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Massenerhaltung und Durchflussmessungen Rate

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Erhaltung der Masse ist eine bekannte physikalische Prinzip, das zusammen mit dem Steuerelement Volumen Ansatz für das Engineering von vielen mechanischen Systemen verwendet wird. Kontrolle-Volumen-Analyse der Massenerhaltung eignet sich besonders, Durchflussmengen für hydraulische Großstrukturen wie Dämme, Kläranlagen oder Wasserleitungssysteme zu schätzen. Diese Methode wird in der Regel als ein erster Schritt, dem Ingenieur geben eine Vorstellung von den dominierenden Masse Austausch in einem System angewendet. Ein Auslassventil, z. B. durch das Gesicht des Dammes konstruiert wird routinemäßig verwendet, um den Fluss des Wassers zu kontrollieren. Da Masse erhalten bleibt, muss die net Massenstrom durch eine Bedienoberfläche und die Änderungsgeschwindigkeit der Masse im Inneren das eingeschlossene Volumen ausgeglichen sein. Dieses Video wird Volumen Steuerungsmethode für Massenerhaltung eine glatte Kontraktion als ein Durchflussmesser kalibrieren gelten erläutern.

Allgemeine Grundsätze der Kontrolle Volume Methode zur Erhaltung der Impulssatz wurden in unserem vorherigen Video diskutiert. Hier zeigen wir diesen Ansatz für die Erhaltung der Masse. Betrachten Sie den Strömungskanal im Schaltplan, bestehend aus einem Radialventilator mit glatten Kontraktion bei der Einnahme. Wie ist die Kontrolle-Volumen-Analyse für die Erhaltung der Masse zu unserem System anzuwenden? Zunächst werfen wir eine imaginäre geschlossene Oberfläche, genannt Steuerfläche, um ein Steuerelement-Band mit einer Region des Flusses zu definieren. Als nächstes schreiben wir die allgemeine Gleichung für die Erhaltung der Masse. Der erste Term der Gleichung stellt die Änderungsgeschwindigkeit der Masse im Inneren der Lautstärke. Dieser Begriff ist Null in unserem Fall, weil die Strömung durch unsere Lautstärke stetig ist. Da die Lautstärke auf das Kontraktion verbunden ist, wird der zweite Term der Gleichung vereinfacht. Dies ist der net Fluss der Masse durch die Steuerfläche. Für unser System die Masse fließt in das Steuervolumen durch Anschluss einer und verlässt das Volumen über Port zwei. Unter der Annahme einer konstanten Flüssigkeitsdichte entlang der Kontraktion und das Skalarprodukt zwischen der Fluidgeschwindigkeit und Bereich Einheitsvektor zu lösen, wird die Gleichung weiter vereinfacht. Da Masse konserviert wird, entspricht der Massenstrom über beide Ports. Als nächstes wissen der Massenstrom und Volumenstrom über einen bestimmten Port, die mittlere Geschwindigkeit für den Port erhalten. Für reibungsfreie Flüssigkeiten ist die Geschwindigkeit am Hafen zwei konstant über den Abschnitt des Hafens. Diese Geschwindigkeit kann mit Hilfe der Bernoulli Gleichung entlang der zentralen Streamline berechnet werden. Benötigen Sie die Bernoulli Gleichung zu überprüfen, können Sie Sie in vorherigen Video beobachten. Der Flüssigkeitsdruck im Hafen einer ist der atmosphärische Druck. Auch davon auszugehen, dass der Fluidgeschwindigkeit im Hafen eine Null ist, da es nahe genug, um die externe, ruhenden Umgebung ist. Dann ist die Geschwindigkeit am Anschluss zwei für eine reibungsfreie Flüssigkeit durch diese Formel gegeben. Das Geschwindigkeitsprofil ist Grundstimmung. In der Realität aufgrund des Wachstums der Grenzschicht strömt eine Flüssigkeit in der Nähe eine feste Wand übernimmt die Flüssigkeit in Kontakt mit der Grenze die Geschwindigkeit der Wand. Mit zunehmendem Abstand von der Wand die Strömungsgeschwindigkeit erholt sich allmählich bis zum Erreichen der Geschwindigkeit des freien Streams. Diese Region der Änderung der Geschwindigkeit in der Nähe einer Wand wird die Grenzschicht genannt und findet wegen der Aktion der Viskosität. Um diesen Effekt zu berücksichtigen, ist die ideale Schätzung mit experimentellen Messungen mit den Abflussbeiwert verglichen. Für ein kreisförmiger Anschluss, wie in unserem Beispiel verwendet kann dieser Koeffizient berechnet werden, wüssten wir das Profil der Radialgeschwindigkeit über den Strömungskanal. Das Geschwindigkeitsprofil kann mit einem Pitot-Statik-Sonde gemessen werden. Wenn Sie das Prinzip einer Pitot-Statik-Sonde überprüfen müssen, können Sie unsere vorherigen Video ansehen. Ein Staurohr bringt den Fluss zum Stillstand, Fernerkundung den Gesamtdruck, die an jedem beliebigen Punkt innerhalb der Flüssigkeit zwei Komponenten hat: eine statische Komponente und eine dynamische Komponente. Die statische Sonde an der Wand erkennt nur der statische Druck. Anwendung der Bernoulli Gleichung im Hafen zwei, die Geschwindigkeit an einer bestimmten Position kann R, innerhalb des Rohres ermittelt werden. Das Geschwindigkeitsprofil erhält man durch durchqueren das Staurohr entlang die radiale Koordinate des Rohres und durch die Messung mit der Drucksensor, der Druckdifferenz. Schließlich kann die Durchflussmenge über Port zwei bestimmt werden, dass mit Hilfe der Abflussbeiwert zusammen mit der Passage Querschnittsfläche und der Druckdifferenz gemessen mit einem zweiten Wandler. Nun, Sie verstehen, wie man Volumen Steuerungsmethode für Massenerhaltung verwenden, um ein Flow-System zu analysieren, wenden Sie diese Methode, ein Strömungskanal zu kalibrieren und den Abflussbeiwert bestimmen.

