Измерение и расчеты потерь давления в воздупроводах: Методические указания по курсу ''Вентиляционные установки''

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет» Кафедра машин и аппаратов химических и пищевых производств

С.В. АНТИМОНОВ, С.Ю. СОЛОВЫХ, В.П. ХАНИН

ИЗМЕРЕНИЕ И РАСЧЕТЫ ПОТЕРЬ ДАВЛЕНИЯ В ВОЗДУХОПРОВОДАХ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО КУРСУ ВЕНТИЛЯЦИОННЫЕ УСТАНОВКИ

Рекомендовано к изданию Редакционно-издательским советом государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет»

Оренбург 2005

УДК 664.002.5 531.787 (07) ББК 36.81 5Я7 А 72 Рецензент кандидат технических наук, доцент Т.А. Никифорова

А 72

Антимонов С.В. Измерение и расчеты потерь давления в воздухопроводах [Текст]: методические указания по курсу вентиляционные установки/ С.В.Антимонов, С.Ю. Соловых, В.П. Ханин – Оренбург: ГОУ ОГУ, 2005. – 14 с. Методические указания предназначены для получения навыков расчета давлений в прямых и фасонных частях воздухопроводах вентиляционных сетей в ходе изучения дисциплины “Вентиляционные установки для студентов специальности 260601 «Машины и аппараты пищевых производств» и 260201 «Технология хранения и переработки зерна» всех форм обучения.

© Антимонов С.В., Соловых С.Ю, Ханин В.П., 2005 © ГОУ ОГУ, 2005 2

Введение Цель работы. Научиться измерять и рассчитывать потери давления в воздухопроводах вентиляционных установок.

1 Общие положения Уравнение Д. Бернулли представляет собой выражение закона сохранения энергии потока воздуха. Уравнение Д. Бернулли для двух последовательных сечений воздухопровода записывается в общих избыточных давлениях следующим образом:

± Н 01 = ± Н 02 + Н nm1− 2 где сечениях;

(1.1)

H 01 , H 02 – общее избыточное давление в первом и втором

Н nm1− 2 – потери давления между двумя сечениями воздухопровода или сопротивление участка. Причем номер сечения устанавливают по ходу движения воздуха. Поэтому потери давления между двумя сечениями воздухопровода можно определить как разность полных давлений в первом и втором сечениях (т.е. в начале и конце участка) Н nm1− 2 = ( ± H 01 ) − ( ± H 02 )

(1.2)

Потери давления в воздухопроводе расходуются на преодоление сопротивлений, которые встречает воздух при движении. Воздухопроводы состоят из прямолинейных участков и фасонных частей. Поэтому потери давления в воздухопроводах определяют как сумму потерь давления на прямых участках и в фасонных частях (местные сопротивления). Местные сопротивления возникают в различных фасонных деталях воздухопроводов, при помощи которых можно изменять форму, размеры, направление потоков, объединять или разъединять эти потоки. Н nm = H np + H мс

(1.3)

где Н пр – потери давления в приемных участках воздухопроводов, они обусловлены гидравлическим трением о стенки воздухопровода; 3

Н мс – потери давления на местные сопротивления в фасонных частях воздухопроводов, возникающие в результате измерения скоростей, направлений, завихрений, ударов и срывов струй воздуха. 1.1 Потери давления в прямых воздухопроводах

Для круглых воздухопроводов потери давления на прямых участках определяются по формуле H пр =

λ D

l

ρυ 2 2

, Па

(1.4)

где

D – диаметр воздухопровода, м; λ – коэффициент сопротивления круглого прямоугольного воздухопровода, зависящий от числа Рейнольдса и шероховатости поверхности. Принимая R=

λ ρυ 2 D

2

, Па/м

(1.5)

формула (1.4) имеет вид H пр = Rl

(1.6)

где R – потери давления на 1 м длины воздухопровода находят из приложений в любой литературе по вентиляционным установкам. 1.2 Потери давления на местные сопротивления

Потери в фасонных частях называют местными сопротивлениями. Наиболее часто из фасонных частей встречаются: конфузор (коллектор), диффузор, отвод, колено, тройник. Потери давления на местные сопротивления H мс , (Па) составляют от 40 до 80 % от общих потерь в воздухопроводах. Потери давления на местные сопротивления рассчитывают по формуле H мс = ξ

ρυ 2 2

(1.7)

4

где ξ – коэффициент местных сопротивлений, зависящий от конструкции и параметров фасонной части, определяют теоретически или экспериментально; υ – скорость воздуха (м/с), принимают наибольшую в данной фасонной части. Рассмотрим наиболее часто встречающиеся фасонные части. Конфузор (рисунок 1) – фасонная часть, при помощи которой плавно увеличивают скорость воздушного потока. Конфузор имеет форму усеченного конуса или перехода с прямоугольника (квадрата) на круг. Коэффициент сопротивления конфузора можно найти по формуле

