wszystkie rodzaje cisnien, jednostki cisnien i ich przeliczanie, urządzenia te którymi robilismy pomiary, u-rurka, wszystki rodzaje cisnien: stst, dyn, podcisn, nadcisn, cisn prozni, reynolds i wzory z nim zwiazane, równ ciaglosci strugi, Bernulliego, typy wentylatorów, schematy wspolpracy, rodzaje przeplywow

Wentylator - maszyna wirnikowa, która otrzymuje energie mechaniczna za pomocą jednego wirnika lub kilku wirników zaopatrzonych w łopatki, zużytkowuje się ją do otrzymania przepływu czynnika, przy czym wartość przekazywanej pracy na jednostkę masy nie przekracza wartości normatywnej 25 kJ/kg.

Wentylatory są maszynami przepływowymi do transportowania powietrza z pomieszczenia do otoczenia lub odwrotnie, a także innych gazów przez urządzenia technologiczne za pośrednictwem przewodów. Przekazanie energii potrzebnej do pokonania oporów przepływu odbywa się w wirniku.

Podział wentylatorów:

1. ze względu na kierunek przepływu przez wirnik w przekroju merydionalnym

- osiowe

- diagonalne

- promieniowe

- poprzeczne

2. sposób zabudowy wentylatora w instalacji

- ssące

- tłoczące

- ssąco-tłoczące

c) zastosowanie

- ogólnego zastosowania

- transport pneumatyczny

- transport substancji chemicznych

d) wielkość wytwarzanego spiętrzenia

- niskociśnieniowe ∆p_c < 720 Pa

- średniociśnieniowe 720 < ∆p_c <3600 Pa

- wysokociśnieniowe ∆p_c > 3600 Pa

e) rodzaj zastosowanego napędu

- bezpośredni

- sprzęgłowy lub poprzez przekładnie mechaniczne i pasowe

- bezpośredni z silnikiem wewnątrz przepływu

f) rodzaj regulacji wydajności

- dławienie strumienia gazu klapą

- zawirowanie gazu za pomocą kierownicy wlotowej

- zmiana obrotów silnika za pomocą falowników

g) sposób zasysania czynnika

- zasysanie jedno lub dwustronne

h) ilość wirników w wentylatorze

- jednostopniowe i wielostopniowe

Współpraca wentylatorów:

1. szeregowa

dwa wentylatory o jednakowych wydajnościach dla spiętrzenia zerowego mogą być połączone w ten sposób, że czynnik po przepłynięciu przez pierwszy i uzyskaniu przyrostu ciśnienia dopływa do drugiego, w którym uzyskuje kolejny przyrost.

2. równoległa

dwie maszyny połączone w taki sposób, że czynnik ze wspólnego rurociągu dopływa poprzez rozgałęzienie do każdej z maszyn, uzyskuje w nich przyrost energii, a następnie łączy się we wspólnym kolektorze tłocznym. W punktach rozwidlenia się ssania i zbieżności na tłoczeniu powinno być zachowanie jednakowe ciśnienie po to aby oba wentylatory równo pracowały. Gdyby ciśnienia w pkt rozgałęzień były różne, jenda maszyna przeszkadzała by drugiej, pracując na recyrkulującym pomiędzy nimi powietrzu. Równość ciśnień w ropatrywanych punktach oznacza równość przyrostów energii, z tego wniosku wynikają warunki pracy układu równoległego:

Punkt pracy wentylatora

Wentylator może pracować w różnych punktach swojej charakterystyki ciśnienia w dopuszczalnym z ekonomicznego i eksploatacyjnego punktu widzenia. To w którym punkcie pracuje zależy od oporów instalacji podłączonej do wentylatora. Najlepiej gdy opory instalacji są równe optymalnemu przyrostowi ciśnienia. Oprócz tej równości warunkiem prawidłowego doboru wentylatora do instalacji jest aby wentylator w pkt optymalnym miał jak największą sprawność.

Rzeczywisty punkt pracy leży na przecięciu charakterystyki przyrostu ciśnienia wentylatora z charakterystyką instalacji. Punkt ten ustalony jest samoistnie w czasie pracy wentylatora, gdy wentylator wytworzy przyrost ciśnienia równy oporowi instalacji wymuszającej w niej przepływ. Zatem wentylator musi mieć geopatyczne i kinematyczne możliwości wynikające z rodzaju konstrukcji wirnika aby mogł spowodować oczekiwany przepływy.

