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Approche de la conservation de l’énergie à l’analyse du système
 

Approche de la conservation de l’énergie à l’analyse du système

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Conservation de l’énergie est un principe physique bien établi qui est fréquemment appliqué dans la conception et l’analyse des systèmes mécaniques. Étant donné que l’énergie est conservée, comptabilité minutieuse de comment il est ajouté à et dissipée depuis un système ainsi que les transformations internes aux diverses formes peut donner des informations importantes sur les conditions de fonctionnement. L’avantage de cette approche est qu’il permet souvent de nombreux détails du système pour être ignoré. Ainsi, l’analyse peut être considérablement simplifiée. Cette vidéo illustre l’application de la conservation de l’énergie à un système de circuit avec un robinet-vanne. Et de montrer comment cette approche peut être utilisée pour déterminer le point de fonctionnement du système, ainsi que le coefficient de perte de la vanne.

Envisager l’installation de flux indiquée sur ce schéma. Air est aspiré dans la chambre de tranquillisation de conditions atmosphériques et se jette dans la salle de récepteur à travers une section de tuyau court avec une entrée nette, un robinet-vanne et un refoulement sont ouverts. L’air circule à travers un diaphragme et d’un ventilateur centrifuge avant de retourner aux conditions atmosphériques. L’énergie totale transportée par l’écoulement est une combinaison de composants cinétiques, potentielles et thermodynamiques comme le montre l’équation pour l’énergie spécifique à un point dans le flux. Ces composants peuvent librement se transformer d’un type à l’autre par le système. Notez qu’alpha est un facteur de correction pour tenir compte du fait que la vitesse n’est pas constante dans l’ensemble de la section d’écoulement. Pour un écoulement turbulent, alpha est généralement considérée comme un. Et pour des écoulements laminaires, c’est nettement plus gros. Flux de tuyau à des nombres de Reynolds modérées, alpha est environ 1.1. Étant donné que l’énergie est conservée, une différence entre deux points dans le flux de l’énergie spécifique doit être le fruit d’un travail externe sur le fluide ou la dissipation. En outre, si l’analyse est réduite aux points à la même hauteur, le potentiel gravitationnel ne contribuera pas à la différence. Il s’agit de l’équation de l’énergie pour le système. Considérons maintenant les pertes de système. Les pertes plus importantes auront lieu à l’entrée du tuyau et la vanne de la décharge. Ces pertes sont proportionnelles à l’énergie cinétique de l’écoulement et peuvent être liées à la vitesse d’écoulement à l’aide de la continuité. Il peut être démontré que le coefficient de perte d’entrée et d’évacuation sont respectivement de moitié et un seul. Envisagez ce qui se passe comme les débits d’air de la chambre de tranquillisation dans la section de tuyau. Aucune énergie n’est ajouté, mais il y a certains dissipation à l’entrée. En outre, étant donné que la vitesse d’écoulement dans le plénum est négligeable par rapport à la vitesse dans la section de tuyau, il peut être ignoré. Les autres termes peuvent être réarrangées pour obtenir le débit en fonction de la différence de pression entre ces deux points. Considérons maintenant la chute de pression de la section du tuyau en amont de la vanne au récepteur. Encore une fois, aucune énergie n’est ajoutée et pertes se produira à la valve et la décharge. Vitesse d’écoulement dans le récepteur est négligeable par rapport à la section de tuyau, donc l’équation simplifie encore une fois. Dans ce cas, la perte de la vanne est une fonction du débit et la pression différentielle peut être déterminée. Enfin, considérer l’ensemble du système. Le fluide entre et sort du système à la même pression et la vitesse. Ainsi, l’ouvrage publié par l’arbre doit être égal au total des pertes dans le système. Si la courbe de rendement du ventilateur est connue, alors le point de fonctionnement, ou débit attendue du système peut prévoir pour un facteur de perte totale donnée. Le point de fonctionnement peut être déterminé graphiquement en traçant la courbe de performance de ventilateur avec les courbes de performances système. À un débit donné, la courbe de ventilateur représente l’énergie spécifique ajoutée en ce qui concerne un saut de pression, tandis que la courbe du système représente la perte d’énergie spécifique. À un état d’équilibre, ces deux contributions doivent être égales. Maintenant que vous comprenez comment utiliser les économies d’énergie pour analyser le système, nous allons utiliser cette technique pour calibrer la valve et de déterminer le point de fonctionnement.

