LABORATORIUM Z TERMODYNAMIKI

Temat: Badanie wentylatora.

CEL ĆWICZENIA :

Zapoznanie się z budową i zasadą działania wentylatorów oraz ustalenia w oparciu o wyniki pomiarów wielkości charakteryzujących konkretny wentylator.

Przyrządy pomiarowe :

1. Waga:

zakres pomiarowy : 0-1 kg

działka elementarna : 0,05kg

2. Manometr cieczowy U-rurka :

zakres pomiarowy : 0-1200 mm

działka elementarna : 1 mm

3. Mikromanometr Recknagla ( przed zwężką )

zakres pomiarowy : 0-210 mm

działka elementarna : 1 mm

4. Mikromanometr Recknagla ( za zwężką ) :

zakres pomiarowy : 0-210 mm

działka elementarna : 1 mm

5. Dławnica

zakres pomiarowy : 0-90

działka elementarna : 10

6. Zwężka

średnica zwężki :164 mm

7. Dwa ciężarki :

nr 1 - 300 g

nr 2 - 900 g

Stanowisko badawcze:

Stanowisko badawcze składa się z rurociągu o średnicy 250 mm , w którym zostaje wymuszony przepływ powietrza . Przepływ powietrza wymuszany jest przez wentylator dołączony do rurociągu . Badany wentylator działa w układzie ssąco-tłocznym .W rurociągu zamontowane są : zwężka Venturiego , kryza pomiarowa , rurka Prandla . Przed wentylatorem zamontowana jest kryza pomiarowa i rurka Prandla , a za wentylatorem zwężka Venturiego . Do tych przyrządów są przyłączone manometry cieczowe Recknagla i U-rurka umożliwiające pomiar ciśnienia w odpowiednich miejscach rurociągu . Statyczną różnicę ciśnień za i przed wentylatorem mierzy się za pomocą manometru różnicowego o dokładności 2mm. Ciśnienie strumienia powietrza w rurociągu można regulować przez przymykanie lub otwieranie przysłony o zakresie regulacji od 0 do 90 stopni . Wpływ na strumień powietrza ma także prędkość obrotowa wentylatora . Wentylator napędzany jest przez silnik elektryczny zamocowany wahliwe na podstawie, za pośrednictwem przekładni pasowej o trzech stopniach położenia. Siłę pochodzącą z momentu obrotowego silnika mierzy się przy użyciu wagi.

Podstawowe zależności matematyczne:

stopień rozwarcia zwężki :

liczba przepływu :

stopień zawilżenia powietrza przed zwężką :

stała gazowa :

ciśnienie bezwzględne przed zwężką :

objętość właściwa :

strumień objętości :

współczynnik :

zredukowana objętość strumienia (parametry na ssaniu) :

można przyjąć , że

moc efektywna silnika :

( l = 0,24 m - ramię działania siły )

moc efektywna wentylatora :

( sprawność przekładni mechanicznej η_p.=0,95 )

sprawność energetyczna wentylatora :

Wyniki pomiarów i obliczeń:

ciśnienie otoczenia 744 [mm Hg] :

98409 [Pa]

temperatura otoczenia :

12 [°C ]

T_ot=285 [K]

wilgotność powietrza: 60%

ramię działania siły :

l = 0,24[m]=240 [mm]

sprawność mechaniczna przekładni :

pozostałe dane i wartości obliczone :

D₁=250 [mm]

D₂=250 [mm]

d = 164 [mm]

stopień rozwarcia zwężki :

r = 0,430

liczba przepływu :

= 1,091

stopień zawilżenia powietrza przed zwężką :

=
- przyjęte z tablic dla t = 12 [°C]

stała gazowa :

ciśnienie bezwzględne przed zwężką :

objętość właściwa :

strumień objętości :

współczynnik :

K = 0,035

zredukowana objętość strumienia :

moc efektywna silnika :

n - liczba obrotów silnika przyjęta wg tabliczki znamionowej silnika 2400 [ obr / min ]

( l = 0,24 m - ramię działania siły )

moc efektywna wentylatora :

( sprawność przekładni mechanicznej η_p.=0,95 )

sprawność energetyczna wentylatora :

średnia liczba obrotów silnika n równa się 2400 ( obr / min )

średnia liczba obrotów wentylatora n równa się :