Bevor Sie das Experiment beginnen, machen Sie sich vertraut mit dem Layout des Labors und die Ausrüstung im Inneren der Anlage. Stellen Sie zunächst sicher, dass gibt es keine Strömung innerhalb der Anlage durch Überprüfung des Hauptschalters. Dann überprüfen Sie, dass der Jet Deckel abgedeckt wird. Nun zunächst das Datenerfassungssystem Einrichtung unter dem Diagramm beschrieben im Abschnitt "Grundsätze". Verbinden Sie den positiven Port des ersten Druckaufnehmer zu überquerenden Staurohr. Der negative Anschluss der Wandler an die statische Sonde der Einnahme Passage anschließen. Daher geben Ihnen direkt die Druckdifferenz PT - P2 die Lektüre dieser Druckaufnehmer. Notieren Sie den Schallkopf Umstellung von Volt auf Pascals. Als nächstes verbinden Sie den positiven Port von der zweiten Drucksensor mit Staurohr mit einem T-Verbindung. Die Atmosphäre überlassen Sie der negative Anschluss der Wandler Open. Die Lektüre dieser Druckaufnehmer wird Ihnen die Druckdifferenz. Notieren Sie den Schallkopf Umrechnungsfaktor von Volt, Pascal. Messen Sie den Fluss Durchgang Radius mit einem Lineal. Auch die Datenerhebung für den Luftdruck und die Temperatur bei Ihnen vor Ort von der National Weather Service-Website. Zeichnen Sie diese Werte in einer Parametertabelle zusammen mit den Werten für die Umrechnungsfaktoren für die zwei Druckaufnehmer. Nun soll das Datenerfassungssystem Probe mit einer Rate von 100 Hertz, für eine Gesamtmenge von 500 Proben um fünf Sekunden an Daten zu erhalten. Sicherstellen Sie, dass der Kanal Null in das Datenerfassungssystem der ersten Drucksensor entspricht. Geben Sie dann den Umrechnungsfaktor im System, die Werte direkt in Pascal zu haben. Nun geben Sie den Umrechnungsfaktor für die zweite Druckaufnehmer, und sicherzustellen Sie, dass diese Druckaufnehmer Kanal 1 in das Datenerfassungssystem entspricht. Festlegen der Pitot-Sonde am Ende seiner Reise, wo es das Rohr Wand berührt. Da die Sonde zwei Millimeter im Durchmesser ist, erfolgt die erste Messung an einer radialen Koordinate einen Millimeter von der Wand weg.

