1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zdjęcie charakterystyk badanego wentylatora. Zdejmując indywidualne charakterystyki wentylatora głównego wykorzystuje się zasuwę w kanale wentylacyjnym dla zmiany parametrów pracy wentylatora. Do wykonania charakterystyki należy przeprowadzić pomiary wytwarzanego przez wentylator spiętrzenia przy różnych położeniach zasuwy. W miarę zamykania zasuwy zwiększa się depresja wentylatora i zmniejsza się ilość przepływającego powietrza.

Przyrządy użyte podczas ćwiczenia

Mikromanometr z rurką pochyłą

Służy do pomiaru małych różnic ciśnień. Zbudowany jest ze zbiornika cieczy manometrycznej (alkohol etylowy) oraz z przyłączonej do niego pochyłej rurki.

Psychrometr Assmana

Składa się z dwóch identycznych termometrów umieszczonych w obudowie. Kanalikami obudowy przepływa powietrze, którego ruch wymuszony jest przez wentylator napędzany jest mechanizmem sprężynowym. Zbiorniczek jednego z termometrów jest zwilżony wodą, drugi natomiast jest suchy. Podczas przepływu powietrza woda odparowuje i powoduje ochłodzenie termometru, przy czym jest ono tym większe im bardziej jest suche powietrze.

2. Wyniki pomiarów

2.1. Pomiary ciśnień oraz mocy elektrycznej

Dla każdego położenia zasuwy wykonano za pomocą czujników ciśnienia pomiary ciśnienia dynamicznego w środku przekroju, oraz pomiary spiętrzenia całkowitego (za pomocą rurki spiętrzającej). Jednocześnie wykonany został odczyt mocy elektrycznej pobieranej przez silnik za pomocą watomierza.

L.p	pd max		Δpc [mm H2O]	N [W]
		nachylenie			l [mm]
1	1:10	123	10	280
2	1:10	107	40	272
3	1:10	93	70	260
4	1:10	78	100	248
5	1:10	61	130	232
6	1:10	48	160	216
7	1:10	30	190	188
8	1:10	2	220	108

2.2. Pomiary temperatury oraz ciśnienia atmosferycznego

Za pomocą psychrometru wykonane zostały pomiary temperatury wilgotnej, oraz temperatury na termometrze suchym. Zmierzono wartość ciśnienia atmosferycznego.

• t_w =16,6 ^oC

• t_s =24,0 ^oC

• p =101160 Pa

3. Wyznaczenie gęstości powietrza

3.1. Ciśnienie cząstkowe pary wodnej

t_w - temperatura mierzona termometrem wilgotnym, t_w=16,6°C

t_s - temperatura mierzona termometrem suchym, t_s=24,0°C

p - ciśnienie, p = 101160Pa

3.2. Wilgotność właściwa powietrza

3.3. Temperatura wirtualna

T - temperatura mierzona termometrem suchym, T=t_s+273,15=297,15K

3.4. Gęstość powietrza w rurociągu

R_a - stała gazowa powietrza suchego, R_a=287,04J/(kg⋅K)

4. Pozostałe obliczenia

4.1. Ciśnienie dynamiczne obliczono wg wzoru

ρ_c - gęstość cieczy (alkoholu), ρ_c=0,82 g/cm³

g - przyspieszenie ziemskie, g=9,81 m/s²

l - różnica odczytów ciśnień na rurce pochyłej, l=78mm

sinα - sinus nachylenia rurki pochyłej w mikromanometrze, sinα=0,095 przyjęto sinα=0,1

4.1. Ciśnienie całkowite

ρ_c - gęstość cieczy (alkoholu), ρ_c=0,82 g/cm³

g - przyspieszenie ziemskie, g=9,81m/s²

h - wysokość poziomu cieczy w U rurce, mmH₂O

4.2. Prędkość maksymalna

[m³/s]

p_d - ciśnienie dynamiczne, Pa

4.3. Liczba Reynoldsa

D - średnica rurociągu, D=125mm

ν - kinematyczny współczynnik lepkości powietrza, ν=15⋅10^-6m²/s

4.4. Prędkość średnia

dla wartości liczby Reynolds`a odczytywano wartość stosunku
z nomogramu do wyznaczania prędkości średniej.

