Определение малых скоростей движения воздуха Скорость движения воздуха на рабочем месте является одним из существенных параметров метеорологических условий. Известно, что для ее измерения применяют анемометры – чашечные и крыльчатые. Чашечные применяют при измерениях больших скоростей (до 35 м/сек) и в условиях часто меняющихся направлений или турбулентности воздушных потоков. При измерениях скоростей в пределах 0,5-10 м/сек пользуются крыльчатыми анемометрами. Для измерения малых скоростей (<0,5 м/сек) применяют микроанемометры, электроанемометры и кататермометры. Цель работыОзнакомление студентов с устройством и методикой измерения малых скоростей движения воздуха с помощью кататермометров. Кататермометр представляет собой спиртовой термометр с цилиндрическим или шаровым резервуаром внизу, который переходит в капилляр с расширением в его верхней части. Шкала кататермометра проградуирована от 35 до 38 0С в цилиндрическом приборе и от 33 до 40 0С в шаровом, так что средняя точка шкалы равна 36,5 0С. Действие кататермометра основано на охлаждении его резервуара в зависимости от метеорологических условий среды, в частности от скорости движения воздуха. Порядок выполнения работы Перед наблюдениями кататермометр погружают в воду, температура которой 65-75 0С и выдерживают его до тех пор, пока спирт не заполнит примерно половину или немного более верхнего расширения капилляра. При этом следят за тем, чтобы в капиллярной трубке не оставалось пузырьков воздуха. Затем кататермометр тщательно вытирают досуха и подвешивают вертикально в исследуемом месте так, чтобы он не качался. Установив кататермометр, следят за его охлаждением и по секундомеру отмечают время t, в течении которого кататермометр охладится от температуры Т1 до Т2. Температуры Т1 и Т2 обязательно надо выбирать так, чтобы т.е. можно наблюдать охлаждение кататермометра от 40 до 33 0С, от 39 до 34 0С, от 38 до 35 0С. При каждом понижении температуры с 38 до 35 0С кататермометр теряет постоянное количество тепла. Для каждого прибора предварительным тарированием находят фактор F, определяющий теплоотдачу в милликалориях с 1 см2 поверхности нижнего резервуара при указанном охлаждении кататермометра. Величина F обозначена на приборе. Константа кататермометра Ф, определяющая величину теплоотдачи при охлаждении на 1 0С, равна В зависимости от внешних условий (температура воздуха и его подвижности) скорость охлаждения сухого кататермометра различна. Зная время t, в течении которого произошло охлаждение, можно путем деления фактора Ф на время t определить охлаждающую силу воздуха Н, т.е. количество тепла, теряемого кататермометром при данных условиях воздушной среды в единицу времени. В том случае, когда наблюдают охлаждение кататермометра от Т1=38 0С до Т2 =35 0С, величина охлаждающей силы Н вычисляется по формуле: Когда наблюдают охлаждение кататермометра от Т1 = 40 до Т2 = 33 (или от Т1 =39 до Т2 =34 0С), Н вычисляют по формуле: Во всех случаях необходимо производить 3-5 измерений и вычислять среднее значение. Для определения скорости движения воздуха необходимо знать разность Q между средней температурой прибора во время опыта (36,5) и средней температурой воздуха где Q1 – температура воздуха, измеряемая в начале опыта, 0С Q2 - температура воздуха, измеряемая в конце опыта, 0С Затем определяют отношение H/Q и по таблице 1 находят соответствующее значение скорости движения воздуха V. При работе с цилиндрическим кататермометром для определения скорости движения воздуха можно пользоваться следующими формулами: Пример №1 Предположим, что наблюдают падение высоты спиртового столбика от деления 40 до деления 33. Время спадения равно 4 мин 16 сек (256). Средняя температура воздуха во время опыта равна Значит Q = 36,5-22=14,5 0С Пусть фактор кататермометр F = 621, тогда константа кататермометра Ф=621/3=207. Вычисляем величину охлаждающей силы воздуха
Определяем отношение
Из таблицы 1 находим V = 0,14 м/сек
Примечание: обе разновидности кататермометров могут применяться только когда температура воздуха и окружающих поверхностей не выше 29 0С.
Пример №2 Допустим, что наблюдается спадание спиртового столбика от деления 38 до деления 35. Время спадения 1 мин 48 сек (108 сек). Средняя температура воздуха во время опыта равна Следовательно, Q = 36,5-22=14,5 0С Пусть фактор кататермометра F = 621 Вычислим величину охлаждающей силы воздуха Определяем отношение
Из таблицы 1 находим V = 0,16 м/сек Таблица 1
H/Q |
V |
H/Q |
V |
H/Q |
V |
0,33 |
0,048 |
0,5 |
0,44 |
0,67 |
1,27 |
0,34 |
0,062 |
0,51 |
0,48 |
0,68 |
1,31 |
0,35 |
0,077 |
0,52 |
0,52 |
0,69 |
1,35 |
0,36 |
0,09 |
0,53 |
0,57 |
0,7 |
1,39 |
0,37 |
0,11 |
0,54 |
0,62 |
0,71 |
1,43 |
0,38 |
0,12 |
0,55 |
0,68 |
0,72 |
1,48 |
0,39 |
0,14 |
0,56 |
0,73 |
0,73 |
1,52 |
0,4 |
0,16 |
0,57 |
0,8 |
0,74 |
1,57 |
0,41 |
0,18 |
0,58 |
0,88 |
0,75 |
1,60 |
0,42 |
0,2 |
0,59 |
0,97 |
0,76 |
1,70 |
0,43 |
0,22 |
0,6 |
1,0 |
0,77 |
1,70 |
0,44 |
0,25 |
0,61 |
1,03 |
0,78 |
1,75 |
0,45 |
0,27 |
0,62 |
1,07 |
0,79 |
1,79 |
0,46 |
0,3 |
0,63 |
1,11 |
0,8 |
1,84 |
0,47 |
0,33 |
0,64 |
1,15 |
0,81 |
1,89 |
0,48 |
0,36 |
0,65 |
1,19 |
0,82 |
1,94 |
0,49 |
0,4 |
0,66 |
1,22 |
0,3 |
1,98 |
|
|
|
|
0,84 |
2,03 |
Примечание: скорость движения воздуха определялась по формуле
где при V ≤ 1 м/сек А = 0,29; В = 0,903, К = 1,994, а при V > 1 м/сек А = 0,29; В = 0,366, К = 0,174
Результаты опытов занести в таблицу 2
Таблица 2
№ опытов |
Место измерения |
Выбранный диапазон температур Т1-Т2, 0С |
Время охлаждения от Т1 до Т2 (сек) |
Средняя температура воздуха 0С |
Разность Q 0С |
Охлаждающая сила воздуха Н, мкал/см2сек |
Н/Q |
Скорость воздуха м/сек |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|