3. M ení t ecích ztrát na vzduchové trati
3. M ení t ecích ztrát na vzduchové trati 3.1.
Úvod
Problematika ur ení t ecích ztrát je shodná pro vodu nebo vzduch jako proudící médium (viz kap. 2.1). M icí tra se liší použitými hydraulickými prvky a m idly. Zkoumání a vyhodnocování t ecích ztrát potrubí je zásadní pro správný návrh jak samotného potrubního systému, tak ventilátoru, který vhání do systému vzduch ur itou omezenou rychlostí a tlakem, na který je dimenzován. V extrémním p ípad
by se mohlo stát, že t ecí odpory
potrubního systému budou natolik veliké, že ventilátor „neprotla í“ vzduch až do zvoleného místa. Pro experimentální stanovení velikosti t ecí ztráty byla vytvo ena zkušební tra , viz obr. 3.1.
obr. 3.1 Pohled na m ící tra
3.2.
Popis m icího za ízení
M ící tra se skládá z ventilátoru V, na který je p ipojeno plastové potrubí ∅ 46 mm. Ventilátor je pohán ný elektromotorem M, který je ovládán frekven ním m ni em FM, pomocí kterého lze m nit otá ky a tím i pr tok. Za výstupem z ventilátoru následuje p ímý úsek plastového potrubí o délce 1 m. Uprost ed tohoto úseku je umíst na clona C jako pr ezové m idlo k ur ení velikosti pr toku vzduchu. Dále následuje p ímý úsek potrubí o délce 3.89 m, kde prob hne m ení t ecího sou initele po délce. Odb ry tlak tlakové ztráty po délce jsou realizovány pomocí silonových kroužk úseky potrubí. Odb rné kroužky mají po obvod
k m ení
K, které spojují dva
symetricky umíst ná t i odb rná místa
z d vodu m ení st ední hodnoty statického tlaku v daném pr ezu. K m ení diference tlaku se používají diferen ní manometry DM, které mají analogové výstupy. Rozsah sníma
tlakové diference je 0 až 2500 Pa. K vyhodnocení
3. M ení t ecích ztrát na vzduchové trati analogového výstupu ze sníma e diferen ního tlaku je použito za ízení ALMEMO 2290-3 A. Tlaková diference je m ena na clon
a p ímém úseku délky 3.89 mm. Hodnota st ední
rychlosti proudu vzduchu se ode te z cejchovní k ivky clony.
K
V+M C
K DM A
obr. 3.2 Pohled na m ící za ízení (vzduchová tra ) pro m ení t ecí ztráty
obr. 3.3 Schéma m ící trat
3. M ení t ecích ztrát na vzduchové trati
Odb rný kroužek statického tlaku
Pr ezové m idlo pr toku (clona)
obr. 3.4 Pohled na odb rné místo statického tlaku a na pr ezové m idlo pr toku (clona)
3.3.
Specifikace použitých prvk
P i realizaci obvodu, viz obr. 3.2, byly použity tyto prvky (pokud nejsou na prvku pot ebné údaje, prvek nebude dostate n specifikován): Clona (C) Výrobce:
VŠB
Materiál:
silon
Sníma tlakové diference (DM) typ FD8612DPS M ící rozsah:
0-2500 Pa
Výstup:
analogový (0-10 V)
Napájecí nap tí:
6V
P esnost:
+-1%
P etížitelnost:
p ti násobná
3. M ení t ecích ztrát na vzduchové trati Elektromotor + ventilátor (M+V) Typ:
HRD 1T/FU-105/0,75
11 M3/MIN
VÝKON: Maximální otá ky:
6200 min-1
Nap tí:
3 x 400V
Frekvence:
105Hz
Výkon motoru:
0,9KW
Proud:
4,3/2,5A
Výrobce:
Energoekonom spol. s. r. o.
Frekven ní m ni (FM) Typ:
Combivert F5-B (Basic)
Napájení:
3 x 400V
Výkon:
0,75kW
Jmenovitý proud:
2,6A
MAXIMÁLNÍ PROUD:
5,6A
Max. výstupní frekvence: 1600Hz Stupe ochrany:
IP 20/VBG 4
Provozní teplota
-10 … +45 °C
Výrobce:
Karl E. Brinkmann GmbH
Vyhodnocovací za ízení (A) Typ:
ALMEMO 2290-3
Napájení:
9V
Vstup:
2 analogové vstupy
Výstup:
2 analogové výstupy
Výrobce: Gmbh
AHLBOR Mess-und Regelungstechnik
3. M ení t ecích ztrát na vzduchové trati Plastové potrubí (T) Typ:
plast
CD-ROM 3-T ecí_ztráty_vzduch_popis.wmv
3.4.