4.5. Strumień objętości powietrza

A - przekrój rurociągu, A=0,012m²

4.6. Moc użyteczna

4.7. Moc elektryczna

,

4.8. Sprawność wentylatora

4.9. Strumień objętości powietrza sprowadzony do warunków normalnych

ρ_m - gęstość powietrza wyznaczona dla panujących warunków [kg/m³], ρ_m=1,18 kg/m³

ρ_n - gęstość powietrza wyznaczona dla warunków normalnych, ρ_n=1,20 kg/m³

położenie zasuwy			1	2	3	4	5	6	7	8
ciśnienie dynamiczne		Pa	98,94	86,07	74,81	62,74	49,07	38,61	24,13	1,61
moc		W	840	816	780	744	696	648	564	324

położenie zasuwy			1	2	3	4	5	6	7	8
prędkość maksymalną	w	m/s	12,94971	12,07814	11,2604	10,312079	9,1197309	8,0895413	6,3951783	1,6519121
liczbę Reynoldsa	Re	-	107914	100651	93837	85934	75998	67413	53293	13766
	-	-	0,84	0,836	0,834	0,833	0,831	0,827	0,824	0,788
prędkość średnią		m/s	10,87775	10,09732	9,3911737	8,5899622	7,5784964	6,6900506	5,2696269	1,3017067
strumień objętości powietrza		m^3/s	0,130533	0,121168	0,1126941	0,1030795	0,090942	0,0802806	0,0632355	0,0156205

położenie zasuwy			1	2	3	4	5	6	7	8
depresja całkowita	h	Pa	10	40	70	100	130	160	190	220
moc użyteczna		W	21,0	78,0	126,9	165,8	190,2	206,7	193,3	55,3
moc efektywna (na wale)		W	840	816	780	744	696	648	564	324
sprawność		%	2,5	9,6	16,3	22,3	27,3	31,9	34,3	17,1

5. Charakterystyka pracy wentylatora

Na podstawie dokonanych pomiarów oraz obliczeń można wykreślić następujące charakterystyki:

Dodatkowo wykreślone zostały charakterystyki wypadkowe połączenia równoległego i szeregowego dwóch wentylatorów o takich samych charakterystykach jak badany wentylator. W miejscu przecięcia się charakterystyki połączenia równoległego z połączeniem szeregowym zaznaczono punkt oporu granicznego którego wartość wynosi:

Następnie dla czwartego pomiaru wyznaczono opór sieci:

Wnioski

Silnik pracuje stabilnie i ekonomicznie w zakresie spiętrzenia Δ Pc od 2 100 do 3 249 [ Pa ] i zakresie przepływu objętości strumienia powietrza
między 0,051 a 0,089 [ m³/s ]. Krzywa zależności Δ p_c = Δ p_c(
) nie przebiega w sposób wzorcowy, co świadczy o błędach przy pomiarze ciśnień lub o nieszczelności rurociągu.

6. Współpraca wentylatorów

L.p	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
	0,130	0,128	0,119	0,111	0,101	0,089	0,078	0,062	0,015	0
Δ pc [Pa]	0	160	643	1126	1608	2091	2574	3056	3539	3600
Charakterystyka pracy dwóch wentylatorów połączonych równoległe
	0,261	0,256	0,238	0,221	0,202	0,178	0,157	0,124	0,031	0
Δ pc [Pa]	0	160	643	1126	1608	2091	2574	3056	3539	3600
Charakterystyka pracy dwóch wentylatorów połączonych szeregowo
	0,1305	0,128	0,119	0,111	0,101	0,089	0,079	0,062	0,015	0
Δ pc [Pa]	0	322	1287	2252	3217	4183	5148	6113	7078	7200

Wnioski

Przy połączeniu równoległym dwóch wentylatorów znacznie zwiększa się wartość strumienia objętości powietrza
, co umożliwia przemieszczenie większej ilości powietrza w jednostce czasu. Jeżeli wentylatory są połączone szeregowo to możliwe jest uzyskanie większego spiętrzenia Δ p_c , a więc pokonanie większych różnic ciśnień.

8. Wyznaczenie oporów bocznic

Schemat stanowiska pomiarowego.