ξк =

где

λ

1   1− 2   α 8sin  n  2

(1.8)

α – угол сужения конфузора, град.; S1 >1 S2 S1 и S 2 – площади оснований конфузора; λ – коэффициент сопротивления, находят по среднему диаметру. n – степень сужения конфузора, n =>

Рисунок 1 – Конфузор на выровненном потоке Диффузор – это фасонная часть воздухопровода, позволяющая плавно увеличить площадь сечения и уменьшить площадь сечения и уменьшить скорость воздуха. Диффузор имеет форму усеченного конуса или пирамиды. Коэффициент его сопротивления также можно найти по формуле или в справочных таблицах. Отвод – (рисунок 2) это фасонная часть воздухопровода для внезапного изменения направления потока. Радиус отвода принимают в зависимости от диаметра воздухопровода: R0 = n D

(1.9) 5

где n – отношение радиуса отвода к диаметру, обычно равно 2. Меньшее значение принимают при больших диаметрах, большие – при меньших диаметрах. Коэффициент сопротивления гладкого отвода находят по формуле

ξ 0 = 0,008

α 0,75 n

0, 6

(1.10)

или справочным таблицам.

Рисунок 2 – Отвод Тройник. Тройником (рисунок 3) называют фасонную часть воздухопровода, предназначенную для объединения или разъединения двух воздушных потоков. Если объединяют или разъединяют три потока, то фасонную часть называют крестовиной.

Рисунок 3 – Несимметричный тройник Тройники бывают симметричные и несимметричные (рисунок 3). В несимметричных тройниках проходной поток с большим расходом воздуха Q 6

не изменяет направления, а боковой поток с меньшим расходом Q присоединяют под углом α. Нормальным тройником считают тройник у которого Qn > Qб ; S n > S б ; S n + S б = S . В тройнике три диаметра: Dn – диаметр проходного воздухопровода, Dб – диаметр бокового, D – диаметр объединенного потока. Они имеют два коэффициента сопротивления. ξ n – коэффициент сопротивления проходного потока и ξ б – коэффициент сопротивления бокового потока, которые зависят от угла α , отношение S S Q площадей n , б и отношение расходов воздуха б . S S Q Коэффициенты ξ n и ξ б находят по справочным таблицам. Наибольшее применение имеют тройники с углом α = 300. Если не позволяет длина, то проектируют тройники с углом α = 450 и 600 (приложение Б).

2 Необходимые приборы и принадлежности Лабораторная вентиляционная установка, включающая вентилятор ВЦП3 (Ц6-46 №3); микроманометр ММН-240; пневмометрическая трубка с гибкими шлангами; металлическая линейка; шнур; справочная литература.

3 Порядок выполнения работы и ее оформление 3.1 Общие сведения о конструкции и режимах работы лабораторной установки

В состав лабораторного стенда включен вентилятор ВЦП-3 (Ц6-46 №3) с рабочей частотой вращения лопастного колеса n=1950 об/мин, циклон, всасывающий и нагнетающий воздухопроводы. Расход воздуха регулируется задвижкой, установленной во всасывающем воздухопроводе установки. Перед началом работы находят участок воздухопровода, где будут производиться измерения. Замеряют длину l и диаметр D прямых участков воздухопровода между двумя измеряемыми сечениями. Замеряют параметры фасонных частей, расположенных между измеряемыми сечениями. Например, у отводов замеряют радиус и угол. Результаты этих замеров наносят на схему вентиляционной установки. Подготавливают микроманометр и пневмометрическую трубку для измерения давлений не менее чем в шести точках в двух последовательных сечениях по методике лабораторной работы №2. Составляют форму таблицы (приложение А). Измеряют динамическое и статическое давления во втором сечении и статическое давление в первом. Для уменьшения погрешностей измерения не следует допускать, чтобы одновременно обе манжеты были сдвинуты с отверстий в воздухопроводах. 7

Записывают уравнение Д. Бернулли в общих избыточных давлениях ± Н 01 = ± Н 02 + Н nm1− 2

Учитывая то, что подсосы воздуха очень малы, скорости воздуха в первом и втором сечениях равны υ1 = υ 2 , следовательно H д1 = H д 2 , поэтому уравнение Д. Бернулли можно переписать в таком виде ± H ст1 = ± H ст 2 + H пт1− 2

и тогда выражение примет вид ± H пт1− 2 = (± H ст1 ) − H ст 2

Общие потери давления H пт1− 2 слагаются из потерь давления на прямых воздухопроводах H пр и на местные сопротивления H м H пт1− 2 = Rl + ∑ ξ H дср1 Коэффициенты местных сопротивлений находят по приложению (Б), зная параметры фасонных частей. Величину потерь давления в прямых участках воздухопровода по замерам находят вычитанием Rl = H пт1− 2 − ∑ ξ H дср1 и соответственно потери давления на 1 м длины воздухопровода R=

( H пт1− 2 − ∑ξ H дср1 ) l

, Па/м

Замеренную величину R сравнивают с теоретическим значением. Отчет должен содержать дату выполнения, название работы, цель работы, сведения об оборудовании необходимом для проведения работы. В отчете должна быть приведена схема участка с нанесенными параметрами воздухопроводов и фасонных частей, заполненная таблица А.1. В конце нужно сделать вывод о причинах различия значений потерь давления на единицу длины, найденных по таблицам и расчетным путем. Отчет о лабораторной работе подписывается исполнителем, а после проверки преподавателем.

