实验二风流点压力和通风阻力测定2011

实验二风流点压力和通风阻力测定[实验目的]1.学会测定在不同通风方式下风流点的压力，即全压、静压和速压，并分析其相互关系。2.学会测算风道通风阻力的方法。3.掌握测算风道平均风速和风量的方法。4.熟悉压差计、皮托管等仪器设备的原理、构造和使用方法。

[仪器与设备]通风实验管网装置、各类压差计、皮托管、三通管等。

[内容]风流点压力测定风道通风阻力测定风道平均风速及风量计算一、风流点压力测定根据不可压缩流体的能量方程，通风管道中任意断面的风流总机械能都等于静压能、位能和动能之和（J/m3）。单位体积的流体所具有的能量等于单位面积上作用的压力，简称压力，单位为Pa(N/m2)。绝对压力和相对压力。以真空为参考基准的压力称绝对压力，以当地大气压力为参考基准的压力称相对压力。按此定义，风流中某点i的静压有绝对静压（pi）和相对静压（hi）两种；全压也有绝对全压（pti）和相对全压（hti）之分。静压作用在各个方向，故静压无方向性。动压因风流速度而产生，而风流速度具有方向性，故动压也有方向性，其方向与风流方向一致。动压无绝对和相对之分。静压与动压之和称为全压。全压是由静压和速压共同作用产生的，故全压与速压的方向相同。风流点压力特点及其相互关系在绝对压力概念中，无论是抽出式还是压入式通风，其绝对全压均可用下式表示：Pti=pi+hvi式中pti—风流中i点的绝对全压，Pa；pi—风流中i点的绝对静压，Pa；hvi—风流中i点的动压，Pa。风流质点的绝对全压与绝对静压关系相对压力与通风方式有关，风流点压力的相互关系如下：压入式（正压）通风hti=hi+hvi

(1)

抽出式（负压）通风hti=hi

–hvi

(2)

式中hti

—风流中i点的相对全压，Pa；hi—风流中i点的相对静压，Pa；

hvi—风流中i点的动压，Pa。风流质点的相对全压与相对静压关系1.皮托管原理及动压测量风流中某点的动压可以用皮托管和压差计来测量。皮托管的头部为半球形，后为一双层套管。测量时头部对准风流，头部中心处小孔（全压孔）感受风流全压pt，经内管传送至压差计一端。头部后约3～8D处的外套管壁上均匀地开有一排孔（静压孔），感受来流静压p，经外套管传至压差计另一端。由压差计读出皮托管两端口的压力差，即为风流的动压值。2.相对静压测量压入式通风时，U型压差计左侧液面受到的压力大于大气压力，相对静压为正；抽出式通风时，U型压差计左侧液面受到的压力小于大气压力，相对静压为负。

3.相对全压测量相对全压测量与相对静压测量相似。只是将皮托管的全压管接头“+”接到U型压差计一端，而U型压差计的另一端开口连通大气，如图。4.风流点压力之间的相互关系皮托管使用注意事项皮托管是1730年由享利·毕托(HenriPitot)首创，经200多年来的改进，目前已有几十种型式。皮托管因制造精度等原因产生的误差，测算流速时应加一个修正系数校正，一般在0.98～1.05范围内，刻在皮托管尾部附近。测量动压（风速）时，皮托管头部全压孔应正对风流方向，静压孔应与来流方向垂直。示值不稳定时，应读取平均值。皮托管结构简单，用途广。如飞机头部或机翼前缘常装设皮托管测量飞行速度，又称空速管。各类压差计构造及工作原理压差计是测量相对压力或不同压力之差的仪器。按其结构可分为U形压差计、单管倾斜压差计和补偿式微压差计等。U型压差计单管倾斜压差计U形压差计的构造及原理由一只盛有一半高度蒸馏水且两端开口、3~5mm内径的U型玻璃管和外标刻度尺构成。当两端接入不同压力时，则可显示出压差值。U型压差计的高度决定了其量程范围，分辨率一般为1mmH2O。(10Pa)单管倾斜压差计的测量原理单管压差计大都由一个圆柱形容器1和一个可以调节其倾角且有内标刻度尺的玻璃测压管2组成。测量两点间的压差或相对压力时，将较大的压力P1接到容器1的接管上，较小的压力P2接到测压管2上，则两点的压差为ΔP=P1-P2=(h1+h2)ρg。单管倾斜压差计的构造YYT—200型单管倾斜压差计结构如图所示。1—底座；2—水准指示器；3—弧形支架；4—加液盖；5—零位调整旋钮；6—三通阀门柄；7—游标；8—倾斜测压管；9—调平螺钉；10—大容器11—插管接头单管倾斜压差计的操作使用仪器准备——注入工作液1）首先选择符合仪器规定比重的标准工作液，如果工作液比重与仪器规定的比重不同，则测量数据需进行比重校正。2）将零位调整器4旋转升降至中间高度，测压管固定在弧形支架的适当位置，旋开加液盖4，缓缓注入预先配置好的密度为0.81kg/m3的工作液，直到液面位于倾斜测压管的“0”刻度线附近，然后旋紧加液盖，再用胶皮管将多向阀门11中间的接头与倾斜测量管的上端连通。将三通阀门柄6拨在仪器的“测压”位置，用嘴轻轻从“+”端吹气，使酒精液面沿测压管缓慢上升，察看液柱内有无气泡，如有气泡，应反复吹吸多次，直至气泡消除为止。单管倾斜压差计调零首先调整仪器底座上的两个调平螺钉9，观察水准指示器内的气泡是否居中，使仪器处于水平。根据待测压差的大小，将倾斜测压管固定在弧形支架相应的位置上，然后顺时针转动三通阀门柄6到“校正”位置，使大容器和倾斜测压管分别与“+”接头和“-”接头隔断，而与大气相通。旋动零位调整旋钮5，使测压管的酒精液面对准“0”刻度线。测压时操作用橡皮管把较大的压力接引到“＋”接管，较小的压力接引到“－”接管。逆时针转动控制阀手动杆到“测压”位置，此时，“＋”接管与大容器相通，“－”接管与测压管相通，如图所示。读取测压管上液面的示值乘以弧形支架的K值，即为所测压力。如果因为待测压力变化，需要改变测压管倾斜角度时，最好重新对零。补偿微压计YJB-2500补偿微压计由微调部分、水准部分、反光镜部分及外壳部分组成。补偿微压计的结构和原理补偿式微压计有大小两个容器2与1，下部用橡皮管9连通。容器2可随读数盘3的转动而上下移动，以调节两容器内的液面高差。当容器1的液面和水准尖7处于同一水平时，从反射镜6中就可以看到水准尖正倒两个影像的尖端恰好相接，如图示。测压时，容器1受到较大的压力作用而液面下降，水准尖高出液面，反射镜中的水准尖正倒影像重叠。这时转动读数盘将容器2升高，直到水准尖正倒影像又恰好相接，即容器1的液面又和水准尖7处于同一水平。容器2的垂直移动距离(从标尺和读数盘读出)，也就是两液面所受的压力差。二、通风阻力测定风流在井巷中作均匀流动时，由于流体层间和流体与井巷壁面之间的摩擦而产生的阻力称作摩擦阻力（沿程阻力）。对于直通风管道，其摩擦阻力为：

