Uniwersytet Zielonogórski

Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska,

Zakład Sieci i urządzeń sanitarnych

MECHANIKA PŁYNÓW

LABORATORIUM

Sprawozdanie z ćwiczenia laboratoryjnego nr 10.

„Badanie wentylatora odśrodkowego”

                                                                                                          GRUPA 29 ISMD

     ( poniedziałek, g. 11.15 – 13.00 )

     w składzie:

     1. Darek Kobiela

     2. Dagmara Kwaśniewska     

     3. Katarzyna Sterna

Data odbycia zajęć:

1.12.2004 r.

Data oddania sprawozdania:

15.12.2004 r.                                                                     

OCENA:

1. Cel ćwiczenia.

              Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową i działaniem wentylatora odśrodkowego oraz wyznaczenie charakterystyki badanego wentylatora.

2. Zakres wymaganych wiadomości.

Wydatek objętościowy określa wzór:

              gdzie: U – to jest prędkość przepływającej cieczy,

                            F – pole powierzchni, przez które ciecz przepływa.

              Strumień przepływu określa się ilość substancji przemieszczającej się w jednostce czasu. Jeżeli strumień przepływu jest określony przez ilość masy, mówi się o strymieniu masy (wydatku masowym) mr:

              Równanie Bernoulliego dla linii prądu płynu idealnego. Korzystamy z równania Eulera w postaci Lamba i Gromeki:

Założenia:

-          płyn jest barotropowy

-          rozważania dotyczą linii prądu

-          przepływ jest ustalony

-          płyn przepływa w potencjalnym polu sił masowych

Analizujemy lewą stronę równania. Mnożąc skalarnie równanie Eulera przez wektor , otrzymujemy:

po scałkowaniu otrzymujemy równanie:

Dla płynów nieściśliwych czyli cieczy i w polu ziemskim mamy:

                            - energia jednostki masy

lub

                            - energia jednostki objętości

lub

                            - energia jednostki ciężaru

Ciśnienie określamy jako stosunek nieskończenie małej siły do elementu powierzchniowego, na który ta siła działa.

.

              Ciśnienie dynamiczne przedstawia się za pomocą wzoru: .

Każdej cząstce poruszającej się cieczy przynależy wektor, określający jej prędkość, zarówno co do wartości bezwzględnej, jak i co do kierunku, oraz skalar podający wartość ciśnienia statycznego w rozpatrywanym punkcie.

Ciśnienie całkowite jest sumą ciśnienia statycznego i dynamicznego:  .

Wentylator promieniowy.

Na wale napędowym jest osadzony wirnik, składający się z tarczy nośnej oraz tarczy pokrywającej wykonanej w postaci pierścienia. Obie tarcze są powiązane wieńcem przyspawanych lub przynitowanych łopatek. Dopływ gazu do wirnika odbywa się przez cylindryczną rurę wlotową, zaś gaz wypływający z wirnika jest zbierany w spiralnej obudowie i kierowany do przewodu tłocznego.

              Jeżeli przez wieniec wirujący, np. wentylatora promieniowego, przepływa strumień gazu, to moment zewnętrzny potrzebny do napędu wirnika uzależniony będzie od przyrostu momentu ilości ruchu i wyrazi się zależnością:

              gdzie: m- natężenie przepływu czynnika, kg/s,

                            r2, r1 – promienie: zewnętrzny i wewnętrzny,

                            c2u, c1u – składowe obwodowe prędkości bezwzględnej na wylocie i wlocie

                                           wirnika.

Natomiast moc będzie równa iloczynowi momentu przez prędkość kątową wirnika

              gdzie: ω – prędkość kątowa wirnika,

                            u1 i u2 – prędkość obwodowa na wlocie i wylocie z wirnika

Pracę l doprowadzoną do 1 kg czynnika przepływającego przez kanały wirnika oblicza się z zależności :

              skąd

Jeżeli nie uwzględnia się strat przepływu, to cała praca zostanie zamieniona na energię użyteczną, a więc równa się spiętrzaniu teoretycznemu:

Powyższa zależność nosi nazwę równania Eulera. Z równania tego wynika, że praca przekazana 1 kg gazu jest uzależniona jedynie od prędkości na wlocie i wylocie wirnika.