Nachdem das Datenerfassungssystem eingerichtet ist, aktivieren Sie die Fluss-Anlage. Jetzt sind Sie bereit, um die Datenerfassung zu starten. Aufzeichnung der Lesung der zweiten Drucksensor mit einem digitalen Multimeter. Konvertieren Sie dieser Wert von Volt-Einheiten mit der Umrechnungsfaktor Druck auf, und zeichnen Sie es in der Parametertabelle. Verwenden Sie für die aktuelle Position des Staurohr das Datenerfassungssystem um die Druckdifferenz von der ersten Wandler gegeben aufzuzeichnen. Notieren Sie diesen Wert in der Ergebnistabelle. Ändern der radialen Position mit dem traversierende Drehknopf Staurohr. Messen Sie die Druckdifferenz an dieser Position innerhalb der Strömungskanal mit dem Datenerfassungssystem. Wiederholen Sie diesen Schritt für Unterschied radialen Positionen in den Strömungskanal, und notieren Sie die Messwerte in der Ergebnistabelle. Als nächstes ändern Sie die Fließgeschwindigkeit in den Durchgang durch Variation des Systems Entlastung. Zu diesem Zweck werden Platten mit Perforationen mit unterschiedlichen Durchmessern mit der Entlastung des Systems beschränkt den Fluss auf verschiedenen Ebenen platziert. Messung der Druckdifferenz für radiale Positionen innerhalb der Strömungskanal, und wiederholen Sie diesen Schritt für mindestens zehn verschiedene Werte der Durchflussmenge. Am Ende des Experiments denken Sie daran, die Flow-Anlage ausschalten.

In jeder Position, R, der das Staurohr über den Durchmesser der Strömungskanal haben Sie eine Messung der Differenz zwischen Gesamtdruck und statischem Druck. Berechnen Sie für jeden Datenpunkt die Strömungsgeschwindigkeit zu, und geben Sie ihren Wert in der Ergebnistabelle. Wiederholen Sie für alle Datenpunkte in der Tabelle, und zeichnen Sie dann das Geschwindigkeitsprofil in das Rohr. Berechnen Sie jetzt den Abflussbeiwert. Dazu müssen Sie zuerst das Produkt zwischen Geschwindigkeit und Radius in Funktion des Radius zeichnen. Da die Geschwindigkeitsmessungen an diskreten Stellen durchgeführt werden, muss das Integral in der Formel für den Abflussbeiwert numerisch mit beispielsweise die trapezförmige Regel gelöst werden. Als Nächstes berechnen Sie den Abflussbeiwert mit dem Wert des Integrals zusammen mit den Werten, aufgezeichnet in der Parametertabelle für die Flüssigkeitsdichte, den Durchgang Radius und der gemessenen Unterschied zwischen dem atmosphärischen Druck und der statische Druck an Port 2. Wiederholen Sie diese Berechnungen für jeden Satz von Daten, die jeder experimentellen Wert der Durchflussmenge in der Passage. Nun, werfen Sie einen Blick auf Ihre Ergebnisse.

Ein Streudiagramm der Entlastung Koeffizienten für verschiedene Durchflussmengen im Vergleich zu den Werten der Quadratwurzel von eins minus das Druckverhältnis zu machen. Passt eine Potenzgesetz-Funktion, um das Streudiagramm, und eine allgemeine Beziehung zwischen der Abflussbeiwert und das Verhältnis zwischen der saugseitigen an der Strömungskanal und der lokale Luftdruck bestimmen. Als Nächstes ersetzen Sie diese Beziehung in die Gleichung für die Durchflussmenge. Hier kann die Dichte für Komfort in Bezug auf atmosphärischen Druck und Absolute Temperatur mit dem idealen Gas-Gesetz ausgedrückt werden. Dieser Ausdruck des Durchflusses war, so entwickelt, um ihre Gültigkeit unter Änderungen in lokalen atmosphärischen Bedingungen, Durchgang Größe und Einheitensystem zu halten. Zusammenfassend lässt sich sagen um eine Stelle als ein Durchflussmesser kalibrieren ist es notwendig, eine Beziehung zwischen der Fließgeschwindigkeit und eine einfache Maßnahme Variable z. B. Druckdifferenz.

Volume Steuerungsmethode für Massenerhaltung hat eine breite Palette von Anwendungen auf dem Gebiet des Maschinenbaus. Ein Venturirohr ist ein Gerät in beengten fließt zur Durchflussmenge basierend auf Druckänderungen zwischen zwei verschiedenen Abschnitten der Passage herangezogen. In diesem Video vorgestellte Methode kann zur Grenzschicht Effekte im Inneren des Venturi-Rohres korrigieren, und das Gerät Abflussbeiwert bestimmen. Kontrolle-Volumen-Analyse für Massenerhaltung lässt sich die Durchflussmenge für hydraulische Großanlagen zu bewerten, durch den Vergleich der Tiefe des Flusses, vor und nach der Strömung Einschränkungen.

Sie habe nur Jupiters Einführung in die Steuerung-Volumen-Analyse für die Erhaltung der Masse beobachtet. Sie sollten jetzt verstehen, wie man diese Methode zur Messung der Durchflussmenge über einen Strömungskanal und bestimmen den Abflussbeiwert des Systems anwenden. Danke fürs Zuschauen.

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