Указание по проведению работы

1) Ознакомиться с конструкцией установки и принципом ее работы.

2) Экспериментально установить зависимость скорости V воздуха в вентиляторе в зависимости от частоты вращения n колеса, а также зависимость мощности вентилятора от величины n.

3) Изменяя частоту вращения ротора n, для пяти разных скоростей его вращения определить полного и статического давление (n_max брать равным 8000 об/мин). Для измерения полного и статического давление потока воздуха устанавливаются внутрь воздухопровода вентилятора вводятся пневмометрическая трубки, которые подключаются к водяным манометрам. При водяных манометров измеряется статическое и полное давление. Поскольку

, (9.7)

то

, (9.8)

где ρ – плотность воздуха (кг/м³); – динамическое давление (Па).

Давление, уравновешиваемое высотой водяного столба в h=1мм (1 мм в.ст.), соответствует давлению Р = 9,81 Па ≈ 10 Па.

4) Определить скорость воздушного потока V, расход (производительность) вентилятора Q и мощность для тех же скоростей вращения ротора.

5) Определить сечение f трубопровода (воздухопровода). Принимать его как прямоугольник и измерять с помощью линейки.

6) Результаты расчетов и измерений занести в таблицу 9.1.

7) Установить жиклер на выходное отверстие центробежного вентилятора и повторить последовательность п.п. 3–6. Результаты расчетов и измерений занести в таблицу 9.2 аналогичную таблице 9.1. Длина окна жиклера В = 10 мм.

8) Представить в виде графиков зависимости скорости воздушного потока V, расхода Q, мощности N и динамического давления от частоты вращения ротора центробежного вентилятора n, т.е. V=f(n), Q=f(n), =f(n), =f(n) для двух различных проходных сечений воздухопровода центробежного вентилятора.

9) На основании исследования сделать соответствующие выводы.

 

Таблица 9.1

№ п/п	n, об/мин	, Па	, Па	, Па	V, м/с	Q, м3/с	, Вт
…

 

Содержание отчета

1. Цель работы;

2. Краткие теоретические сведения;

3. Электрическая схема управления центробежным вентилятором (см. рис. 9.4) и его конструкция (см. рис. 9.1);

4. Заполненные таблицы 9.1 и 9.2 результатами измерений и вычислений;

5. Расчетные формулы с подстановкой числовых данных и результаты расчетов;

6. Графические зависимости V=f(n), Q=f(n), =f(n), =f(n) при различных скоростях вращения ротора и для двух различных проходных сечений воздухопровода центробежного вентилятора;

7. Выводы по результатам исследований.

Библиографический список

1. Калиушин Н.П. Вентиляторные установки. – изд. 6. – М.: Высшая школа, 1967. – с.136

2. Вильнер Я.М. и др. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидропроводам. – 2-е изд. – М.: Высшая школа, 1985. – с.381

 

 

10. Лабораторная работа №10.
«экспериментальная Проверка уравнения Бернулли в воздушном потоке центробежного вентилятора»

 

Цель работы: Подтвердить экспериментально равенство энергетического баланса (уравнение Бернулли) на примере исследования истечения потока воздуха через диффузор центробежного вентилятора при незначительных перепадах давлений в местных сопротивлениях.

Теоретический раздел

Общее положение

В пневмоприводах энергопередающей средой является газ, в качестве которого выступает обычно сжатый воздух. При своем течении газ протекает через различные приборы, механизмы, детали, устройства и пневмомагистрали, которые классифицируются как местные сопротивления. Кроме местных сопротивлений существуют сопротивления по длине трубопровода, если он имеет круглое сечение. При своем течении по трубопроводу и через местные сопротивлениям газ теряет часть своей энергии, которая определяется, в основном, падением давления и сокращением расхода, однако, согласно закону сохранения энергии энергетический баланс должен сохраняться.

В зависимости от формы и размеров местных сопротивлений, величин давлений, режима течения, уравнения энергетического баланса для газов могут записываться в различных формах, так как совершающий работу газ может существовать, как известно, в нескольких термодинамических состояниях.

Если перепад давлений в местном сопротивлении невелик и числа М потока малы (М=v/a – критерий подобия, выражающейся как отношение скорости потока к скорости звука в том же месте), то можно вести расчеты потерь давлений и расхода в сопротивлениях, пользуясь уравнениями, выведенными для несжимаемой жидкости.

 

Рисунок 10.1 – Схема лабораторной установки

Рассмотрим схему стенда, предлагаемого для испытаний (см. рис. 10.1).

В приведенной схеме в качестве источника энергии используется центробежный вентилятор. Данная машина относится к классу динамических машин, обеспечивающих достаточно высокие расходы, но незначительные напоры, поэтому при отношении А/В =1,3÷2 и числе оборотов n =1000об/мин, понятия газа наблюдаться не будет, а следовательно, в соответствии с приведенным выше уравнением, состояние газа описывается уравнениями несжимаемой жидкости.

