Материал: Бекнев В.С. Газовая динамика газотурбинных и комбинированных установок учеб. пособие

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.

острыми без фасок и заусенцев. Высоту отверстия надо выпол­

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

352

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

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

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

354

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),

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

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 :

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

356

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

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

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.

357