LABORATORIUM Z TERMODYNAMIKI
TEMAT : BADANIE WENTYLATORA
1.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
2. Opis stanowiska badawczego :
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.
3. 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 ηp.=0,95 )
sprawność energetyczna wentylatora :
4.Wyniki pomiarów i obliczeń :
data przeprowadzenia badania : 1998-01-06
ciśnienie otoczenia 744 [mm Hg] :
98409 [Pa]
temperatura otoczenia :
12 [°C ]
Tot=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 ηp.=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 |
Przyjęte oznaczenia w tabeli :
pm-ciśnienie przed zwężką
pz- ciśnienie bezwzględne przed zwężką
T- temperatura
ν- objętość właściwa
V- strumień objętości
V0- strumień zredukowany do parametrów na ssaniu
Δ pc- spiętrzenie całkowite
n - obroty silnika
F - siła na dzwigni
Nes- moc efektywna silnika
Nen- moc efektywna wentylatora
η- sprawność energetyczna wentylatora
WNIOSKI I UWAGI :
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 12 %. Ewentualnie błędy związane z otrzymanym wynikiem obliczonej sprawności mogły wynikać z pewnych zaokrągleń wyników podczas obliczeń .Ma to jednak niewielki wpływ na końcowy wynik .
WYKRESY CHARAKTERYSTYK WENTYLATORA
SERIA 1: Wykres zależności Nen = f (
)
SERIA 2 : Wykres zależności η = f (
)
SERIA 3: Wykres zależności Δpc = f (
)
POLITECHIKA OPOLSKA
WYDZIAŁ MECHANICZNY
2
OPOLE 1998