Politechnika Warszawska

Wydział Inżynierii Środowiska

wentylacja - laboratorium

Badanie charakterystyki wentylatora.

Wykonali: Bartłomiej pająk

mateusz wiechetek

daniel wiśniewski

GRUPA: COWiG 1

Warszawa, 11 kwietnia 2011 r.

I Wstęp teoretyczny

Pojęcia wentylatora

Wentylatory są maszynami roboczymi, które przetwarzają energię mechaniczną przekazaną im przez wał silnika napędowego na energię potencjalną (ciśnienia) i energię kinetyczną powietrza. Pod względem konstrukcyjnym wentylatory dzielą się na promieniowe i osiowe. W maszynach promieniowych kierunek przepływu czynnika zmienia się z równoległego na prostopadły, natomiast w osiowych przepływ jest równoległy do osi wirnika.

Podstawowe wielkości charakteryzujące pracę wentylatorów

1. objętościowe natężenie przepływu (V) - określa objętość transportowanego czynnika w czasie. Określany strumieniem objętości, który należy odnieść do warunków normalnych lub strumieniem masy czynnika niezależnym od panujących warunków.

2. spiętrzenie całkowite wentylatora (Δp_c) - różnica pomiędzy ciśnieniem tłocznym a ssawnym (uwzględnia prędkości gazu).

3. spiętrzenie statyczne wentylatora (Δp_c) - różnica pomiędzy ciśnieniem tłocznym a ssawnym bez uwzględnienia prędkości gazu.

4. spręż (p_t/p_s) - iloraz ciśnienia całkowitego w przekroju tłocznym do ciśnienia całkowitego w przekroju ssawnym.

Rodzaje charakterystyk wentylatorów

Celem badania wentylatorów jest sporządzenie ich charakterystyk. Przyrost ciśnienia, sprawność i moc pobierana przez wentylator przy stałych obrotach zmienia się wraz z jego wydajnością. Zależność przyrostu ciśnienia, zużycia mocy oraz sprawności wentylatora od strumienia objętości transportowanego czynnika przy niezmiennej prędkości

obrotowej i niezmiennych parametrach termodynamicznych nazywana jest pełną charakterystyką wentylatora.

Charakterystykę wentylatora podaje się w następującej postaci:

a) charakterystyka podstawowa, wiążąca spiętrzenie całkowite (lub statyczne wentylatora) ze

strumieniem objętości tłoczonego płynu - Δpc = f(V)

b) charakterystyka sprawnościowa wiążąca sprawność wentylatora ze strumieniem objętości

tłoczonego płynu - ηwent = f(V)

c) charakterystyka mocy, wiążąca ze sobą zmiany mocy wentylatora ze strumieniem objętości

tłoczonego płynu - P = f(V)

Charakterystyka eksploatacyjna wentylatora

Ważną od strony praktycznej funkcją, łączącą podstawowe parametry wentylatora (tj. moc,

strumień objętości czynnika, prędkość obrotowa wału wentylatora, spiętrzenie całkowite) jest

następująca zależność:

II Schemat stanowiska pomiarowego:

III Obliczenia

Przy 5,6 i 7 pomiarze ciśnienia całkowitego na przewodzie tłocznym Δp_c2 użyto mikromanometru Recknagla. Wartość ciśnienia w tym punkcie obliczono ze wzoru:

[Pa]

gdzie:

l - długość słupa cieczy manometrycznej [mm],

n - przełożenie manometru,

ρ_m - gęstość cieczy manometrycznej [g/cm³],

ρ_i - gęstość płynu impulsowego [g/cm³]

g - przyspieszenie ziemskie, przyjmujemy 9,81 m/s².

W naszych obliczeniach wpływ gęstości płynu impulsowego pomijamy (ρ_i = 0). Cieczą manometryczną jest alkohol etylowy, a jego gęstość przyjmujemy ρ_m = 0,76 g/cm³.

