5. Робота № 5. Аеродинамічний розрахунок системи вентиляції

Мета роботи: практичне використання методики аеродинамічного розрахунку системи вентиляції.

Результати роботи представляються у вигляді розрахунків втрат тиску в повітроводах і елементах системи вентиляції, визначення необхідного повного тиску вентилятора для заданої витрати повітря і підбору вентилятора.

Загальна інформація

Трубопроводи використовують для транспортування краплинних і газоподібних рідин, а також інших середовищ.

В основі розрахунку будь-якого трубопроводу є задача про розрахунок простого трубопроводу із сталими по довжині діаметром і витратою рідини. На практиці задача розрахунку трубопроводу зустрічається звичайно в наступних трьох постановках [1]:

1. Визначити перепад тиску в трубопроводі діаметром і довжиною при заданих витраті і теплофізичних властивостях рідини.

2. Визначити пропускну здатність трубопроводу при заданих діаметрі , довжині , профілю і перепаду тиску .

3. Визначити діаметр трубопроводу, якщо всі інші геометричні і кінематичні параметри трубопроводу і теплофізичні властивості рідини відомі.

Базовими рівняннями для розрахунку трубопроводів при транспортуванні нестисливих рідин ( ) є рівняння Бернуллі, нерозривності (витрати) і формули для визначення втрат тиску по довжині трубопроводу і в місцевих опорах. Для стисливих рідин ( ) базова система рівнянь доповнюється рівнянням стану (Клапейрона – Мендєлєєва).

Рух газів в порівнянні з рухом краплинних рідин характеризується рядом особливостей, які обумовлені різницею їх фізичних властивостей. При виконанні гідравлічних розрахунків газопроводів і повітропроводів розрізняють два випадки: рух при малих і великих відносних перепадах тиску ( - перепад тиску між початковим і кінцевим перерізами трубопроводу, віднесений до середнього тиску газу в трубопроводі). При малих відносних перепадах тиску ( ) вважають густину газу незмінною по довжині трубопроводу, тобто нехтують стисливістю газу. При великих необхідно враховувати зміну густини газу по довжині трубопроводу в залежності від зміни тиску. Так як в звичайних системах вентиляції (швидкість повітря до 60 м/с), то розрахунок повітроводів принципово не відрізняється від розрахунків трубопроводів для нестисливих рідин.

Втрати тиску в повітроводі визначають по формулі

, (5.1)

де – сума втрат тиску на тертя в прямих ділянках повітроводу (лінійні втрати); – сума втрат тиску в місцевих опорах повітроводу – арматурі і окремих елементах (коліна, трійник, тощо).

Втрати тиску на тертя (Па) можуть бути визначені по формулі Дарсі

, (5.2)

де – коефіцієнт опору тертя; – довжина ділянки повітроводу, м; – густина повітря, кг/м³; – швидкість повітря, м/с; – еквівалентний (гідравлічний) діаметр повітроводу (м), який для круглої труби дорівнює її діаметру , а для труб прямокутого перерізу ( ) визначається як

. (5.3)

Діаметри круглих труб або розміри перерізу прямокутних повітроводів слід приймати по ГОСТ 8468.

Коефіцієнт опору тертя гладких повітроводів залежить від режиму руху повітря (ламінарний або турбулентний), який визначається значенням критерію Рейнольдса.

Для ламінарного режиму руху повітря

, (5.4)

де – критерій Рейнольдса (тут – кінематичний коефіцієнт в’язкості повітря, м²/с).

Практично завжди в повітроводах спостерігається турбулентний режим руху і коефіцієнт опору тертя може бути визначено по наступним формулам:

при

(формула Блазіуса) (5.5)

при

(формула Нікурадзе) (5.6)

Промислові труби (повітроводи) мають технічну (нерівномірну) шорсткість. Коефіцієнт опору тертя для таких повітроводів залежить не тільки від критерію Рейнольдса, але і від величини відносної шорсткості, яка представляє собою відношення середньої висоти виступів Δ до діаметру труби, і може бути визначена по номограмам, які наведені в спеціальній літературі [2]. Для сталевих оцинкованих і алюмінієвих труб приймають абсолютну шорсткість Δ ≈ 0,1…0,3 мм. Пластмасові повітроводи (Δ = 1…5 мкм) можна розраховувати як гладкі труби.

В спеціальній літературі, довідниках, каталогах і нормативних матеріалах приводяться номограми для визначення втрати тиску на тертя, яке приходиться на 1 м довжини прямих ділянок повітроводів. Слід, проте, пам’ятати, що при розрахунку круглих труб не має значення, що приймати за задані величини: і чи і . Для каналів прямокутного перерізу вихідними можуть бути тільки і істина швидкість повітря , так як витрата в умовно круглій трубі з , яка має ту ж величину втрати тиску на тертя, буде відрізнятися від істинної витрати повітря в каналі прямокутного перерізу.

Втрати тиску (Па) в місцевих опорах визначають по формулі

, (5.7)

де – коефіцієнт місцевого опору; – швидкість повітря в тому перерізі, до якого віднесено , м/с.

Для визначення коефіцієнтів різних місцевих опорів (раптове звуження чи розширення каналу, вхід в трубу, коліна, трійники, заслінки, клапани, гратки, тощо) необхідно користуватися спеціальною і довідковою літературою, а також нормативними і керівними технічними матеріалами.

Середня швидкість руху повітря визначається з рівняння витрати

. (5.8)