Na wykres naniesiono przewidywaną krzywą oporów sieci albo oporów urządzenia, z którym będzie współpracował wentylator. Ma ona kształt zbliżony do paraboli. Praca wentylatora (dmuchawy) ustala się w warunkach równowagi oporów sieci i spiętrzenia całkowitego wytworzonego przez wentylator, co odpowiada punktowi A przecięcia się krzywej oporów sieci z krzywą spiętrzeń ∆p = f(Q) [V^*]. Punkt ten nazwano punktem pracy wentylatora. Wentylator powinien być tak dobrany do sieci, aby jego punkt pracy znajdował się na odcinku charakterystyki odpowiadającym użytecznej pracy.

Optymalny punkt pracy wentylatora przypada w miejscu odpowiadającym maksymalnej sprawności. Należy pamiętać, że wentylator nie powinien pracować w zakresie od wydajności Q = 0 do wydajności odpowiadającej ∆p_max, gdyż w tym zakresie jego praca jest niestabilna - towarzyszą jej wzmożone drgania, połączone z efektami akustycznymi. W zakresie tym leży punkt B, zwany punktem pompowania.

Masowe równanie ciągłości strugi:

Równanie Bernoulliego:

Masowe:

Objętościowe:

Ciężarowe:

Rodzaje przepływów :

• Przepływ stacjonarny (ustalony) jest pojęciem uproszczonym zakładającym, że przepływ w każdym punkcie obszaru zajętego przez ciecz nie zmienia się w czasie. Przy takim założeniu równania opisujące ruch płynu(Naviera-Stokesa i ciągłości przepływu) przybierają prostsze formy.

• Przepływ laminarny (warstwowy) jest pojęciem stosowanym do określenia przypadku, gdy strumień stanowi zespół warstw przemieszczających się jedna względem drugiej bez ich mieszania, a prędkość w każdym punkcie jest jednoznacznie określona. Przy małych prędkościach przepływ cieczy przez gładką rurę jest laminarny, a ze względu na lepkość największa prędkość przepływu jest w środku - wzdłuż osi przekroju podłużnego rury.

• Przepływ turbulentny (wirowy) jest określeniem ruchu warstw cieczy, podczas którego prędkość maksymalna przepływu cieczy przekroczy pewną charakterystyczną dla danego płynu wartość "krytyczną". Następuje wtedy mieszanie cieczy, w efekcie czego powstają wiry - stąd też określenie przepływu turbulentnego, który ze swej natury jest zmienny w czasie. Prędkość przestaje wtedy być wtedy prostą funkcją współrzędnych położenia.

Przepływ laminarny jest to przepływ uwarstwiony (cieczy lub gazu), w którym kolejne warstwy płynu nie ulegają mieszaniu (w odróżnieniu od przepływu turbulentnego, burzliwego). Przepływ taki zachodzi przy małych prędkościach przepływu, gdy liczba Reynoldsa nie przekracza tzw. wartości krytycznej.

Turbulencja, przepływ burzliwy - w mechanice ośrodków ciągłych, reologii i aerodynamice - określenie bardzo skomplikowanego, nielaminarnego ruchu płynów. Ogólniej termin ten oznacza złożone zachowanie dowolnego układu fizycznego, czasem zachowanie chaotyczne. Ruch turbulentny płynu przejawia się w występowaniu wirów, zjawisku oderwania strugi, zjawisku mieszania.

Typowym przykładem utraty stabilności ruchu przez przepływ jest unoszący się znad papierosa dym. Początkowo układa się on w pasma (ruch laminarny), by ok. 10 cm nad papierosem wytworzyć początkowe zawirowania, które w końcu tracą uporządkowana strukturę.

Liczba Reynoldsa - przy jej pomocy można oszacować stosunek sił bezwładności do sił lepkości. Liczba Reynoldsa jest kryterium do wyznaczania charakterystyki przepływu wszelkich płynów nieściśliwych.

Gdzie:

• l - wymiar charakterystyczny

• v - prędkość charakterystyczna płynu

• ρ - gęstość płynu

• μ - lepkość dynamiczna

• ν - lepkość kinematyczna

Bezwymiarowe przedstawienie równań ruchu cieczy nieściśliwej, czyli równań Naviera-Stokesa prowadzi do wniosku, że charakter ruchu płynu jest określony przez wartość tylko jednej liczby: Reynoldsa

Liczba Reynoldsa charakteryzuje charakter przepływu. Dla przepływu płynu przez rurę, gdzie za v przyjmuje się średnią prędkość przepływu, a za l średnicę rury, zbadano doświadczalnie, że w przybliżeniu dla:

• Re<2300 - przepływ laminarny (uporządkowany)

• 2300<Re<4000 - przepływ przejściowy (częściowo burzliwy)

• Re>4000 - przepływ turbulentny (burzliwy)

Podane granice obszarów są umowne i zależą od cytowanych źródeł. Dla innych przepływów niż w rurach podanie podobnych granic jest również możliwe. Nie istnieją jednak ich uniwersalne wartości, ponieważ zależą od tego co zostanie uznane za "charakterystyczne" w odniesieniu do wielkości v i l (w przypadku płynów ściśliwych także ρ, a dla płynów nienewtonowskich μ).