В приведенной схеме сопло №1 установлено коаксиально потоку воздуха и воспринимает полное давление Р_{П ,}, регистрируемое водяным манометром. Сопло №2 установлено перпендикулярно потоку и воспринимает статическое давление Р_СТ, которое также регистрируется вторым водяным манометром, причем, поскольку участок диффузора за соплом 2 короткий, неизбежно возникновение эжекторного эффекта, то есть давление в этом сопле будет меньше атмосферного, (отрицательным), что и будет зарегистрировано манометром.

Если рассматривать данную схему без сменного жиклера, то есть без сопротивления препятствующего потоку воздуха, то справедливо следующее уравнение Бернулли для сечения 1-1.

(10.1)

где – динамическое давление в сечении 1-1, равное произведению плотности r воздуха при нормальных условиях и квадрату скорости воздуха в том же сечении, деленному на два. С учетом того, что отрицательное, что уменьшает полное давление в сечении, динамическое давление можно вычислить как разность измеренного полного и статического давлений, то есть

(10.2)

Из равенства (10.1, 10.2) можно определить скорость воздуха в сечении 1-1,

(10.3)

где r – плотность воздуха в нормальных условиях (r = 1,293 кг/м³); 1мм вод. столба = 10Па.

При этом расход воздуха, протекающий через поперечное сечение 1-1, можно подсчитать по формуле:

(10.4)

где S₁ – площадь поперечного сечения, в данном случае прямоугольника со сторонами А = 20 мм и В = 10 мм.

При установке жиклера, который является местным сопротивлением, соотношение давлений в сечении 1-1 изменится.

Задачей данного исследования является доказательство того, что и в этой ситуации сохранится энергетический баланс, который описывается уравнением (10.1).

Иначе говоря, следует доказать, что измеренное в иных условиях статическое давление в сечении 1-1 и вычисленное косвенным образом динамическое давление в сумме должны соответствовать замеренному манометром значению .

Проанализируем ситуацию. Местное сопротивление в виде жиклера создаст препятствие прохождению воздуха наружу, что неизбежно должно сказаться на увеличении статического давления . Вместе с тем, должен сократиться расход воздуха через жиклер в сечении 1-1 – по отношению к первоначальному расходу , что приведет к снижению скорости v₂ потока в сечении 1-1, и к снижению динамического давления .

Расход непосредственным измерением на данном стенде получить невозможно, поэтому следует прибегнуть к теоретическим данным.

При истечении воздуха через диффузор без жиклера объемный расход воздуха , определенный по формуле (10.4), близок к теоретическому. При установке жиклера, объемный расход воздуха меньше теоретического и кратен коэффициенту m, который называется коэффициент расхода и равен отношению действительного расхода к теоретическому – .

В настоящей схеме можно полагать, что:

, (10.5)

тогда расход равен:

(10.6)

Коэффициент m зависит от конкретного местного сопротивления, режима истечения и обычно, находится экспериментально. В некоторых случаях он может быть найден аналитически. Коэффициент расхода для жиклеров находят по формуле

, (10.7)

где – коэффициент потерь давления в местном сопротивлении, в данном случае в жиклере.

Значения коэффициента в основном определяются геометрическими размерами и видом местного сопротивления, рассчитываются по эмпирическим формулам, но чаще их значения получают эмпирически и задают в виде таблиц в специальных справочниках. Ниже приведена выборка из таблицы справочника для случая, аналогичного настоящей лабораторной работы.

 

Таблица 10.1

	Тип жиклера   Отверстие с острыми кромками
		0,2	0,4	0,6	0,8	0,9
	2,01	1,83	1,66	1,26	1,03	0,88

 

Здесь F₀ и F₁ – соответственно площади сечений отверстия жиклера и площади сечения воздуховода до жиклера.

Выбрав по таблице 10.1 соответствующее значение , можно, в соответствии с формулой (10.7), рассчитать коэффициент расхода µ и вычислить значение расхода по формуле (10.6), а также значение скорости в сечении 1-1 по формуле

. (10.8)

Зная значение скорости в сечении 1-1, можно рассчитать динамическое давление в сечении 1-1 при установленном жиклере

. (10.9)

Следующим этапом является вычисление как суммы замеренного статистического давления и вычисленного по формуле (10.9) динамического давления и сравнение результата с показаниями манометра _.. Результаты должны совпадать, естественно с определенной погрешностью, укладывающуюся в пределах допустимой. Совпадение результатов доказывает соотношение составляющих энергетического баланса в соответствии с уравнением Бернулли и раскрывает механизм поведения потока воздуха в исследуемом объекте.

 

Программа исследования

· Ознакомиться с конструкцией экспериментального стенда.

· Снятие необходимых характеристик для расчета без использования жиклера.

· Снятие характеристик, при установленном жиклере.

· Выполнение расчетов.

· Сопоставление расчетных и экспериментальных данных.

· Проведение статической обработки данных эксперимента.