Cejchovní k ivka clony
P i m ení pr toku vzduchu pomocí clony (Chyba! Nenalezen zdroj odkaz .) je nutné znát tzv. cejchovní k ivku clony, pomocí které lze z tlakového spádu na clon ur it pr tok vzduchu v potrubí. Rychlost proud ní je úm rná tlakovému spádu na clon . 50 45 40 35
vs [ms-1]
30 25
y = 0.9045x0.5321 R2 = 0.9943
20 15 10 5 0 0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
∆ p c [Pa]
obr. 3.5 Cejchovní k ivka clony
3.5.
Postup m ení a vyhodnocení výpo tu t ecích ztrát
Postup m ení Ventilátor V se nastaví na maximální otá ky pomocí frekven ního m ni e FM a postupným snižováním frekvence na FM se snižují otá ky ventilátoru V a zárove pr tok. Pro každou hodnotu pr toku se ode tou hodnoty tlakové diference na pr ezovém m idle
3. M ení t ecích ztrát na vzduchové trati (clon ) a na m eném úseku potrubí. Závislost pr toku na tlakové diferenci pro m ený úseku se zobrazí graficky. Záv rem vyhodnotíme závislost ztrátového sou initele na Reynoldsov
ísle pro m ený úsek potrubí.
1. P ipojíme pomocí hadi ek sníma
tlakové diference na odb r tlaku p ed a za
m eným prvkem (clona a za átek a konec potrubí). 2. Sníma tlakové diference zapojíme do vyhodnocovacího za ízení ALMEMO 2290-3. 3. Zkontrolujeme, zda jsou všechny ostatní odb ry tlaku zat sn né – pokud ano spustíme ventilátor. 4. Na frekven ním m ni i nastavíme maximální frekvenci. (omezení z hlediska ventilátoru je 100H). 5. Ode teme hodnoty tlakové diference na clon (∆pc) a m eném úseku potrubí (∆pt). Nam ené hodnoty je vhodné zapisovat do níže uvedené tab. 3.1 Nam ené hodnoty M ení
∆pc
∆pt
[Pa]
[Pa]
Vypo tené hodnoty vs -1
[ms ]
Qv 3 -1
[m s ]
Re
λ
λB
[1]
[1]
[1]
1 2 3 …. tab. 3.1 Vzorová tabulka pro nam ené a vypo tené hodnoty 6. Snížíme hodnotu frekvence a op t ode teme hodnoty tlakových diferencí. Tento postup opakujeme nejmén 10x až do dosažení minimálního pr toku. Vyhodnocení m ení
[
]
1. St ední rychlost v s ms −1 ur íme z rovnice cejchovací k ivky clony ( v s = f (∆ pc ) ) y=0,9045x0,5321 (R2=0,9943). Za prom nnou x dosadíme ∆pc [Pa] a výpo tem této rovnice získáme hodnotu v s . 2. Objemový pr tok je dán rovnicí kontinuity
Qv = v s
3. Reynoldsovo íslo se vypo te ze vztahu
Re =
πd2
v sd
ν
4
3. M ení t ecích ztrát na vzduchové trati
4. T ecí sou initel se ur í ze vztahu
∆ pt = ρ
5. T ecí sou initel podle Blasia je definován vztahem
λB =
λl v s2 d 2
λ=
2d∆ pt lv s2 ρ
0.3164 4
Re
6. Celý výpo et, tj. bod 1. až 5. je nutné opakovat pro všechny nam ené hodnoty. 7. Sestrojí se závislost tlakové ztráty t ením na objemovém pr toku ∆pt = f (QV ) , pomocí regrese se stanoví typ a koeficienty funk ní závislosti 8. Nam ené hodnoty λ se zakreslí do grafu λ = f (Re) a pro srovnání se vyhodnotí sou initel t ení λB = f (Re ) pro hydraulicky hladké potrubí dle Blasia. 9. V záv ru se uvedou poznatky plynoucí z m ení a vlastní komentá k dosaženým výsledk m. Parametry užité ve vzorcích jsou:
ρ - hustota vzduchu, ν - kinematická viskozita vzduchu l - délka m eného úseku, d pr m r m eného potrubí.
CD-ROM 3-T ecí_ztráty_vzduch.wmv
3.6.
P íklad m ení pro daný úsek potrubí
Prezentování nam ených a vypo tených hodnot je vhodné pomocí programu Excel. Závislost tlakové ztráty na objemovém pr toku je na obr. 3.6 a závislost sou initele t ení na Reynoldsov
ísle je na obr. 3.7.
3. M ení t ecích ztrát na vzduchové trati
1400 1200
y = -847606x3 + 253848x2 + 2083.9x + 5.4968 R2 = 1
∆pt [Pa]
1000 800 600 400 200 0 0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
Q v [m3s-1]
obr. 3.6 Závislost tlakové ztráty na pr toku 0,03
0,025
λ [1]
0,02
0,015
0,01 Sou initel t ení - Blasius 0,005
Sou initel t ení - m ení
0 0
20000
40000
60000
80000
100000
120000
Re [1]
obr. 3.7 Závislost sou initele t ení na Reynoldsov
ísle
140000
160000