8.1 wyznaczenie oporów (prawa strona)

Nr pkt	pd
		nachylenie	l [mm]
4	1:5	68
6	1:5	125
XY	1:25	145
TU	1:25	155

Z pomiarów l [mm] przy danym nachyleniu obliczamy ciśnienie dynamiczne p_di ze wzoru:

ρ_c - gęstość cieczy (alkoholu), 820 [kg/m³ ]

g - przyspieszenie ziemskie, 9,81 [m/s² ]

l - poziom cieczy w rurce, [mm]

α - nachylenie rurki [ ⁰ ]

dla pkt. 4:

dla pkt. 6:

dla pkt. XY:

Prędkość maksymalną dla pkt. XY wyznaczamy ze wzoru:

p_d - ciśnienie dynamiczne [ Pa ]

ρ_pow - gęstość powietrza 1,2 [kg/m³ ]

Korzystając ze wzoru na liczbę Reynolds'a:

D - średnica rurociągu [ m ]

υ - kinetyczny współczynnik lepkości powietrza, 15ּ10^-6 [m²/s]

Obliczamy logarytm dziesiętny z liczby Reynolds'a:

lg Re = 3,84

Z monogramu do wyznaczenia w_m (prędkość średnia) odczytujemy wartość stosunku :

Strumień objętości powietrza wyznaczamy ze wzoru:

A - przekrój poprzeczny rurociągu [ m² ]

Zakładamy że przepływ między punktami 0 i 4 oraz 4 i 6 jest taki sam

i jest równy
=0,081 [m³/s]

Obliczamy różnicę ciśnień:

Obliczamy różnicę ciśnień w bocznicy 0-4:

Obliczamy różnicę ciśnień w bocznicy 4-6:

Wyznaczamy opór bocznicy:

Wyznaczamy opór bocznicy 0-4:

Wyznaczamy opór bocznicy 4-6:

8.2 wyznaczenie oporów (lewa strona)

Nr pkt	pd
		nachylenie	l [mm]
RS	1:50	110
1	1:10	100
4	1:10	53

Z pomiarów l [mm] przy danym nachyleniu obliczamy ciśnienie dynamiczne p_di ze wzoru:

ρ_c - gęstość cieczy (alkoholu), 820 [kg/m³ ]

g - przyspieszenie ziemskie, 9,81 [m/s² ]

l - poziom cieczy w rurce, [mm]

α - nachylenie rurki [ ⁰ ]

dla pkt. 1:

dla pkt. 4:

dla pkt. RS:

Prędkość maksymalną dla pkt. XY wyznaczamy ze wzoru:

p_d - ciśnienie dynamiczne [ Pa ]

ρ_pow - gęstość powietrza 1,2 [kg/m³ ]

Korzystając ze wzoru na liczbę Reynolds'a:

D - średnica rurociągu [ m ]

υ - kinetyczny współczynnik lepkości powietrza, 15ּ10^-6 [m²/s]

Obliczamy logarytm dziesiętny z liczby Reynolds'a:

lg Re = 3,62

Z monogramu do wyznaczenia w_m (prędkość średnia) odczytujemy wartość stosunku :

Strumień objętości powietrza wyznaczamy ze wzoru:

A - przekrój poprzeczny rurociągu [ m² ]

Zakładamy że przepływ między punktami 0 i 4 oraz 4 i 6 jest taki sam

i jest równy
=0,046 [m³/s]

Obliczamy różnicę ciśnień:

Obliczamy różnicę ciśnień w bocznicy 0-4:

Obliczamy różnicę ciśnień w bocznicy 4-6:

Wyznaczamy opór bocznicy:

Wyznaczamy opór bocznicy 0-4:

Wyznaczamy opór bocznicy 4-6:

8.3 wyznaczenie oporów (środkowa część)

Nr pkt	pd
		nachylenie	l [mm]
4	1:5	156
6	1:5	158
XY	1:50	8

9. Określenie warunku bezpieczeństwa dla współpracujących wentylatorów

Pd₄ = 246 Pa

Pd₆ = 249 Pa

Pd_XY = 1,22 Pa

1

0

4

6

TU

XY

Prawy

Lewy

Lewy

Prawy

XY

TU

6

4

0

1

RS

Lewy

Prawy

XY

TU

6

4

0

RS

Lewy

Prawy

XY

TU

6

4

0

RS

RS

RS

1

1

---