L—风道长度，m；U—风道周长，m；S—风道断面积，m2；Q—风量，m3/S。式中—摩擦阻力系数，；当风流流过风道（1-2）段时，为了克服阻力而消耗的能量为：本实验的具体条件是：管道水平放置，两测点之间管道断面相等且没有局部阻力，所以两点间的位压差、速压差均为零，于是：

水平风道通风阻力测定由图可知，用1台压差计测定1-2断面间的静压差，从而得到管道1-2段之间的通风阻力。。三、平均风速测定与风量计算由于空气的粘性和巷道壁面摩擦影响，巷道断面上风速分布是不均匀的。在贴近壁面存在层流运动薄层，其厚度随雷诺数Re的增加而变薄，在层流边层以外，从巷道壁面向巷道轴心方向，风速逐渐增大，呈抛物线分布，如图示。图1紊流中的风速分布风道过流断面平均风速与风量设断面上任一点风速为vi，则巷道断面的平均风速v为：式中S——过流断面积，m2；Q——风道过流风量，m3/s。则风量为：[实验方法]在实验巷道系统中选择一段较长的直风道，其中风流呈均匀流状态。在风道断面上采用等面积网格划分法，在每个网格几何中心布置测点，如图2所示。其中半圆拱断面布置28个测速点，矩形断面布置30个测速点。在测量断面的底部或顶部均匀布置了一排6个测孔，不测时用橡胶圈密封。矩形断面半圆拱断面图2巷道断面风速场测定的测点布置采用皮托管压差计法测定风速分布。即通过测定空气密度和每个测点的动压hvi，求出n个网格中心点的风速为：m/s

然后计算出断面的平均风速为：

m/s由此可确定风量Q=S×ν通风管道的风阻与摩擦阻力系数测算实验管路的断面形状为半圆拱或矩形，如图2所示。半圆拱巷道：断面积S=0.065325m2，周长U=0.971m，当量直径d=0.2691m。网格划分总数n=28个，绝大多数网格面积Si=0.00255m2。矩形巷道：断面积S=0.075m2，周长U=1.1m，当量直径d=0.2727m。网格划分总数n=30个，网格面积Si=0.00255m2测段风道长度LA-B=10.18m，空气密度ρ可参照实验一的结果计算。[实验基本参数]干球温度/℃湿球温度/℃大气压力/Pa空气密度/kg·m-3实验地点当时的空气物理参数测定记录注：采用实验一中的空气密度测定数据[实验数据记录]测点编号测点动压读数hv/mmH2O测点编号测点动压读数hv/mmH2O测点编号测点动压读数hv/mmH2O111212122231323414245152561626717278182891929102030测量断面上各测点速压测定记录测点编号测点风速vi/m·s-1测点编号测点风速vi/m·s-1测点编号测点风速vi/m·s-1111212122231323414245152561626717278182891929102030最大风速vmax/m·s-1平均风速v/m·s-1风速场系数Kv=V/Vmax测量断面上各测点风速计算表通风方式压入式抽出式h静/Pah速（Pa）h全（Pa）检验点压力关系式表1点压力测定结果表2摩擦阻力参数计算结果hfr（Pa）Q（m3