Часть 1

72

стола?

2) Какова структура матрицы планирования многофакторного эксперимента?

1.9 ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ВЕНТИЛЯТОРА

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ Лабораторная работа проводится с целью усвоения основных соотно-

шений между параметрами воздушного потока и изучения основанных на них расчетных зависимостей. Задача работы заключается в получении размерной и безразмерной характеристик вентилятора и в ознакомлении с аппаратурой, методикой, техникой эксперимента и приемами расчета характеристик.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ.

Для выполнения тех или иных технологических задач с помощью воздушного потока необходимо подобрать вентилятор, обеспечивающий подачу заданного количества воздуха, т.е. его расход через рабочую сеть или камеру. Этот расход определяет производительность вентилятора - V [м3/ с].

В системах аэродинамической очистки и сортирования зерна, воздушный поток должен обладать строго определенной скоростью – с[м/с], согласованной с критическими скоростями обрабатываемых материалов. Кроме того, в системах разделения (сепарации) необходимо обеспечить равномерность эпюры ско-

где F - площадь поперечного сечения воздухопровода, в квадратных метрах.

Движущийся в трубопроводе воздух обладает некоторой кинетической

где m′- секундная масса воздуха, кг;

γ - его плотность, равная при нормальных условиях 1,2 кг/м3; g - ускорение силы тяжести, м/с2

Показатель, характеризующий кинетическую энергию, приходящуюся на единицу расхода воздуха, называется скоростным или динамическим напо-

Динамический напор воздушного потока поддается непосредственному измерению, тогда из предыдущей формулы можно найти фактическую ско-

Рисунок 1.22 Размерная характеристика вентилятора

воздушного потока, необходимо создать некоторый запас энергии или напора. Это потенциальная энергия воздуха, характеризующийся его статическим напором, который можно определить как

где ξ - суммарный коэффициент местных сопротивлений, т.о. полное давление воздушного потока в будет H = hст + hd [Па],

а его мощность

Чтобы создать воздушный поток мощностью LП, необходимо затратить на привод вентилятора несколько большую мощность LВ т.к. часть энергии теряется на преодоление сопротивлений, возникающих внутри самого вентилятора при завихрениях воздуха (аэродинамические потери). Поэтому необходимо

74

ввести понятие аэродинамического коэффициента полезного действия ηH , учитывающего внутренние потери напора (манометрический КПД)

Параметры воздушного потока зависят от режима работы вентилятора и сопротивления сети, которое определяет степень загрузки вентилятора. Степень загрузки оценивается по показателю использования полного давления, который называют коэффициентом режима работы

Вентиляторы подбираются для заданных условий по их характеристикам, которые получают путем лабораторных испытаний, представляя в графической или табличной форме, в виде зависимости всех параметров от нагрузки.

При изменении числа оборотов крылача вентилятора параметры воздушного потока изменяются соответственно основным соотношениям:

Рисунок 1.23 Характеристика вентилятора по В.П. Горячкину

-производительность V пропорциональна числу оборотов;

-напоры hd и hст пропорциональны квадрату числа оборотов;

-мощность воздушного потока LП и расход энергии на привод LВ пропорциональны кубу числа оборотов.

76

3) По полученным данным и результатам обмера испытуемого вентилятора строят его размерную и безразмерную характеристики по образцам ри-

сунков 1.21 и 1.22.

ОРУДОВАНИЕ, ПРИБОРЫ, ИНСТРУМЕНТ При выполнении работы используются лабораторная установка с набо-

ром диафрагм, измерительная трубка Пито-Прандтля (зонд), микроманометр, тахометр, секундомер, электрический счетчик, мерительный инструмент.

Рисунок 1 24 Схема установки (обозначения в тексте)

1)Лабораторная установка (рисунок 1.24 а) состоит из испытуемого вентилятора - 1 и воздухопровода (аэродинамической трубы) 2, на выходе которой имеются направляющие для установки сменных заслонок (диафрагм) 3, создающих различное сопротивление воздушному потоку и изменяющих коэффициент режима К.

2)В целях получения сопоставимых результатов размеры подобных установок всегда имеют строго определенные соотношения. Длина воздухопровода выбирается с учетом того, что измерения напора следует производить в сечении, отстоящем от выходного отверстия вентилятора на расстоянии не ме-

нее 6dэкв , а от выходного конца трубы на расстоянии не менее 2dэкв (dэкв - диаметр круглого отверстия, создающего такое же сопротивление, как выходное

окно вентилятора).

3) Статическое и динамическое давления воздушного потока замеряют с помощью трубки Пито-Прандтля, которая (рисунок 1.24а) состоит из насадка - 8 и держателя 4. Насадок имеет (рисунок 1.24 b) цилиндрическую форму с полусферической головкой на конце и устанавливается головкой против движе-

77

ния воздушного потока. При этом на центральное отверстие А в головке действует полное давление Н, а боковые отверстия В в стенке головки находятся под воздействием статического давления hСТ. Такая конструкция обеспечивает измерение давления почти в точке потока и не вносит в поток существенных искажений.

