BADANIA CHARAKTERYSTYK HYDRAULICZNYCH KSZTAŁTEK WENTYLACYJNYCH

INSTYTUT KLIMATYZACJI I OGRZEWNICTWA WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA

POLITECHNIKA WROCŁAWSKA

ĆWICZENIA LABORATORYJNE Z WENTYLACJI I KLIMATYZACJI:

BADANIA CHARAKTERYSTYK HYDRAULICZNYCH

KSZTAŁTEK WENTYLACYJNYCH

1. WSTĘP

Stanowisko laboratoryjne poświęcone badaniu charakterystyk hydraulicznych kształtek wentylacyjnych mieści się w pomieszczeniu 324 w budynku C-6 Politechniki Wrocławskiej.

Zadaniem ćwiczeń laboratoryjnych jest poznanie metod doświadczalnych określania wielkości niezbędnych do wyznaczenia charakterystyk hydraulicznych kształtek wentylacyjnych.

2. CEL ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest poznanie doświadczalnej metody wyznaczania charakterystyk hydraulicznych kształtek wentylacyjnych. Na podstawie wykonanych pomiarów określić należy zależność spadku ciśnienia badanej kształtki od strumienia przepływającego powietrza

∆pm = f(V) oraz współczynnika oporu miejscowego od strumienia przepływającego powietrza ξ = f(V).

3. WPROWADZENIE DO ZAGADNIENIA

Zmiany kierunku prowadzenia przewodu, pola przekroju lub jego kształtu powodują podczas przepływu pewną stratę ciśnienia całkowitego. Straty ciśnienia powstają również na wlocie i wylocie z przewodu oraz w miejscach łączenia się lub rozgałęziania przewodów.

Straty tego rodzaju są związane tylko z określonymi miejscami i dlatego nazywamy jest stratami miejscowymi lub lokalnymi. Jak widać, związane są one z elementami sieci przewodów, które nazywamy kształtkami.

Opory przepływu płynu w instalacji można zapisać jako:

w Pa d

p l

n

i

i i

i i

i ,

) 2 (

1

2

∑

=

⋅ ⋅ +

⋅

=

∆ λ ξ ρ

gdzie:

∆p – całkowity spadek ciśnienia, Pa λ_i – współczynnik oporów liniowych, d_i, l_i – średnice i długości odcinków, m ξi – współczynnik oporów miejscowych,

wi – prędkość przepływu płynu w danym odcinku, m/s ρ – gęstość płynu, kg/m³

Straty ciśnienia wywołane oporami miejscowymi przyjęto wyrażać w zależności od ciśnienia dynamicznego:

w Pa

p_m ^p ,

2

⋅ 2

⋅

=

∆ ρ

ξ gdzie:

ξ – współczynnik oporu miejscowego,

w – średnia prędkość przepływu powietrza, m/s ρ – gęstość owietrza kg/m³, ρp = 1,2 kg/m³

Główne przyczyny miejscowych strat ciśnienia to:

− odrywanie strumienia od ścianek wzdłuż których przepływa powietrza,

− powstawanie wirów w strefie odrywania się strumienia powietrza,

− deformacja strumienia powietrza przepływającego przez kształtkę, spowodowana zmianą pola przekroju lub kierunku przepływu.

Rodzaj i rozmiar powyższych zaburzeń przepływu zależy głównie od geometrii kształtki. Zaburzenia przepływu nie znikają zaraz po wypływie powietrza z danej kształtki, lecz można je stwierdzić w pewnej odległości za nią. Wpływ zaburzeń wywołanych kształtką poprzedzającej na wartość współczynnika oporu miejscowego kształtki następnej można ustalić wyłącznie doświadczalnie.

Dla zdecydowanej większości kształtek geometrycznie podobnych wartość współczynnika oporu miejscowego ξ jest stała i nie zależy od liczby Reynoldsa. Wartości współczynników oporów miejscowych wyznaczane są doświadczalnie.

4. BUDOWA STANOWISKA LABORATORYJNEGO

Na Rys. 1 pokazano schemat instalacji.

Rys. 1 Schemat instalacji.

Elementy instalacji:

K- kryza pomiarowa M – mikromanometr W – wentylator P – przepustnica B – badana kształtka

Pomiar strumienia powietrza należy wykonać za pomocą kryzy pomiarowej oraz mikromanometru Recknagla wypełnionego alkoholem etylowym o gęstości ρ = 809kg/m³. Określenie spadku ciśnienia na kształtkach wentylacyjnych należy wykonać za pomocą mikromanometrów Recknagla. Przykładowe rozmieszczenie punktów pomiarowych pokazani na Rys. 2.

Rys. 2 Rozmieszczenie punktów pomiarowych odbioru ciśnienia z punktu B.

K – króćce do pomiaru ciśnienia

5. PRZEBIEG ĆWICZENIA

− Należy wyznaczyć spadek ciśnienia na kryzie pomiarowej i wyznaczyć wielkość strumienia powietrza V z charakterystyki kryzy pomiarowej.

Pa n h g p_kr = ⋅ ⋅ ⋅ ,

∆ ρ

gdzie:

ρ – gęstość cieczy manometrycznej, ρ = 809kg/m³ dla alkoholu etylowego g – przyspieszenie ziemskie, g = 9,81m/s²

h – odczytany spadek ciśnienia na mikromanometrze, m n – przełożenie mikromanometru

− W analogiczny sposób należy wyznaczyć spadek ciśnienia na badanej kształtce wentylacyjnej.

− Należy sporządzić wykres zależności spadku ciśnienia badanej kształtki od strumienia przepływającego powietrza ∆pm = f(V).

− Należy określić prędkość powietrza w badanej kształtce:

m/s, A , v = V

gdzie:

V – strumień powietrza, m3/s, wyznaczony z charakterystyki kryzy pomiarowej, A – powierzchnia przelotu powietrza, m2

− Należy wyznaczyć współczynnik oporu miejscowego ξ badanej kształtki przekształcając wzór:

Pa 2 ,

v ξ ρ

∆p

2 p m

⋅ ⋅

=

− Należy sporządzić wykres zależności współczynnika oporu miejscowego od strumienia przepływającego powietrza: ξ=f(V).

CHARAKTERYSTYKI KRYZY POMIAROWEJ