Przykładowe obliczenie dla pomiaru nr 5 :

Moc oddaną do powietrza obliczono ze wzoru:

[W]

gdzie:

Δp_c - ciśnienie całkowite na wentylatorze [Pa],

V - strumień objętości powietrza [m³/s].

Strumień objętości powietrza obliczono w następujący sposób:

[m³/s]

d_s - średnica króćca ssawnego [m]

a prędkość obliczono, przekształcając wzór na ciśnienie dynamiczne:

[Pa]

[m/s]

ρ - gęstość powietrza, odczytano z nomogramu przy danej temp. otoczenia i wilgotności otoczenia. Wynosi ona 1,17 kg/m³.

Przykładowe obliczenia dla pomiaru 1:

Moc na wale wentylatora obliczono w następujący sposób:

[W]

gdzie:

M - moment obrotowy silnika wentylatora [Nm],

n - prędkość obrotowa wału wentylatora [obr./min],

m - masa obciążników na szali [kg],

r - ramię, do którego przyłożona jest siła ciężkości odważników [m],

g - stała przyspieszenia ziemskiego [m/s²].

Dla pomiaru 1:

Moc elektryczną dostarczaną do silnika elektrycznego obliczono z zależności:

[W]

gdzie:

U - napięcie prądu zasilającego silnik wentylatora [V],

I - natężenie prądu zasilającego silnik wentylatora [A],

φ - kąt przesunięcia fazowego pomiędzy napięciem a natężeniem. Przyjmujemy φ=0.

Dla pomiaru 1:

Sprawność układu obliczono jako stosunek mocy przekazanej powietrzu do mocy elektrycznej dostarczonej do silnika wentylatora:

[-]

Dla pomiaru 1:

Sprawność wentylatora obliczono jako stosunek mocy przekazanej powietrzu do mocy na wale wentylatora:

[-]

Dla pomiaru 1:

Oto obliczone wielkości wszystkich pomiarów:

L.p.	pc1	ps1	pc2	m	U	I	n	∆pc	pd	w	V	Pv	Pwał	Pel	ηukł	ηwent
-	Pa	Pa	Pa	g	V	A	obr/min	Pa	Pa	m/s	m3/s	W	W	W	-	-
1	-70,6	-119,3	42,2	320	143	1,9	1044	107,6	48,7	9,124	0,711	76,51	176,75	271,70	28,2	43,3
2	-65,4	-110,2	70,3	321	143	1,95	1048	127,4	44,8	8,751	0,682	86,88	177,89	278,85	31,2	48,8
3	-57,1	-94,6	112,3	327	143	1,95	1053	154,1	37,5	8,006	0,624	96,15	182,08	278,85	34,5	52,8
4	-41,8	-69,4	179,3	330	144,5	1,95	1058	202,8	27,6	6,869	0,535	108,56	184,62	281,78	38,5	58,8
5	-23,5	-38,4	231,1	290	145	1,95	1062	243,2	14,9	5,047	0,393	95,65	162,86	282,75	33,8	58,7
6	-12,1	-19,9	257,2	250	144	1,7	1069	259,9	7,8	3,651	0,285	73,96	141,32	244,80	30,2	52,3
7	-2,7	-4,4	268,4	188	144	1,4	1070	268,4	1,7	1,705	0,133	35,66	106,37	201,60	17,7	33,5

Wykresy charakterystyki wentylatora:

IV Wnioski

Wykresy charakterystyki badanego wentylatora przedstawiono w zakresie strumienia objętości powietrza z przedziału od 0,133 do 0,711 m³/s.

Z wykresu charakterystyki sprawności wentylatora od jego wydajności odczytano największą sprawność, jaką wentylator może osiągnąć. Przy strumieniu objętości powietrza wynoszącym 0,455 m³/s, wartość sprawności wynosi około 60%. Dla tej wartości strumienia powietrza spiętrzenie całkowite wynosi 223 Pa, a moc pobierana przez wentylator wynosi około 173 W.

Średnia wartość sprawności dla małych wentylatorów wynosi około 30-60 %, więc otrzymana w doświadczeniu sprawność, wynosząca 60% można uznać za dobrą.