pm [Pa]	pz [hPa]	T [K]						Δpc [Pa]		n [obr/min]	F [kG]	Nes [W]		Nen [W]	η [%]
dla rosnącego otwarcia przepustnicy σ
1254,4	1044,3	285	0,7673		0,078	0,079		980		2400	12,55	742,8		705,6	1,06
1274	1044,5	285	0,7671		0,121	0,122		1097,6		2400	12,45	736,9		700,1	1,9
1166,2	1043,4	285	0,7679		0,130	0,132		1117,2		2400	12,36	731,1		694,6	2,106
833	1040,1	285	0,7704		0,190	0,191		1332,8		2400	12,06	713,7		678,1	3,736
470,4	1036,5	285	0,7731		0,239	0,241		1528,8		2400	11,18	661,5		628,4	5,836
215,6	1033,9	285	0,7750		0,268	0,269		1568,8		2400	9,31	551,2		523,7	8,35
117,6	1032,9	285	0,7757		0,277	0,278		1596,8		2400	7,35	435,2		413,4	10,93
98	1032,7	285	0,7759		0,28	0,28		1626,8		2400	6,18	365,5		347,3	13,11
98	1032,7	285	0,7759		0,28	0,28		1626,8		2400	5,68	365,5		319,7	14,24
dla malejącego otwarcia przepustnicy μ
98	1032,8	285	0,7759		0,28	0,28		1626,8		2400	7,16	423,6		402,4	11,31
98	1032,8	285	0,7759		0,28	0,28		1626,8		2400	7,25	429,4		407,9	11,16
98	1032,8	285	0,7759		0,28	0,28		1626,8		2400	9,22	545,4		518,2	8,78
117,6	1033	285	0,7757		0,274	0,274		1596,8		2400	10,10	597,7		567,8	7,86
362,6	1035,4	285	0,7750		0,253	0,254		1528,8		2400	10,88	644,1		611,9	6,33
715,4	1039	285	0,7731		0,201	0,202		1332,8		2400	11,87	702,1		667,1	4,01
1019,2	1042	285	0,7704		0,144	0,145		1117,2		2400	12,26	725,3		689,1	2,33
1176	1043,6	285	0,7679		0,095	0,096		1097,6		2400	12,26	725,3		689,1	1,52
1244,6	1044,3	285	0,7671		0,078	0,079		980		2400	12,55	742,8		705,6	1,08
Średnia :
									Nen [W]				η [%]
0,7921				980					705,6				1,0868
1,0984				1097,6					694,6				1,7136
1,3908				1117,2					691,8				2,2228
1,9704				1332,8					598,1				3,8767
2,4776				1528,8					598,1				6,0862
2,7209				1626,8					567,8				8,1070
2,7919				1626,8					540,2				9,8599
2,8026				1626,8					377,6				12,1401
2,8026				1626,8					361,1				12,7819

w tabeli :

1. p_m-ciśnienie przed zwężką

1. p_z- ciśnienie bezwzględne przed zwężką

1. T- temperatura

1. ν- objętość właściwa

1. V- strumień objętości

1. V₀- strumień zredukowany do parametrów na ssaniu

1. Δ p_c- spiętrzenie całkowite

1. n - obroty silnika

1. F - siła na dzwigni

1. N_es- moc efektywna silnika

1. N_en- moc efektywna wentylatora

1. η- sprawność energetyczna wentylatora

WNIOSKI:

Celem badania było wyznaczenie charakterystyk wentylatora na podstawie otrzymanych wyników badania . Można wyznaczyć następujące charakterystyki wentylatora : spiętrzenia, mocy efektywnej i sprawności energetycznej . Wyznaczenie tych charakterystyk może służyć do lepszego doboru odpowiedniego wentylatora do odpowiednich warunków pracy lub dobór takich warunków, które zapewniają optymalne wykorzystanie mocy napędowej silnika .

Dzięki takim charakterystykom można ocenić możliwość współpracy szeregowej i równoległej kilku wentylatorów . Charakterystyki takie można uzyskać na drodze badań i prób lub za pomocą przeprowadzonych obliczeń .

Na podstawie dokonanych pomiarów można stwierdzić czy dany wentylator działa poprawnie ,czy wielkości charakteryzujące go są porównywalne z wielkościami podawanymi przez producenta jak również ustalenie na bazie współczynników empirycznych danych pozwalających na prawidłowe projektowanie i przewidywanie charakterystyki wentylatora w różnych warunkach jego działania . Można przeprowadzić również odpowiedni dobór silnika ,który będzie napędzał wentylator i ewentualnie przekładni mechanicznej.

Ustalenie charakterystyk wentylatora pozwala również na zinterpretowanie w jakim zakresie pracy wentylator ma największą sprawność ,a więc w jakim zakresie jest najbardziej wskazane jego użytkowanie . Dla naszych warunków w jakich dokonano badania wentylatora można stwierdzić ,że największą sprawność uzyskuje on w pobliżu wartości strumienia objętości około 1
.

Wentylator był badany w oparciu o podaną średnicę rurociągu wynoszącą 250 [mm]. Po przeprowadzeniu badania i obliczeniu wyników okazało się, iż uzyskano sprawność wentylatora średnio 61 %. Jest to wartość realna do uzyskania . Ewentualnie błędy związane z otrzymanym wynikiem obliczonej sprawności mogły wynikać z pewnych zaokrągleń wyników podczas obliczeń .Ma to jednak niewielki wpływ na końcowy wynik . Sprawność tego typu wentylatorów wynosi od 60 do 90 %. Fakt ten może wskazać na prawidłowo przeprowadzone ćwiczenie . Wykreślone charakterystyki przypominają wzorcowe co dowodzi o poprawnym działaniu całego układu i wentylatora oraz jego dalszej przydatności do badań . Wentylator takiego typu może być wykorzystany do urządzeń kotłowniczych , jako wentylacja, do odpylania, lub do transportu pneumatycznego.

CHARAKTERYSTYKI WENTYLATORA:

SERIA 1: Wykres zależności N_en = f (
)

SERIA 2 : Wykres zależności η = f (
)

SERIA 3: Wykres zależności Δp_c = f (
)

---