Temat: Badanie charakterystyki przepływowej wentylatora

- profil prędkości w przewodzie wentylacyjnym

1. Cel i zakres ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest:

- zapoznanie się z metodami pomiaru ciśnień i przepływów w przewodzie wentylacyjnym,

- wyznaczenie profilu prędkości w przewodzie wentylacyjnym

Wprowadzenie

Wentylatory należą do grupy maszyn przepływowych służących do przetłaczania i sprężania

par i gazów. Spiętrzenie całkowite pc sprężanego czynnika nie przekracza 13 kPa (ok.1300 mm

H2O). Proces przekazywania energii w wentylatorze odbywa się w sposób ciągły podczas , przepływu czynnika przez wirnik. Przetłaczanie oraz przyrost ciśnienia całkowitego zachodzi dzięki dostarczonej pracy zewnętrznej. Wskutek ruchu obrotowego wirnika cząstki gazu

znajdujące się w przestrzeni międzyłopatkowej przemieszczają się w kierunku zależnym od

konstrukcji wentylatora (osiowym, promieniowym). W wyniku tego ruchu powstaje między

łopatkami wirnika podciśnienie, które powoduje zasysanie przez wlot wentylatora kolejnych

cząstek gazu. Zgodnie z PN-71/M-43000 wentylatory dzielą się ze względu na kierunek

głównego przepływu czynnika na:

- osiowe,

- promieniowe,

- diagonalne,

- poprzeczne.

Rozkład prędkości w kanale jest uzależniony od oddziaływania sił stycznych między

ściankami kanału a przetłaczanym gazem. Przebieg formowania się rozkładu prędkości zależy od

rodzaju ruchu. W technice mamy najczęściej do czynienia z przepływem zaburzonym

(turbulentnym). Aby ustabilizować i uporządkować przepływ płynu przez kanał stosuje się

prostownice strumienia. Znając rozkład prędkości możemy wyznaczyć średnią prędkość w kanale

przez uśrednienie rozkładu prędkości oraz obliczyć natężenie przepływu na danym odcinku

kanału.

2. Opis stanowiska pomiarowego

Rys1. Schemat stanowiska do wyznaczania profilu prędkości

Stanowisko składa się z następujących elementów: 1 - przepustnica dopływowa, 2 - kanał pomiarowy, 3 - prostownica, 4 - manometr ciśnienia statycznego, 5-manometr ciśnienia dynamicznego, 6 - manometr ciśnienia całkowitego, 7 - sonda Prandtla, 8 - kryza pomiarowa, 9 - miernik spadku ciśnienia, 10 - przepustnica odpływowa, 11 - łączniki elastyczne, 12 - wentylator

Budowę stanowiska obrazuje powyższy rysunek. Do napędu stanowiska badawczego służy wentylator promieniowy. Kanałem pomiarowym jest rura PVC o średnicy 94 mm i długości 4m. Na wlocie kanału zamontowano przepustnicę służącą do regulacji natężenia przepływu. 5 cm za nią znajduje się prostownica strumienia, która przyspiesza formowanie się profilu prędkości. Następnym przyrządem jest sonda Prandtla wraz z manometrem cieczowym (5) wskazującym wartość ciśnienia dynamicznego, której zadaniem jest określenie prędkości w kanale. Sonda posiada możliwość zmiany położenia wzdłuż średnicy kanału. Do pomiaru natężenia przepływu przeznaczona jest zwężka pomiarowa z miernikiem przepływu.

W związku z problemami na tym stanowisku pomiary wykonywane były z miernik spadku ciśnienia i manometru mierzącego różnice ciśnienia.

3. Przebieg ćwiczenia

Pierwszym etapem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową stanowiska, z rozmieszczeniem i zakresami pomiarowymi przyrządów pomiarowych oraz z działaniem przepustnicy. Następnie za pozwoleniem prowadzącego ćwiczenie można uruchomić wentylator. Regulując położeniem dźwigni przepustnicy ustawić przepływ dla zadanych wydajności w zakresie od 0÷330 m³/h. Dla ustawionego przepływu dokonujemy odczytu spiętrzenia manometru. Wartości spiętrzeń należy umieścić w tabeli. Po dokonaniu pomiarów należy wyłączyć wentylator.

