Характеристики сети и вентилятора

Московский Авиационный Институт

(Национальный исследовательский университет)

методическое пособие

Аэродинамические испытания вентиляторов

В.В. Митрофович, С.А. Сустин, О.В. Яковлевский

Специальность 05.07.01 – «Аэродинамика и процессы теплообмена летательных аппаратов»

Москва 2014

Используемые обозначения

D , м – диаметр рабочего колеса вентилятора.

R , м – радиус рабочего колеса.

d , м – диаметр втулки вентилятора.

N , Вт – мощность, потребляемая вентилятором.

Q , м³/c – объемный расход воздуха.

, Па – теоретическое давление вентилятора.

n , об/мин – частота вращения вала вентилятора.

, м/c – окружная скорость концов лопаток

, м² – характерная площадь.

r , кг/м³ – плотность воздуха.

– относительный диаметр втулки вентилятора.

– коэффициент полного давления.

– коэффициент статического давления установки.

– коэффициент динамического давления установки.

– коэффициент теоретического давления.

– коэффициент мощности.

– полный КПД.

– статический КПД установки.

– коэффициент производительности.

– коэффициент осевой скорости.

Введение

Аэродинамические испытания вентиляторов проводятся для получения их аэродинамических характеристик, т. е. для уста­новления зависимостей между давлением, развиваемым венти­лятором P_v (Па), потребляемой мощностью N (Вт), к. п. д. η) и производи­тельностью Q (м³) при известной скорости вращения п (об/мин) и плотности воздуха ρ (кг/м³).

Испытания в условиях научно-исследовательской лаборато­рии позволяют получать характеристики самого вентилятора или его модели и характеристики модели всей вентиляторной уста­новки в целом. Лабораторные испытания позволяют также уточнять влияние отдельных элементов вентилятора или установки на их харак­теристику. Определение аэродинамических характеристик вентиляторной установки осуществляется при помощи приборов, указывающих давление, развиваемое вентилятором, и его производитель­ность.

В зависимости от места и цели испытания изменяются типы установок и приборов при этом применяемых.

Характеристики сети и вентилятора

Система через которую проходит перемещаемый вентилятором воздух, называются сетью. Связанные с этим потери давления составляют сопротивление сети. Оно слагается из потерь на трение, вихреобразование, на удар при внезапном расширении и т.п. Для того, чтобы создать и поддерживать определенный расход воздуха в сети, необходимо, чтобы вентилятор развил давление Р_v (Па), равное сопротивлению сети Р_oc : Р_v = Р_oc. В общем случае сеть расположена на сторонах всасывания и нагнетания вентилятора. Схема осевого вентилятора с сетью приведена на рис.1.

Сопротивление линии всасывания Р_вс слагается из сопротивления Р_(а-1) входа в сеть, сопротивления Р_(1-2) входного устройства, сеток, трубопровода, других местных сопротивлений

Р_вс = Р_(а-1) + Р_(1-2) (1)

Сопротивление линии нагнетания Р_нг слагается из сопротивления Р_(2-3) , которое связано с потерями давления при переходе от вентилятора к сети, сопротивления Р_(3-4) теплообменника, фильтра, охлаждаемой аппаратуры и т.п., сопротивления Р_(4-5) других местных сопротивлений на стороне нагнетания, а также из потерь Р_(5-а) выхода потока в атмосферу

Р_нг = Р_(2-3) + Р_(3-4) + Р_(4-5) + Р_(5-6) +Р_(6-а) (2)

Рис.1 – Пример сети с вентилятором и комбинированным диффузором

Полное сопротивление сети

Р_ос = Р_вс + Р_нг (3)

В соответствии с законом сохранения массы весь расход через сеть, прошедший через входное и выходное сечения вентилятора, равен его производительности. Произведение p_ос × Q - гидравлическая мощность, поглощенная сетью.

Потери в элементе относят к скорости потока в характерном сечении и коэффициент сопротивления подсчитывают по формуле (4):

(4)

где – потери напора в установке или полное давление потока P₀= ΔP, равное сумме статического и динамического давлений тогда выражение (4) можно переписать так:

(5)

– статическое давление в камере - внутреннее давление потока, т. е. давление одной частицы на другую или параллельные потоку стенки канала, – динамический напор в характерном сечении - давление, необходимое для сообщения частице некоторой скорости С.

Также различают абсолютное давление, отсчитываемое от абсолютного вакуума, и давление, отсчитываемое от атмосферного. Последнее и используется при рассмотрении процессов в сети и в вентиляторе. Иногда давление, больше атмосферного, называют избыточным, а меньше атмосферного – разрежением. Плотность газа определяется из уравнения состояния: Р = r R T . Здесь Р - абсолютное давление газа в Па (Н/м²) , R - газовая постоянная, равная для воздуха 287,2 Дж/кг ^оК при Т = 293 ^оК , Т - абсолютная температура в ^оК , r - плотность газа, кг/м³ . Для вентиляторов за нормальные атмосферные условия принимают барометрическое давление В = 760 мм рт. ст. = = 101,3 кПа , температуру t = 20^о.С (Т = 293^оК) и относительную влажность, равную 50%. При этом r = 1,2 кг/м³ . Плотность воздуха при произвольных значениях В и t^оС

(6)

Обычно принимается, что работа вентилятора не влияет на величину сопротивления сети, а сеть не влияет на работу вентилятора. В действительности, сопротивление элементов сети, непосредственно присоединенных к входному и выходному сечениям вентилятора, могут оказывать влияние на его характеристику. Если влияние вентилятора и сети не предотвратить, необходимый режим работы не будет получен, а вентилятор может работать с повышенной вибрацией. В необходимых случаях следует экспериментально или по известным аналогам это влияние учесть, то есть рассматривать вентиляторную установку – вентилятор с близко расположенными элементами сети. К последним необходимо отнести и сочетание вентилятора с его приводом.

Сопротивление сети P_ос в зависимости от расхода воздуха Q обычно изменяется по квадратичному закону P_oc = k Q² . Полное давление P_v вентилятора равно разности полных давлений непосредственно за ним и перед ним

P_v = P₀₂ – P₀₁ , (7)

где P₀₁ и P₀₂ представляют собою осредненные значения полных давлений в сечениях входа в вентилятор и выхода из него, соответственно.