5.3. Физические основы рабочих процессов пылеочистки
Основной рабочий процесс в пылесосе связан с движением воздушно-пылевой смеси в его трактах. При рассмотрении рабочего процесса записывается уравнение сохранения энергии в форме уравнения Бернулли:
,
(5.1)
где:
удельный объем;
скорость;
элементарные
работы.
Уравнение
показывает, что элементарная работа
,
передаваемая потоку воздуха рабочим
колесом, расходуется на изменение
элементарных потенциальной энергии
давления
,
кинетической энергии
и работы на преодоление сил сопротивления
.
Уравнение (5.1) можно выразить в интегральной форме через напор, т.е. приращения энергии 1 кг массы воздуха:
,
(5.2)
где:
− внутренний напор, которым называют
полную удельную механическую работу,
переданную воздуху рабочим колесом,
т.е. полную работу, которая затрачивается
на вращение колеса:
;
(5.3)
−
статический
напор:
;
(5.4)
− динамический
или скоростной напор:
;
(5.5)
потеря
напора из-за сопротивления:
.
(5.6)
Статический
напор
или работа сжатия в потоке газа
складывается из работы сжатия неподвижного
газа
и работы перемещения
.
Различают полезный напор
без учета динамического напора и
полученный напор
с учетом динамического номера, т.е. по
полным параметрам.
Если
представить газ неподвижным
(заторможенным), но с энергией равной
энергии движущегося, то имеем выражения
для его энтальпии
и
температуры
соответственно:
.
(5.7)
Под
полным давлением
понимают давление, которое имел бы газ,
если бы его кинетическая энергия без
потерь и теплообмена была преобразована
в энергию давления.
Потери в общем виде определяются формулой:
,
(5.8)
где
коэффициент потерь, определяемый
экспериментально.
Внутренний напор можно выразить следующей суммой:
,
(5.9)
где:
– теоретический напор, механическая
работа, сообщаемая 1 кг воздуха в решетке
рабочего колеса;
,
потери на протечки и трение.
В расчетах обычно используется понятие коэффициента напора, представляющего из себя отношение напора к квадрату переносной скорости на выходе колеса:
.
(5.10)
Поток
воздуха в ступени центробежного
вентилятора воздуховсасывающего
агрегата пылесоса является пространственным.
Его параметры в различных точках имеют
неодинаковые значения по величине и
направлению. Положение точки
рассматривается в цилиндрической
системе координат (рис.5.6): радиус
,
угол
,
координата –
.
Ч
ерез
оси
можно провести три координатные
поверхности: меридиональную – через
оси
и
,
радиальную (перпендикулярную к оси
агрегата) – через
и
,
и цилиндрическую проходящую через ось
и
перпендикулярную к оси
.
Движение потока воздуха рассматривается в двух системах координат неподвижной, связанной с корпусом воздуховсасывающего агрегата и вращающейся, связанной с рабочим колесом. В неподвижной системе координат рассматривается абсолютная скорость, вектор которой равен геометрической сумме трех взаимно перпендикулярных составляющих:
,
(5.11)
где
меридиональная скорость, определяющая
количество воздуха, проходящего через
колесо.
Окружная
составляющая
называется
закруткой потока.
Вращающаяся система координат определяет относительную скорость:
,
(5.12)
где
переносная (окружная скорость).
Для определения параметров потока используют основные уравнения, определяющие течение воздуха:
уравнение
состояния –
;
уравнение
неразрывности
,
где
поперечное сечение канала, перпендикулярное
к вектору скорости;
уравнение
количества движения (ур. Эйлера)
.