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Erhaltung der Energie Ansatz zur Systemanalyse
 

Erhaltung der Energie Ansatz zur Systemanalyse

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Energieeinsparung ist ein gut etabliertes physikalisches Prinzip, das häufig in der Entwicklung und Analyse von mechanischen Systemen angewendet wird. Da Energie konserviert wird, kann wichtige Details über die Betriebsbedingungen sorgfältige Bilanzierung von wie es hinzugefügt und abgeleitet aus einem System sowie die internen Veränderungen für die verschiedenen Formen erzielt werden. Der Vorteil dieses Ansatzes ist, dass es oft viele Details des Systems ignoriert werden. Also, kann die Analyse erheblich vereinfacht werden. Dieses Video wird die Anwendung der Energieerhaltung ein Flow-System mit einem Absperrschieber veranschaulichen. Und zeigen, wie dieser Ansatz verwendet werden kann, um den Arbeitspunkt des Systems sowie der Verlust Koeffizient des Ventils festzustellen.

Betrachten Sie die Fluss-Anlage in diesem Schaltplan gezeigt. Luft wird in das Plenum von atmosphärischen Bedingungen und fließt in den Empfänger-Raum durch eine kurze Rohrstück mit einer scharfen Eingang, ein Absperrschieber und eine offene Entladung gezeichnet. Die Luft strömt dann durch Messblende und einen Radialventilator vor der Rückkehr nach atmosphärischen Bedingungen. Die gesamte Energie, die durch den Fluss getragen ist eine Kombination kinetische, potentielle und thermodynamischen Komponenten wie in der Gleichung für die spezifische Energie an einem Punkt in der Strömung. Diese Komponenten können frei von einem Typ zum anderen durch das System umwandeln. Beachten Sie, dass Alpha ist ein Korrekturfaktor berücksichtigt werden, dass die Geschwindigkeit nicht über den Durchflussquerschnitt konstant ist. Für turbulente Strömung wird Alpha in der Regel als eine übernommen. Und für laminare Strömungen, ist deutlich größer. Alpha ist in Rohrströmungen bei moderaten Reynoldszahlen ca. 1.1. Da Energie konserviert wird, muss keinen Unterschied in der spezifischen Energie zwischen zwei Punkten in der Strömung das Ergebnis der externen Arbeit auf die Flüssigkeit oder Ableitung sein. Darüber hinaus wenn Analyse beschränkt sich auf Punkte auf gleicher Höhe ist, trägt das Gravitationspotential nicht auf die Differenz. Dies ist die Energiegleichung für das System. Betrachten wir nun die Systemverluste. Die bedeutendsten Verluste treten am Rohr Eingang, das Ventil und die Entlastung. Diese Verluste sind proportional zu der kinetischen Energie der Strömung und können die Durchflussmenge mit Kontinuität bezogen werden. Es kann gezeigt werden, dass der Verlust Koeffizient für den Eingang und die Entlastung sind die Hälfte ein bzw.. Überlegen Sie, was als die Luft strömt aus dem Plenum in das Rohrstück passiert. Keine Energie hinzugefügt, aber es gibt einige Verlustleistung am Eingang. Darüber hinaus, da die Strömungsgeschwindigkeit im Plenum im Vergleich zu der Geschwindigkeit in das Rohrstück vernachlässigbar, kann es ignoriert werden. Die Restlaufzeiten können neu angeordnet werden, um den Durchfluss im Hinblick auf die Druckdifferenz zwischen diesen Punkten zu erzielen. Betrachten wir nun den Druckabfall aus dem Rohrabschnitt oberhalb des Ventils an den Empfänger. Wieder keine Energie zugeführt und Verluste treten am Ventil und Entlastung. Strömungsgeschwindigkeit im Empfänger ist vernachlässigbar im Vergleich zu dem Rohrabschnitt, so die Gleichung wieder vereinfacht. In diesem Fall die Ventil-Verlust ist eine Funktion der Durchflussmenge und die Druckdifferenz ermittelt werden. Schließlich betrachten Sie das Gesamtsystem. Die Flüssigkeit betritt und verlässt das System gleichzeitig Druck und Geschwindigkeit. Also muss die Arbeit durch die Welle hinzugefügt die Gesamtverluste im System entsprechen. Wenn die Leistungskurve des Ventilators bekannt ist, kann der Arbeitspunkt oder erwarteten Durchfluss des Systems für eine gegebene Totalverlust Faktor vorhergesagt werden. Der Betriebspunkt kann grafisch durch Plotten der Leistungskurve der Lüfter mit der System-Performance-Kurve bestimmt werden. Der Ventilatorkennlinie repräsentiert einen bestimmten Durchfluss die spezifische Energie in Bezug auf einen Sprung Druck hinzugefügt, während die Anlagenkennlinie die spezifischen Energieverlust darstellt. Im Steady-State müssen diese beiden Beiträge gleich sein. Nun, dass Sie verstehen, wie zur Erhaltung der Energie verwenden, um das System zu analysieren, verwenden wir diese Technik um das Ventil zu kalibrieren und bestimmen den Arbeitspunkt.