Стеклянная измерительная трубка микроманометра 7 заполняется подкрашенным техническим спиртом.

При замере полного давления Н центральное отверстие А соединяется с нижней частью микроманометра резиновым шлангом 5 и полой трубкой дер-

7Открытый канал

F=300

жателя 4. При этом давление воздушного потока заставит уровень жидкости в наклонной трубке микроманометра 7 повыситься (1 мм вод. ст.= 1 кг/м2 = 9,8 Па).

Если одновременно соединить боковые отверстия шлангом б с верхним концом наклонной трубки микроманометра 7, то уровень спирта в ней уменьшится, и будет соответствовать динамическому давлению hd воздушного пото-

ка (разности Н и hст).

Статическое давление воздушного потока определяется как разность полного и динамического напоров. Из-за трения воздуха о стенки канала, неравномерности потока на выходе вентилятора и по другим причинам, величина напора воздушного потока в разных точках сечения канала не одинакова. Для определения среднего напора замеры производят в нескольких точках, равномерно расположенных по всему сечению трубопровода. Последующие расчеты производятся по усредненным результатам трех измерений.

4) Мощность, необходимая для привода вентилятора, на данной лабораторной установке определяется с помощью электросчетчика. При этом, с учетом КПД электродвигателя и ременной передачи 1 оборот диска счетчика соответствует расходу энергии в 153,7 Дж, тогда мощность на привод вентилятора

79

6)Обработать данные на ПЭВМ по специальной программе.

7)По результатам экспериментов (таблицы 1.21) и вычислений (таблица 1.22) построить размерную и безразмерную характеристики вентилятора, проанализировать и дать общие выводы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1) Какие зависимости связывают между собой основные параметры воз-

душного потока: расход, скорость, напор, мощность?

2)Как изменяются основные показатели воздушного потока при изменении оборотов вентилятора?

3)Что характеризует показатель режима работы вентилятора?

4)Как в эксперименте определяются напор, скорость и расход воздуха в воздухопроводе?

5)Какую характеристику вентилятора называют безразмерной, для чего и как она используется?

1.10 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА СУШКИ ЗЕРНА

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧА РАБОТЫ Лабораторная работа проводится с целью изучения основных соотноше-

ний, характеризующих процесс сушки и используемых при расчете параметров зерносушилок. Задачей работы является определение основных показателей режима сушки и оценка его рациональности.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Основные показатели процесса сушки устанавливают взаимодействие

влажных материалов с агентом сушки (теплоносителем).

В конвективных сушилках агентом является нагретый воздух, наружное состояние которого до входа в сушилку известно и характеризуется: температурой t0 град., относительной влажностью ϕ0 %, влагосодержанием d0 г вл./кг сух. возд. и теплосодержанием (энтальпией) H0 кдж/кг. После нагревателя агент сушки имеет характеристики t1, ϕ1, d1 и H1. Причем, в случае нагрева воздуха калорифером d1 = d0, а при смешивании воздуха с горячими газами (продуктами сгорания топлива) влагосодержание изменяется и d1 > d0.

Характеристиками влажного материала (зерна) являются: его подача или массовый расход G1 кг/ч, температура θ1 град. и относительная влажность

ω1 %.

В сушильной камере при контакте теплоносителя с зерном влага перемещается изнутри зерна к его поверхности и испаряется за счет разности парциальных давлений, переходя к воздуху. При этом повышается влагосодержание воздуха и температура зерна, а температура воздуха и влажность зерна снижа-

80

ются. Процесс может идти до тех пор, пока не установится равновесное состояние между парциальными давлениями водяных паров воздуха и зерна, которое зависит от температуры. Предельные значения характеристик агента сушки на входе ограничены биологическими свойствами зерна, совокупность которых определяет режим сушки и включает: предельную температуру агента сушки t1max ; предельную температуру нагрева зерна θ2max, экспозицию сушки (время пребывания зерна в горячей среде) τ, степень однократного снижения влажности Δω1 и др. Все эти показатели зависят от исходной влажности зерна.

В результате тепло- и влагообмена параметры материала на выходе из сушильной камеры станут G2, θ2 , ω2, а агента сушки - t2 , ϕ2, d2 и H2.

Аналогичный процесс происходит и в охладительной камере сушилки, где температура зерна доводится за счет наружного воздуха до окружающей при дополнительном снижении влажности.

Влага, выделенная из материала в процессе сушки в кг/ч, может быть определена как

Обычно для дальнейших расчетов сушилок определяется удельный расход агента сушки, в килограммах воздуха, поделенных на килограмм испаренной влаги

Тепло в сушилке расходуется не только на испарение влаги, но и теряется на нагрев транспортирующих и других конструктивных элементов сушилки, на прямые потери тепла через наружные стенки и др. Баланс тепла в сушилке в кдж/кг.исп. вл. определяется как

где q1 = l(H1-Ho) - полные затраты тепла в сушилке;

q2= l(H2-Ho) - остаточное тепло, унесенное теплоносителем;

qз = G2c2 −G1c1 - тепло, затраченное на нагрев зерна;

W

с- теплоемкость зерна, зависящая от его температуры и влажности;