1. Wprowadzenie

Przy danej prędkości średniej gazu ν_śr (m/s) i znanym polu przekroju kanału wentylacyjnego S (m²) wydatek gazu, czyli ilość gazu przepływającego przez kanał w jednostce czasu w m³/s można wyznaczyć z zależności:

V = ν_śr S

Walec Thomasa służy do pomiaru wydatku powietrza chłodzącego metodą kalorymetryczną. Metoda kalorymetryczna polega na tym, że w pewnym przekroju kanału wentylacyjnego wprowadza się źródło ciepła o znanej mocy P watów i mierzy temperatury gazu przed tym przekrojem t₁ [°C] i za przekrojem t₂ [°C]. Walec Thomasa (rys poniżej) jest to walec o gładkiej powierzchni wewnętrznej, który ma w środku umieszczony opornik grzejny R_g, a w pewnych odległościach od tego opornika są umieszczone oporniki R₁ i R₂, służące do pomiaru temperatur.

Opornik R_g jest zasilany mocą P ze źródła napięcia stałego lub przemiennego – za pośrednictwem urządzenia do pomiaru mocy. Oporniki R₁ i R₂ stanowią dwie gałęzie mostka pomiarowego, którego pozostałymi gałęziami są oporniki R₃ i R₄ i połączony z nimi opornik równoważący r. Oporniki R₁ i R₂ walca są wykonane w postaci siatek z cienkiego drutu. Dzięki temu R₁ omywany przez gaz na wlocie uzyskuje temperaturę t₁ równą temperaturze gazu. Następnie gaz podgrzany ciepłem wydzielonym na oporniku R_g ( o mocy P ) omywa opornik R₂. Dzięki temu opornik R₂ ma temperaturę t₂ równą temperaturze gazu podgrzanego. W ustalonym stanie cieplnym moc pobrana przez R_g zostaje przekazana do gazu. Znając wartość mocy P dostarczonej do opornika R_g oraz temperatury t₂ i t₁ oporników R₁ i R₂ można ze wzoru :

, gdzie: C_p – ciepło właściwe gazu w W*s/(m³*K)

obliczyć wydatek gazu lub ze wzoru :

Różnicę temperatur t₁ – t₂ wyznacza się na podstawie różnicy rezystancji R₂ – R_2t. Rezystancje pomiarowe R₁ i R₂ powinny być sobie równe. Rezystancja mostka r służy do każdorazowego zrównoważenia mostka. Na początku pomiaru przed załączeniem źródła mocy na rezystancję grzejną przepuszcza się przez walec strumień mierzonego gazu o ustalonej temperaturze. Po ustaleniu się temperatur równoważy się mostek. Wtedy :

Następnie załącza się źródło mocy na opornik grzejny i po ustaleniu się temperatur równoważy się ponownie mostek przez zmianę rezystancji r ustalając pewną wartość r_t. Rezystancja pomiarowa na wyjściu ma pewną wartość R_2t, a rezystancja pomiarowa na wejściu ma wartość niezmienną R₁, przy czym

Przyrost rezystancji pomiarowej na wyjściu

,

a przyrost temperatury :

Znając powyższe zależności łatwo wyznaczymy wydatek gazu V.

Ze względu na dokładność pomiarów optymalny przyrost temperatury, wg danych literaturowych, powietrza w walcu wynosi od 3 do 8 (°C), a najkorzystniejsza prędkość powietrza = (1 do 10)m/s.

Dopuszczalna moc siatki grzejnej = 2500W. Siatka zasilana jest z jednofazowej sieci prądu przemiennego.

2. Przebieg ćwiczenia

Należy dokonać rozruchu silnika bocznikowego, a następnie regulując prąd wzbudzenia doprowadzić go do znamionowej prędkości obrotowej.

Przed przystąpieniem do pomiarów należy również uzyskać równowagę mostka.

Odczytać wartości rezystancji R₃ i R₄.

Pomiary wykonujemy dla różnych przypadków:

a) Przy stałej prędkości obrotowej i różnych wartościach mocy,

b) Dla różnych prędkości i przy stałej wartości mocy.

Obliczanie wydatku gazu w celu wyznaczenia charakterystyki V = f(n)

Wzory do obliczeń :

a) Wydatek obliczamy :

gdzie C_p =1013 [ J/(kg*deg )]

b) Przyrost temperatury obliczymy :

gdzie a = 0,0039 [1/1°C]

c) Rezystancję grzejną r_t obliczymy przy P ¹ 0 po przekształceniach :

, więc

gdzie : R₂ - jest rezystancją drugiej siatki zmieniającej się przez równoważący mostek rezystancję R₄, R_2t – rezystancja pomiarowa na wyjściu

d) R₂ obliczymy przy P = 0 [W] ze wzoru :

Obliczanie prędkości powietrza chłodzącego w celu wyznaczenia charakterystyki v = f(n).

gdzie:

V – wydatek gazu ;

S – pole przekroju poprzecznego walca

S = 0,124 [m²]

r = 0,137 [m]

h = 1,05 [m]