Avant de commencer la mise en place, vous familiariser avec les procédures de mise en page et de la sécurité de l’installation. Vérifiez que le ventilateur ne fonctionne pas et il ne circule pas dans la zone d’essai. Maintenant mis en place le système d’acquisition de données tel qu’illustré dans le diagramme dans le texte. Connectez l’onglet de pression plénum à la voie positive du transducteur de pression deux. Et puis connectez l’onglet de pression en amont de la vanne pour le port négatif du transducteur deux ainsi que le port positif du transducteur un. Quitter le port négatif du transducteur celui ouvert à des conditions ambiantes. Le logiciel d’acquisition de données, s’assurer que le canal virtuel zéro et un correspondent respectivement aux transducteurs de pression un et deux. Enfin, définissez la fréquence d’échantillonnage à 100 hertz et nombre total d’échantillons à 500. Une fois le système d’acquisition de données est configuré, mesurer le diamètre intérieur de la conduite de l’essai et calculer sa section transversale. Ensuite, mettez la manette vers la droite jusqu'à ce que la vanne est complètement fermée. Et puis ouvrir le robinet en pleine tour de la poignée à la fois tenir compte du nombre de tours entiers nécessaire pour ouvrir complètement la vanne. S’il y a un virage partiel restant, ramener le manche le tour complet le plus proche. Choisissez un incrément pratique basé sur le nombre de tours juste comptés. Par exemple, si le nombre de tours a été de 12, une augmentation d’au moins 1,5 tours donne huit points d’essai de complètement ouvert à presque complètement fermée. Laisser la vanne en position complètement ouverte et allumez la facilité de circulation. Maintenant, utilisez le système d’acquisition de données pour déterminer les différences de pression moyenne mesurées par les deux transducteurs à cette position de la vanne et enregistrer ces valeurs. Fermez le robinet d’un incrément et recommencez la mesure. Continuer la vanne de fermeture par incréments et prise de mesures jusqu'à ce que la valve est presque entièrement fermée. Lorsque toutes les données ont été collectées, éteignez la facilité de circulation.

À chaque position de la vanne mesurée par le nombre de tours de la position complètement ouverte, vous avez une mesure de la différence de pression entre le plénum et la section du tuyau en amont de la vanne et la mesure de la différence de pression entre le tuyau section en amont de la vanne et le récepteur. Effectuer les calculs suivants pour chaque position de la vanne. Tout d’abord calculer le débit de la chute de pression entre le plénum et la section du tuyau en amont à l’aide de l’équation dérivée plus tôt. Une fois que la vitesse d’écoulement est connue, le coefficient de perte de la vanne peut être calculé de la chute de pression entre la section du tuyau en amont et le récepteur. Le coefficient de perte permet de déterminer le point de fonctionnement ou le débit d’air attendu à cette position de la vanne. Enfin, comparer le point de fonctionnement à la vitesse d’écoulement expérimental en calculant l’écart relatif entre les deux. Maintenant, regardez vos résultats.

Tracer la courbe caractéristique décrite dans le texte pour le ventilateur, puis ajoutez les courbes de système pour les total des pertes à chaque position de la vanne. Les deux la pente de la courbe du système et le coefficient de perte de l’augmentation de la vanne que la vanne est fermée, ce qui démontre une augmentation dans la dissipation de l’énergie comme la circulation est limitée. D’un point de vue conceptuel, KV approche l’infini, toute l’énergie est dissipée dans la vanne. Dans la gamme des débits observés, le pourcentage d’erreur est faible, mais toujours sous-estimée. En outre, l’erreur diminue lorsque la vanne est fermée. Ce comportement est attendu puisque l’alpha de facteur de correction augmente légèrement avec le nombre de Reynolds.

Conservation de l’énergie est fréquemment utilisée pour analyser des systèmes techniques complexes. L’énergie cinétique, emporté par le vent peuvent être prises par des éoliennes pour produire l’énergie électrique. En comparant en amont avec des conditions d’écoulement en aval, l’équation de l’énergie permet d’évaluer la quantité d’énergie a été retiré de la vent. L’ampleur de l’énergie récupéré sera donnée par le travail choqué. Le changement est gravitationnel énergie potentielle peut être utilisé pour évaluer la vitesse d’écoulement d’eau sur un déversoir. Ceci est fait en combinaison avec l’équation de conservation de masse en mesurant les profondeurs en amont et en aval du déversoir.

Vous avez regardé juste d’introduction de la Jove à l’analyse de la conservation de l’énergie. Vous devez maintenant comprendre comment appliquer l’équation de l’énergie à un système de flux, calibrer les coefficients de perte et de déterminer le point de fonctionnement. Merci de regarder.

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