Ciśnienie:

Ciśnienie dynamiczne to jednostkowa siła powierzchniowa, jaką przepływający płyn wywiera na ciało w nim się znajdujące.

Do pomiaru ciśnienia dynamicznego służy rurka Pitota lub rurka Prandtla.

Wartość ciśnienia dynamicznego to różnica między ciśnieniem całkowitym i ciśnieniem statycznym.

W równaniu Bernoullego

Człon określa ciśnienie dynamiczne.

Ciśnienie statyczne - jest to jednostkowa siła powierzchniowa, z jaką działają na siebie dwa stykające się elementy przepływającego lub będącego w spoczynku płynu, które znajdują się w danej chwili w rozpatrywanym punkcie przestrzeni.

Ciśnienie statyczne - siła, z jaką powietrze wywiera nacisk na jednostkę powierzchni ścianki ciała będącego w spoczynku. W przypadku, gdy ciało znajduje się w ruchu równolegle do napływających strug, siła ta działa prostopadle do powierzchni przedmiotu.

Ciśnienie dynamiczne - siła, z jaką powietrze wywiera nacisk na powierzchnie ciała, w przypadku prostopadłego ustawienia ścianki ciała do napływających strug. Ciśnienie dynamiczne pochodzi od energii kinetycznej cząstek powietrza, jaką mają one w ruchu. Zależy ono od kwadratu prędkości cząstek powietrza i wyraża się wzorem:

Dla lepszego zrozumienia różnic miedzy ciśnieniem statycznym a dynamicznym, poniżej przedstawię sposoby pomiaru ich wartości. Ciśnienie dynamiczne mierzymy ustawiając wylot urządzenia pomiarowego na napływające strugi, czyli równolegle do nich. Natomiast ciśnienie statyczne ustawiając wylot urządzenia pomiarowego prostopadle do strug (rys.2).

W zależności od przyjętego ciśnienia odniesienia wyróżniamy następujące rodzaje ciśnieniomierzy:

absolutne - do pomiaru ciśnienia absolutnego,

różnicowe - do pomiaru różnicy ciśnienia,

manometry - do pomiaru nadciśnienia,

wakuometry - do pomiaru podciśnienia,

manowakuometry - do pomiaru nadciśnienia i podciśnienia,

Przyrządy do pomiaru cieśnienia:

Manometr cieczowy dwuramienny (u-rurka)

Przyrząd elementarny stanowi szklana, wygięta w kształcie litery U rurka o pio­nowych ramionach wypełnionych częściowo cieczą manometryczną o znanej gęstości
. Manometr ten mierzy różnicę ciśnień działających na swobodne powie­rzchnie cieczy w rurkach.

Z równania równowagi sił dla przekroju A-A (rys. 4) różnica ciśnień wynosi

                                             

Manometr z rurka pochyłą

W celu zwiększenia dokładności pomiaru małych ciśnień rzędu kilkudziesięciu paskali, stosuje się manometry z rurką pochyłą. Zastosowanie rurki pochyłej umożliwia zwiększenie dokładności odczytu przemieszczeń słupa cieczy manometrycznej, ponieważ wysokość h mierzy się za pośrednictwem długości słupa cieczy l. h = l sinα

Błąd pomiaru przy posługiwaniu się manometrem z rurką pochyłą maleje wraz z malejącym α

Manometr ten może służyć do pomiaru nadciśnienia, podciśnienia oraz różnicy ciśnień. Nadaje się on szczególnie do współpracy z rurkami spiętrzającymi. Jest także przystosowany do pomiaru ciśnień dynamicznych.

Mikrometr kompensacyjny (mikromanometr Askania)

Przyrząd do pomiaru małych wysokości słupa cieczy z dużą dokładnością. Przed rozpoczęciem pomiarów należy zwrócić uwagę na poprawne i dokładne nastawinie przyrządów według poziomicy.

Manometr pierścieniowy

Mierzoną różnicę ciśnień równoważy ciśnienie hydrostatyczne cieczy manometrycznej - mierzy się Janek nie różnicę poziomów, lecz kąt wychylenia przyrządu z położenia równowagi początkowej. Wychylaniu słupa cieczy towarzyszy zakłócenie równowagi statycznej przyrządu zaś nowe położenie równowagi jest funkcja różnicy ciśnień.