              Spręż obliczamy jako różnicę ciśnień całkowitych na tłoczeniu i ssaniu, jednak wobec jednakowych średnic kanałów ssących i tłoczących spręż można też obliczyć jako różnicę ciśnień statycznych na tłoczeniu i ssaniu:

              gdzie: hi – wysokość cieczy manometrycznej,

                            ρc – gęstość cieczy manometrycznej.

Moc użyteczną wentylatora obliczamy ze wzoru:

              Charakterystyką nazywamy zależność między dwoma wielkościami podstawowymi, charakterystycznymi dla pracy danej maszyny – również w warunkach odbiegających od normalnego ruchu. Dla wentylatora charakterystyka podaje zależność przyrostu ciśnienia całkowitego Δpc w zależności od wydajności V przy stałej liczbie obrotów. Charakterystykę dzieli się na dwa zakresy: stateczny i niestateczny. Użyteczny zakres pracy jest stateczny, gdy wraz ze zmniejszaniem się wydajności wentylatora wzrasta ciśnienie całkowite. Zakres pracy od wydajności V=0 do odpowiadającej maksymalnemu przyrostowi ciśnienia Δpmax nazywa  się niestatecznym. Praca wentylatora w tym zakresie jest niewskazana ze względu ma niską sprawność, skłonność do powstawania pulsacji przepływającego czynnika, jak również silnych drgań elementów wentylatora zagrażających ich wytrzymałości.

              Charakteryzacja cieczy. W celu zapewnienia przepływu przez daną sieć określonej ilości czynnika V musi być wytworzone odpowiednie ciśnienie całkowite Δpc, które będzie zużytkowane na:

-          pokonanie różnicy ciśnień między przestrzenią, do której gaz jest tłoczony, a przestrzenią, z której gaz jest zasysany, tzn. oporu hydrostatycznego Δp,

-          pokonanie oporów przepływu.

W warunkach współpracy wentylatora z siecią opór hydrostatyczny jest niewielki i zostaje pomijany.

3. Schemat stanowiska.     

4. Opis przebiegu doświadczenia.

              Na stanowisku za pomocą śruby rektyfikacyjnej ustawiamy poziome ustawienie dwóch manometrów ( 1:5 i 1:2). Ustawiamy ich położenie. Sprawdzamy czy rury nie są zatkane. Włączamy silnik napędzający wentylator. Następnie dławimy wylot rurociągu 6-krotnie dla każdego położenia manometrów, stopniowo, aż do całkowitego zamknięcia wylotu rurociągu. Powtarzamy tą czynność na ssaniu. Dla różnych wydatków przepływu powietrza mierzymy ciśnienia h1 i h2, które notujemy w tabeli.  Po wykonaniu wszystkich pomiarów, wyłączamy wentylator.

5. Tabela pomiarowa.

6. Przykładowe obliczenia.

-

- obliczanie ciśnienia dynamicznego:

- prędkość maksymalna w osi kanału:

- obliczanie liczby Reynoldsa:

- obliczanie prędkości średniej:

              ,             

- obliczanie wydatku  przepływu powietrza:

- moc użyteczna wentylatora:

7. Wykresy.

8. Wnioski i obserwacje.

              W miarę stopniowego dławienia wylotu rury ssącej na manometrze o położeniu 1:5 wartości ciśnienia h1 maleją, aż do wartości 0, natomiast wartości ciśnienia h2 mierzonego na manometrze w położeniu 1:2  wzrastają. W drugim wariancie przy stopniowym dławieniu wylotu rury tłoczącej na manometrze o położeniu 1:5 wartości ciśnienia h1 także maleją do 0, a w położeniu 1:2  wzrastają.

              Wraz ze wzrostem wartości ciśnienia na manometrze o położeniu 1:2 wzrasta wartość ciśnienia dynamicznego, a wraz z jego wzrostem rośnie prędkość maksymalna w osi kanału. Na podstawie tej prędkości obliczyliśmy liczbę Reynoldsa, która następnie wykorzystaliśmy do obliczenia prędkości maksymalnej, a następnie prędkości średniej. Im większa jest dana prędkość tym większy  jest wydatek objętościowy.  Natomiast w miarę zwiększania się wydatku objętościowego spada moc użyteczna wentylatora.