-исследовательской практике
г. Томск, Национальный исследовательский томский политехнический университет, кафедра теоритической и промышленной теплотехник и
(город, предприятие, организация)
Выполнил студент гр. 5ФМ31, Мясоедов С. В. _______________
(ФИО) (подпись)
_____ ____________ 20___г.
Проверили:
Преподаватель Половников В. Ю.
(должность руководителя от кафедры) (ФИО)
__________________ _______________________
(оценка) (подпись)
МП ______ ______________ 20 г.
Томск 2014
РЕФЕРАТ
Всего 19 страниц, 10 рисунков, 6 таблиц, 6 источников.
Ключевые слова: регулируемая дроссельная шайба, лабораторный стенд, эксперимент, коэффициент гидравлического сопротивления.
Поставленные задачи:
– разработка лабораторного стенда по определению коэффициентов гидравлического сопротивления регулируемой дроссельной шайбы;
– разработка методики проведения экспериментальных опытов;
– проведение экспериментов по определению коэффициентов гидравлического сопротивления регулируемой дроссельной шайбы;
– обработка результатов экспериментов, анализ погрешностей.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ. 4
1 Проведение экспериментов по определению коэффициентов гидравлического сопротивления регулируемой дроссельной шайбы.. 5
2 Конструкции регулируемых дроссельных шайб. 14
|
ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 18
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.. 19
ВВЕДЕНИЕ
Первый набор на специальность "Промышленная теплоэнергетика" был осуществлен в 1955 году по инициативе профессора Бутакова И.Н., а образование кафедры – в 1960 г.
С 1994 г. решением Совета ТПУ кафедра была объединена с кафедрой теоретической и общей теплотехники (основанной в 1935 г. под руководством профессора Фукса Г.И.) и получила название кафедры теоретической и промышленной теплотехники.
Подготовлено более 2000 инженеров–промтеплоэнергетиков, 9 профессоров и докторов наук, около 40 кандидатов наук.
На кафедре обучаются 2 лауреата премии Томской области, лауреат премии Государственной думы области, стипендиаты Президента РФ, Ученого Совета ТПУ и факультета, ЮКОСА и мэра г. Томска.
Основные научные направления: новые методы и средства экономии энергоресурсов и экологические проблемы энергетики; исследования тепловых процессов и оптимизация теплоэнергетических установок и систем.
1 июня 2010 г. в соответствии с утвержденной приказом Министерства образования и науки от 17 ноября 2009 г. № 613 Программой развития ГОУ ВПО "Томский политехнический университет" на 2009 – 2018 годы кафедра была выведена из структуры Теплоэнергетического факультета (ТЭФ) и введена в состав Энергетического института (ЭНИН). [1]
Проведение экспериментов по определению коэффициентов гидравлического сопротивления регулируемой дроссельной шайбы
Во время научно-исследовательской практики были поставлены следующие задачи:
– разработка лабораторного стенда по определению коэффициентов гидравлического сопротивления регулируемой дроссельной шайбы;
|
– разработка методики проведения экспериментальных опытов;
– проведение экспериментов по определению коэффициентов гидравлического сопротивления регулируемой дроссельной шайбы;
– обработка результатов экспериментов, анализ погрешностей.
В ходе практики для исследования характеристик регулируемой дроссельной шайбы разработан лабораторный стенд.
Рисунок 1 – Лабораторный стенд
Схема лабораторного стенда и описание его элементов изображена на рисунке 2.
Рисунок 2 – Схема лабораторного стенда
1а…1е – пьезометр, 2 – труба, 3 – регулируемая дроссельная шайба, 4 – входной патрубок, 5 – выходной патрубок, 6 – расходомер, 7 – циркуляционный насос.
Основными элементами стенда являются: пьезометры 1а…1е, две трубы 2 с внутренним диаметром 50 мм и длиной 0,5 м, дроссельная шайба 3,, расходомер 6 и циркуляционный насос 7.
Дроссельная шайба, гидравлические характеристики которой определялись в экспериментах, имеет простую конструкцию. Регулируемая дроссельная шайба имеет металлический корпус с пропилом шириной 5 мм и длинной 5 см, регулировочный болт, сальниковый болт. За счет простоты изделия регулирование расхода жидкости с помощью сальникового болта и регулировочного болта осуществляется рожковым ключом. [2]
При планировании эксперимента необходимо было найти следующее:
– определение расхода жидкости;
– определение разности давлении (разность высоты столбов жидкости до и после дроссельной шайбы) в пьезометрических трубках;
|
– определение площади проходного сечения при открытии или закрытии регулировочного болта;
– высчитать погрешность проведенных экспериментов.
Рисунок 3 – Схема дроссельной шайбы
1–корпус, 2– пропил, 3–регулировочный болт, 4–сальниковый болт, 5–сальниковая набивка
Эксперименты по нахождению гидравлического сопротивления осуществлялись следующим порядком действий:
– регулировочным болтом установили определенное проходное сечение пропила в дроссельной шайбе с помощью рожкового ключа и зафиксировали положение сальниковым болтом;
– с помощью насоса задали напор;
– дождаться когда режим станет стационарным;
– снять значения: время за которое насос перекачает 10-3 м3, разность высоты столбов пьезометров до дроссельной шайбы и после нее.
В лабораторном стенде использовался насос фирмы GRAUNDFOS ALPHA +. Заводом-изготовителем предусмотрена регулировка напора в трех положениях переключателя: переключатель в положении I пуск насоса с минимальной характеристикой, переключатель в положении II пуск насоса с средней характеристикой, переключатель в положении III пуск насоса с средней характеристикой.