∆p = p₁ - p₂ = qhg

R - promień pierścienia; A - przekrój wewnętrzny

Ciśnienie manometryczne P_m - jest to różnica ciśnienia absolutnego i ciśnienia otoczenia, którym najczęściej jest ciśnienie atmosferyczne, wskazywane przez barometr. Ciśnienie manometryczne może przyjmować wartości większe od zera i wówczas mówi się o nadciśnieniu lub wartości mniejsze od zera i wówczas mówi się o podciśnieniu lub tzw. „próżni".

Ciśnienie wywierane przez słup powietrza atmosferycznego nosi nazwę ciśnienia barometrycznego (atmosferycznego) i oznaczane jest przez P_b.

Podciśnienie - różnica między ciśnieniem atmosferycznym a ciśnieniem bezwzględnym w przypadku, gdy jest ono mniejsze od atmosferycznego

Nadciśnienie - różnica między ciśnieniem bezwzględnym a ciśnieniem atmosferycznym w przypadku, gdy jest ono większe od bezwzględnego

Jednostki ciśnień:

1 bar = 10⁵ Pa = 10⁶ dyn/cm² = 1,019716 kG/cm² = 9,86923 × 10^-1 atm = 7,50062 × 10² Tr = 1,01974 × 10⁴ mm H₂O

jednostka ciśnienia

oznaczenie

Pa (SI); [Pa] = [N * m^-2]

inne jednostki

milimetry słupa rtęci

mm Hg

133,322

1,33322hPa;
1/760atm

atmosfera fizyczna

atm

1,01325 * 10⁵

1013,25hPa;
14,696psi

atmosfera techniczna

at

9,80665 * 10⁴

980,665hPa

bar

bar

10⁵

1000hPa

funt na cal kwadr., lb/in²

psi

6.8927 * 10³

0,06893bar;
0,068025atm

tor

Tr

133,322

1mm Hg;
1/760atm

Rurka Prandtla - przyrząd do pomiaru prędkości przepływu płynu poprzez pomiar ciśnienia w przepływającym płynie (cieczy oraz gazów). Składa się on z dwóch osadzony w sobie rurek, z czego pierwsza wewnętrzna służy do badania ciśnienia całkowitego płynu, natomiast zewnętrzna do badania ciśnienia statycznego.

Rurka poprzez otworek na półkukistym nosku rurki mierzy ciśnienie całkowite p₁ (ciśnienie spiętrzenia), a poprzez otwór w powierzchni bocznej oddalony od przodu rurki, ciśnienie statyczne p₂.

Dla płynów nieściśliwych prędkość oblicza się ze wzoru:

Wzór ten można też stosować dla gazów przepływających z niewielką prędkością.

Dla gazów w tym i dla powietrza stosuje się wzór:

gdzie:

• k - wykładnik adiabatyczny (dla powietrza 1,4),

• R - stała gazowa,

• g - przyspieszenie ziemskie

• T - temperatura gazu

Wzoru tego nie można stosować dla przepływów naddźwiękowych.

Ciśnienie całkowite = ciśnienie statyczne + ciśnienie dynamiczne.

Rurka Pitota - najprostsze urządzenie do pomiaru prędkości płynu, oparte na zastosowaniu równania Bernoulliego. Była ona używana pierwotnie do pomiaru prędkości rzek.

W zastosowaniu do pomiaru prędkości nurtu rzeki jest to rurka szklana zgięta pod kątem 90° i zwrócona wlotem pod prąd. Drugie ramię rurki jest pionowe; ustala się w nim słup wody o wysokości H względem nieodkształconego zwierciadła wody.

Zwężka Venturiego jest przyrządem służącym do pomiaru prędkości przepływu cieczy lub gazu. Zasada jej działania jest idealną ilustracją prawa Bernoulliego:

W pewnym miejscu kanału, w którym z prędkością v przemieszcza się płyn (gaz lub ciecz), znajduje się przewężenie o znacznie mniejszym przekroju. Z prawa Bernoulliego, oraz warunku ciągłości przepływu, wynika, że kwadrat prędkości płynu przed zwężką jest wprost proporcjonalny do różnicy ciśnień przed zwężką i na niej. W klasycznej zwężce Venturiego w celu pomiaru wykorzystuje się barometr różnicowy. Obecnie w celach pomiarowych wykorzystuje się działające na tej samej zasadzie kryzy.

---