3.13: 省エネルギー システムの分析方法

1. 施設の設定

1. 施設内に流れがないのでファンが実行されていないことを確認します。
2. データ集録システム (図 4A) 図 2 b の回路図に従うことを確認します。
   1. 圧力トランスデューサー #1 の正のポートを接続 (参照図 2 b を参照)、弁の上流圧力タップする ()。
   2. 部屋の条件には、圧力トランスデューサー #1 の負のポートは開いたままにしておきます (受信機:)。したがって、この探触子の読書を直接されます。
   3. チャンバー圧力タップに圧力トランスデューサー (参照図 2 b を参照してください) #2 の正のポートを接続 ()。
   4. 圧力トランスデューサー (参照図 2 b を参照してください) #2 の負のポートをバルブの上流圧力タップに接続 ()。したがって、この探触子の読書を直接されます方程式 (10) では必要に応じて。
3. データ集録システム (図 4(B)) で仮想チャネル 0 が圧力トランスデューサー #1 に対応することを確認してください ()、圧力トランスデューサー #2 に対応する仮想チャネル 1 ()。
4. 500 サンプル (すなわち、データの 5 s) の合計は 100 Hz のレートでサンプルにデータ集録システムを設定します。

表 1。実験的研究のための基本的なパラメーターです。

図 4.流施設です。(A): 調査されるバルブのセットをインストールする前に [受信者] セクションにプレナム放電のビュー。(B): 受信機の内部にバルブの 3 種類。左から右へ: ゲート バルブ、グローブ バルブ、バタフライ バルブ。(C): 受信機からポートを終了します。バルブ放電、レシーバー内の流れとファンが画像に多孔板を通して受信機からのフローを吸うです。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

2. 測定

1. バルブに接続されているパイプの径を記録し、その断面積を計算します。
2. バルブを全閉位置から完全に開いた位置に移動するために必要なハンドルの回転の最大数を決定します。この数値が整数でない場合は、この分析を簡素化する最後の分数回転を除外します。現在の実験では、最大回転数は 12 です。
3. バルブを完全に閉じます。
4. 回転数をカウントしながら完全に開くまでバルブのハンドルを回転させます。わかりやすくするため、実験のためターン数だけ整数を使用します。たとえば、それは約 12 ターンと 1/3 この実験で使用されているバルブを全開にします。したがって、その完全に閉じた位置からのみ 12 回転のこのバルブのハンドルを回し、初期位置として定義 ()。
5. フロー機能をオンにします。
6. 測定値を記録するデータ集録システムを使用して、 、 。
7. 平均値を表 2 に入力とデータ集録システムで得られました。
8. 1.5 回転でバルブを閉じます。
9. 表 2 が完全に作成されるまで手順 2.6 から 2.8 を繰り返します。
10. フロー機能をオフにします。

3. データ分析

1. 式 (5) を使用して各角度の位置の弁の損失係数を決定します。表 2 にこれらの値を入力します。
2. 関係式 (10) を使用してバルブの各角度の位置に流量を決定します。表 2 にこれらの値を入力します。
3. 式 (7) を使用して動作点を決定します。表 2 にこれらの値を入力します。
4. 測定流量と動作点の相対的な差を計算します。
5. 式 (3) を使用してのすべての値のシステムの曲線のプロットを生成する。総損失係数を考慮。
6. ファンの特性曲線を方程式 (2) を使用してこの同じプロットに追加します。

表 2。代表的な結果。圧力差と流量率と損失係数の推定の測定。

エネルギー保存は、機械システムの設計と解析に頻繁に適用される確立された物理原理です。エネルギーは保存されるため、エネルギーがシステムにどのように追加され、システムからどのように消費されるか、およびさまざまな形式への内部変換を慎重に計算することで、動作条件に関する重要な詳細が得られます。このアプローチの利点は、多くの場合、システムの多くの詳細を無視できることです。そのため、分析を大幅に簡素化できます。このビデオでは、ゲートバルブを備えたフローシステムへのエネルギー保存則の適用について説明します。また、このアプローチを使用して、システムの動作点とバルブの損失係数を決定する方法を示します。