При установке дроссельной шайбы были сделаны замеры положений регулировочного болта и вычислены соответственно им зазоры пропила, которые составили 4,3 см, 3,5 см, 2,7 см, 1,9 см, 1,1 см, 0,3 см.
Для расчета гидравлического сопротивления ξ использовалась формула:
(1) |
где – ускорение свободного падения (принимаю равным 9,8), м/с²;
– разность высот столбов жидкости, м;
V – скорость в трубе, м/с.
Скорость в трубе вычисляется по формуле:
, | (2) |
где V – объем воды, м3;
τ – время за которое насос перекачает 10-3 м3, с;
d – диаметр трубы, м.
Подставив формулу (2) в (1) получим расчетную формулу для гидравлического сопротивления ξ:
. | (3) |
По результатам проведенных опытов и измеренным величинам, используя формулу (3), определяется коэффициент гидравлического сопротивления. Результаты экспериментального определения коэффициента гидравлического сопротивления [3] приведены в таблицах 2-6.
Таблица 1 – Результаты экспериментов. Зазор составляет 4,3 см.
Положение регулировочной ручки напора насоса | Среднее значение коэффициента гидравлического сопротивления < ξ> | Доверительный интервал коэффициента гидравлического сопротивления | Относительная погрешность значений коэффициента гидравлического сопротивления, % |
Положение I | ±7 | 4,22 | |
Положение II | ±5 | 2,94 | |
Положение III | ±7 | 4,02 |
Таблица 2 – Результаты экспериментов. Зазор составляет 3,5см.
Положение регулировочной ручки напора насоса | Среднее значение коэффициента гидравлического сопротивления < ξ> | Доверительный интервал коэффициента гидравлического сопротивления | Относительная погрешность значений коэффициента гидравлического сопротивления, % |
Положение I | ±7 | 2,88 | |
Положение II | ±8 | 3,11 | |
Положение III | ±7 | 2,84 |
Таблица 3 – Результаты экспериментов. Зазор составляет 2,7 см.
Положение регулировочной ручки напора насоса | Среднее значение коэффициента гидравлического сопротивления < ξ> | Доверительный интервал коэффициента гидравлического сопротивления | Относительная погрешность значений коэффициента гидравлического сопротивления, % |
Положение I | ±14 | 2,23 | |
Положение II | ±10 | 1,62 | |
Положение III | ±15 | 2,51 |
Таблица 4 – Результаты экспериментов. Зазор составляет 1,9 см.
Положение регулировочной ручки напора насоса | Среднее значение коэффициента гидравлического сопротивления < ξ> | Доверительный интервал коэффициента гидравлического сопротивления | Относительная погрешность значений коэффициента гидравлического сопротивления, % |
Положение I | ±24 | 2,19 | |
Положение II | ±24 | 2,19 | |
Положение III | ±22 | 2,02 |
Таблица 5 – Результаты экспериментов. Зазор составляет 1,1 см.
Положение регулировочной ручки напора насоса | Среднее значение коэффициента гидравлического сопротивления < ξ> | Доверительный интервал коэффициента гидравлического сопротивления | Относительная погрешность значений коэффициента гидравлического сопротивления, % |
Положение I | ±87 | 3,05 | |
Положение II | ±90 | 3,31 | |
Положение III | ±108 | 3,97 |
Таблица 6 – Результаты экспериментов. Зазор составляет 0,3 см.
Положение регулировочной ручки напора насоса | Среднее значение коэффициента гидравлического сопротивления < ξ> | Доверительный интервал коэффициента гидравлического сопротивления | Относительная погрешность значений коэффициента гидравлического сопротивления, % |
Положение I | ±406 | 1,66 | |
Положение II | ±540 | 2,35 | |
Положение III | ±391 | 1,72 |
На основании полученных значений построены графики (4–6) зависимости коэффициента гидравлического сопротивления от зазора в пропиле дроссельной шайбы с учетом доверительного интервала.
Рисунок 4 – График зависимости коэффициента гидравлического сопротивления от зазора в дроссельной шайбе в положение I регулировочной ручки напора насоса.
Рисунок 5 – График зависимости коэффициента гидравлического сопротивления от зазора в дроссельной шайбе в положение II регулировочной ручки напора насоса.
Рисунок 6 – График зависимости коэффициента гидравлического сопротивления от зазора в дроссельной шайбе в положение III регулировочной ручки напора насоса.
Погрешность результатов вычислялись в следующем порядке:
– по результатам измерений величины Δh, τ определяется среднее арифметическое из n измерений:
(4) |
Где x – величина подразумевается Δh, τ.
– вычисляется среднеквадратичное отклонение результатов измерений от среднего арифметического:
(5) |
– для доверительного вероятности α=0,95 и при количестве измерений 5 взят коэффициент Стьюдента tan = 2,776.
– рассчитываются границы доверительного интервала для многократных измерений:
(6) |
– оценивается доверительный интервал однократных измерений:
(7) |
Где d – параметр равномерного распределения, связанный с ценой деления или классом точности измерительного прибора.
– определяется общая погрешность серии измерений:
(8) |
– окончательный результат записывается в виде:
(9) |
– выражение для погрешности косвенных измерений вычислим по формуле:
(10) |
– окончательный результат записывается в виде:
(11) |
По приведенному порядку была рассчитана относительная погрешность полученных значений коэффициента гидравлического сопротивления и приведена в таблицах (1–6). Относительная погрешность значений коэффициента гидравлического сопротивления не превышает 5%. [4]