8

4 Анализ результатов измерений и выводы Анализируя полученные результаты замеров и расчетов, необходимо ответить на следующие вопросы. 1. Как определяют потери давленая между двумя последовательными сечениями: с применением уравнения Д. Бернулли? 2. По каким формулам рассчитывают потери давления на участке вентиляционной сети, имеющем прямые воздухопроводы и местные сопротивления? 3. Что такое R и λ , и от чего они зависят? 4. Каковы отклонения (в %) замеренных величин R и λ от табличных значений? При отклонениях более 5% необходимо выяснить причины повышенных расхождений. При ответе на первый вопрос нужно написать уравнение Д. Бернулли для измеряемых сечений. При ответе на второй вопрос – написать и объяснить расчетную формулу потерь давления на участке вентиляционной сети – формула (1.1). При ответе на четвертый вопрос, в случае, когда замеренные величины R и λ / D окажутся больше табличных значений, следует осмотреть состояние воздухопроводов между измеряемыми сечениями. Проверить, нет ли вмятин на поверхности воздухопроводов. Также возможны выступы прокладок во фланцевых соединениях внутри воздухопровода.

5 Необходимые знания для защиты лабораторной работы Для успешной защиты лабораторной работы необходимые знания следующих глав и параграфов из списка использованных источников: Гл. III “Основные понятия о воздушном потоке” /1/: § 2 “Основные законы движения воздушного потока”; Гл. VII “Основы проектирования и расчета вентиляционных установок” § 5 “Основы расчета вентиляционных установок”. Гл. II “Теоретические основы вентиляционной техники” /2/: § 2 “Основные законы движения воздушного потока”; § 4 “Потери давления в воздухопроводах”. Знать формулы (1.1) – (1.10).

6 Вопросы для самоконтроля 1. Уравнение Д. Бернулли. 2. Как определить по замерам потери давления между двумя последовательными сечениями? 3. Из чего складываются потери давления между двумя сечениями воздухопровода? 9

4. Какие фасонные части применяются в вентиляционных установках? 5. Как найти потери давления на единицу длины воздухопровода? 6. Как определить коэффициенты фасонных частей? От чего они зависят?

10

Список использованных источников 1. Вайсман М.Р., Грубиян И.Я. Вентиляционные и пневмотранспортные установки [Текст] / М.Р. Вайсман, И.Я. Грубиян – М.: Колос, 1984. – с. 33-35, 117-122. 2. Веселов С.А. Проектирование вентиляционных установок предприятий по хранению и переработке зерна [Текст]/ С.А. Веселов – М.: Колос, 1974.- с. 40-41, 48-62. 3. Веселов С.А. Практикум по вентиляционным установкам [Текст] / С.А. Веселов – М.: Колос, 1982.- 90 с. 4. Панченко А.В., Дзядзио А.М. Вентиляционные установки зерноперерабатывающих предприятий [Текст] / А.В. Панченко, А.М. Дзядзио – М.: Колос, 1974.

11

Сечение Диаметр воздухопровода D, мм Избыточное статическое давление в I–ом сечении Hст, Па Избыточное статическое давление в II–ом сечении Hст, Па Динамическое давление Hд, Па Потери давления на участке I-II Hпт1-2, Па Потери давления в фасонных частях Hмс, Па Потери давления в прямых участках R l, Па по замерам, Па/м по номограмме, Па/м расхождение, %

Приложение А (обязательное)

Таблица опытных данных

Таблица А.1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Величина R

I

II

12

Приложение Б (справочное)

Значения коэффициентов сопротивления Таблица Б.1

α

30 60 90

1,5D 0,081 0,14 0,18

2D 0,069 0,12 0,15

2,5D 0,061 0,1 0,13

3D 0,054 0,091 0,12

13

Лист нормоконтроля на учебно-методический документ №

«Измерение и расчеты потерь давления в воздухопроводах», методические указания по курсу вентиляционные установки для студентов специальности 260601 «Машины и аппараты пищевых производств» и 260201 «Технология хранения и переработки зерна» всех форм обучения, авторов Антимонова С.В., Соловых С.Ю., Ханин В.П. Замечания

Предложения

Заключение:__________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ Нормоконтролер _________________

______________________

____________________ 14