この図に示されているフロー機能について考えてみます。空気は大気条件からプレナムに引き込まれ、鋭い入り口、ゲートバルブ、およびオープンディスチャージを備えた短いパイプセクションを介してレシーバールームに流れ込みます。その後、空気はオリフィスプレートと遠心ファンを通って流れ、大気状態に戻ります。流れによって運ばれる総エネルギーは、流れのある点での比エネルギーの式に示されているように、運動成分、ポテンシャル成分、および熱力学成分の組み合わせです。これらのコンポーネントは、システムを通じて1つのタイプから別のタイプに自由に変形できます。アルファは、流れセクション全体で速度が一定ではないことを考慮に入れるための補正係数であることに注意してください。乱流の場合、通常、アルファは1つと見なされます。また、層流の場合、それは著しく大きくなります。中程度のレイノルズ数のパイプ流れでは、アルファは約1.1です。エネルギーは保存されるため、流れの 2 点間の比エネルギーの差は、流体に対する外部作業または散逸の結果である必要があります。さらに、解析が同じ高さのポイントに制限されている場合、重力ポテンシャルは差に寄与しません。これがシステムのエネルギー方程式です。次に、システムの損失について考えてみましょう。最も重大な損失は、パイプの入口、バルブ、および排出で発生します。これらの損失は流れの運動エネルギーに比例し、連続性を使用して流量に関連付けることができます。入口と放電の損失係数は、それぞれ半分と1であることを示すことができます。プレナムからパイプセクションに空気が流れるとどうなるかを考えてみましょう。エネルギーは追加されませんが、入り口にはいくらかの散逸があります。また、プレナム内の流速はパイプ部内の流速に比べて無視できるため、無視できます。残りの項は、それらのポイント間の圧力差の観点から流量を生成するように再配置できます。次に、バルブの上流のパイプセクションからレシーバーまでの圧力降下について考えます。ここでも、エネルギーは追加されず、バルブと放電で損失が発生します。レシーバーの流速はパイプセクションと比較して無視できるため、方程式は再び単純化されます。この場合、バルブの損失は流量の関数であり、圧力差を決定できます。最後に、システム全体について考えてみましょう。流体は、同じ圧力と速度でシステムに出入りします。したがって、シャフトによって追加される仕事は、システムの総損失と等しくなければなりません。ファンの性能曲線がわかっている場合は、特定の総損失係数に対してシステムの動作点または予想流量を予測できます。動作点は、ファンの性能曲線とシステム性能曲線をプロットすることで、グラフィカルに決定できます。特定の流量では、ファン曲線は圧力ジャンプの観点から追加される比エネルギーを表し、システム曲線は比エネルギー損失を表します。定常状態では、これら 2 つの寄与は等しくなければなりません。エネルギー保存則を使用してシステムを解析する方法を理解したので、この手法を使用してバルブを校正し、動作点を決定しましょう。

セットアップを開始する前に、施設のレイアウトと安全手順をよく理解しておいてください。ファンが作動しておらず、テストエリアに流れがないことを確認します。次に、テキストの図に示すようにデータ収集システムを設定します。プレナム圧力タブを圧力トランスデューサ2の正極ポートに接続します。次に、バルブの上流の圧力タブをトランスデューサー2のマイナスポートとトランスデューサー1のプラスポートに接続します。トランスデューサーのマイナスポートは、部屋の条件に合わせて開いたままにしておきます。データ収集ソフトウェアは、仮想チャネル0と1がそれぞれ圧力トランスデューサ1と2に対応することを確認します。最後に、サンプリング レートを 100 ヘルツに設定し、合計サンプル数を 500 に設定します。データ集録システムのセットアップ後、テストパイプの内径を測定し、その断面積を計算します。次に、バルブが完全に閉じるまでバルブハンドルを時計回りに回します。そして、バルブを完全に開くために必要な全回転数をカウントしながら、一度にハンドルを1回転ずつバルブを開きます。部分的な回転が残っている場合は、ハンドルを最も近い全回転に戻します。カウントしたばかりのターン数に基づいて、便利な増分を選択します。たとえば、ターン数が 12 の場合、1.5 ターンの増分により、全開からほぼ全閉までの 8 つのテスト ポイントが得られます。バルブを全開位置にして、フロー機能をオンにします。次に、データ収集システムを使用して、このバルブ位置で両方のトランスデューサによって測定された平均圧力差を決定し、これらの値を記録します。バルブを1段階閉じて、測定を繰り返します。バルブがほぼ完全に閉じるまで、バルブを少しずつ閉じ、測定を続けます。

全開位置からの回転数で測定される各バルブ位置で、プレナムとバルブの上流のパイプセクションとの間の圧力差を測定し、バルブの上流のパイプセクションとレシーバーとの間の圧力差を測定します。バルブの各位置について、次の計算を実行します。まず、プレナムと上流パイプ断面の間の圧力損失から、前に導かれた式を使用して流量を計算します。流量がわかれば、上流のパイプセクションとレシーバーの間の圧力降下からバルブの損失係数を計算できます。損失係数を使用して、このバルブ位置での動作点または予想される空気流量を決定します。最後に、操作点と実験流量の相対的な差を計算して、操作点と実験流量を比較します。次に、結果を確認します。

テキストに記載されているファンの特性曲線をプロットし、バルブの各位置での総損失のシステム曲線を追加します。システム曲線の傾きとバルブの損失係数の両方が増加すると、バルブが閉じ、流れが制限されるとエネルギー散逸が増加することがわかります。概念的には、KVが無限大に近づくと、すべてのエネルギーがバルブ内で放散されます。観測された流量の範囲では、誤差の割合は低いですが、常に過小評価されています。さらに、バルブが閉じられると誤差が減少します。この動作は、補正係数 alpha がレイノルズ数とともにわずかに増加するため、予期されます。

エネルギー保存は、複雑なエンジニアリングシステムの解析によく使用されます。風によって運ばれた運動エネルギーは、風力タービンによって収穫され、電力を生成することができます。上流と下流の流れ条件を比較することで、エネルギー方程式を使用して、風からどれだけのエネルギーが除去されたかを評価できます。回収されたエネルギーの大きさは、ショックを受けた作業によって与えられます。変化は、重力ポテンシャルエネルギーを使用して、余水吐上の水の流量を評価できることです。これは、余水吐の上流と下流の深さを測定することにより、質量保存方程式と組み合わせて行われます。

Jove のエネルギー保存分析の紹介を見ました。これで、エネルギー方程式を流れシステムに適用し、損失係数を校正し、動作点を決定する方法を理解できたはずです。ご覧いただきありがとうございます。