Tabela pomiarów

Lp.	Wartość ustawiona na mierniku spadku ciśnienia Q	Ciśnienie statyczne P1	Ciśnienie statyczne P2	Ciśnienie dynamiczne P3	Ciśnienie dynamiczne P4	Ciśnienie całkowite P5
1	70	216	217	234	254	16
2	100	200	203	228	244	20
3	140	172	176	220	228	28
4	175	142	148	214	226	40
5	210	110	116	206	218	48
6	245	66	70	200	206	62
7	265	52	54	198	202	66
8	280	26	28	196	198	72
9	290	12	12	194	194	76
10	300	4	4	192	192	80

Gęstość powietrza		ρ	1,16	kg/m^3
Gęstość cieczy manometrycznej		ρm=	820	kg/m^3
Przyspieszenie ziemskie		g=	9,81	m/s^2
Kąt pochylenia manometru			90
Średnica rurociągu		d=	0,1	m
Lepkość kinematyczna powietrza.		=15,1*10^-6 m^2/s

Tabela wyników

Q	L - przed zwężką	L - spadek na zwężce	Ciśnienie przed zwężką	Spadek ciśnienia na zwężce		Prędkość średnia w kanale -	Ciśnienie dynamiczne
m³/h	m	m				m/s
70	0,252	0,238	2027,13	1914,51	164033,1	24,769	14,366
100	0,253	0,224	2035,18	1801,90	234337,7	35,385	20,523
140	0,255	0,211	2051,27	1697,32	328072,8	49,539	28,732
175	0,257	0,188	2067,35	1512,30	410092,7	61,924	35,915
210	0,260	0,164	2091,49	1319,24	492112,5	74,309	43,099
245	0,263	0,144	2115,62	1158,36	574132,4	86,694	50,282
265	0,268	0,122	2155,84	981,39	621006,6	93,772	54,387
280	0,275	0,116	2212,15	933,12	656152,3	99,079	57,465
290	0,278	0,105	2236,28	844,64	679589,4	102,618	59,518
300	0,279	0,08	2244,33	643,53	703026,4	106,157	61,571

L - długość słupa cieczy manometrycznej

Obliczenia

Ze wzoru:
obliczam ciśnienie przed zwężką, oraz spadek ciśnienia na zwężce.

Następnie należy określić:

-za pomocą poniższego wzoru obliczam prędkość przepływów:

- za pomocą poniższego wzoru określam ciśnienie dynamiczne:

- wydatek przepływu powietrza Q (w) dla krytycznej liczby Reynoldsa Re =?. Obliczeń dokonujemy wg wzoru:

gdzie:

w - prędkość średnia,

d= 0,1 m - średnica rurociągu,

υ=15,1*10^-6 m²/s - lepkość kinematyczna powietrza.

WNIOSKI.

Ćwiczenie te nie sprawiło nam dużych problemów, jeżeli chodzi o wykonanie jednak wymagało dużego wkładu pracy i zajęło nam sporo czasu. Dzięki niemu mogliśmy sprawdzić i zauważyć, jaki był przepływ prędkości w przewodzie wentylacyjnym. W ćwiczeniu tym po zapoznaniu się ze stanowiskiem pracowniczym, przyrządami pomiarowymi i działaniem przepustnicy zabraliśmy się za odczytanie pomiarów z manometru. Ta czynność pomogła nam w zapoznaniu się z metodami ciśnień i przepływów w przewodzie wentylacyjnym.

Z wyników obliczeń można zaobserwować, iż prędkość powietrza w kanale wentylacyjnym wzrasta wraz ze wzrostem wydajności wentylatora.

W przypadku ciśnień przed i na zwężce można powiedzieć, że wraz ze wzrostem wydajności i prędkości powietrza spadek ciśnienia na zwężce także wzrasta, a ciśnienie przed zwężką minimalnie rośnie.

Liczba Reynoldsa rośnie wraz ze wzrostem wydajności, podobnie jak i ciśnienie dynamiczne.

6

---