Bevor Sie Einrichtung beginnen, machen Sie sich mit dem Layout und Sicherheitsverfahren der Anlage. Überprüfen Sie, dass der Lüfter nicht läuft und es kein Medium durch das Testgebiet gibt. Nun das Datenerfassungssystem eingerichtet, wie in der Abbildung im Text dargestellt. Verbinden Sie die Druck auf die Registerkarte "Plenum" mit dem positiven Anschluss der Druckaufnehmer zwei. Und schließen Sie dann die Registerkarte Druck oberhalb des Ventils an der negative Anschluss der Wandler zwei sowie die positiven Anschluss der Wandler eine. Verlassen Sie den negativen Hafen der Wandler einen offenen auf Raumverhältnissen. Die Datenerfassungs-Software zu gewährleisten, dass virtuelle Kanal Null und eins entsprechen bzw. Druckaufnehmer eins und zwei. Legen Sie abschließend die Sampling-Rate zu 100 Hertz und insgesamt Proben auf 500. Nachdem das Datenerfassungssystem eingerichtet ist, Messen Sie den Innendurchmesser des Rohres Test und berechnen Sie seine Querschnittsfläche zu. Als nächstes den Ventilgriff drehen Sie im Uhrzeigersinn, bis das Ventil vollständig geschlossen ist. Und öffnen Sie dann das Ventil durch eine vollständige Drehen des Griffs gleichzeitig halten die Anzahl der ganzen Drehungen erforderlich, um das Ventil zu öffnen. Gibt es eine partielle Wendung, die verbleibenden, Rückkehr der Griff auf die nächste volle wenden. Wählen Sie eine bequeme Schrittweite basierend auf der Anzahl der Umdrehungen gezählt. Zum Beispiel wenn die Anzahl der Windungen 12 war, verleiht ein Zuwachs von 1,5 Umdrehungen acht Testpunkte von vollständig offen fast vollständig geschlossen. Das Ventil in die vollständig geöffnete Position zu verlassen und die Flow-Anlage einschalten. Verwenden Sie nun das Datenerfassungssystem, diese Werte zu bestimmen, die durchschnittliche Druckdifferenzen gemessen an beiden Schallwandler in dieser Ventilstellung. Schließen Sie das Ventil um eine Stufe, und wiederholen Sie die Messung. Weiterhin schließen des Ventils von Schritten und Messungen, bis das Ventil fast vollständig geschlossen ist. Wenn alle Daten gesammelt worden, die Flow-Anlage ausgeschaltet.

Bei jeder Ventilstellung, gemessen an der Anzahl der Umdrehungen von der vollständig geöffneten Position haben Sie ein Maß für die Druckunterschiede zwischen Plenum und das Rohrstück oberhalb des Ventils und die Messung der Druckdifferenz zwischen dem Rohr Abschnitt oberhalb des Ventils und des Empfängers. Führen Sie die folgenden Berechnungen für jede Position des Ventils. Berechnen Sie zunächst die Durchflussmenge von den Druckabfall zwischen Plenum und dem vorgelagerten Rohrabschnitt unter Verwendung der Gleichung früher abgeleitet. Sobald der Durchfluss bekannt ist, kann der Verlust Koeffizient des Ventils aus den Druckabfall zwischen dem vorgelagerten Rohrabschnitt und Empfänger berechnet werden. Mithilfe der Verlust Koeffizient der Arbeitspunkt oder die erwarteten Luftstrom bei dieser Ventilstellung bestimmen. Zu guter Letzt vergleichen Sie den Arbeitspunkt auf der experimentellen Durchfluss durch die Berechnung des relative Unterschied zwischen den beiden. Betrachten Sie nun Ihre Ergebnisse.

Plot der Kennlinie beschrieben in den Text für den Fan, und fügen Sie dann die System-Kurven für die Gesamtverluste an jeder Position des Ventils. Sowohl die Steigung der Systemkurve und der Verlust Koeffizient des Ventils erhöht, die das Ventil geschlossen ist, zeigen eine Zunahme der Energiedissipation als die Strömung ist beschränkt. Konzeptionell, KV unendlich nähert, all die Energie dissipiert im Ventil. Im Bereich von Durchflussmengen beobachtet ist der prozentuale Fehler niedrig aber immer unterschätzt. Darüber hinaus verringert der Fehler, da das Ventil geschlossen ist. Dieses Verhalten wird erwartet, da die Korrektur Faktor Alpha leicht mit der Reynolds-Zahl erhöht.

Erhaltung der Energie wird häufig verwendet, um komplexe technische Systeme analysieren. Die kinetische Energie vom Wind getragen kann die Ernte von Windenergieanlagen, elektrische Energie zu produzieren. Vergleichen Sie flussaufwärts mit nachgeschalteten Strömungsverhältnisse, kann die Energiegleichung verwendet werden, zu beurteilen, wie viel Energie aus dem Wind entfernt wurde. Das Ausmaß der Energie zurückgewonnen wird durch die schockiert Arbeit gegeben werden. Veränderung ist Schwerkraft potentielle Energie kann verwendet werden, um die Durchflussmenge des Wassers über einen Abflußkanal zu beurteilen. Dies geschieht durch die Messung der Tiefe upstream und downstream von der Hochwasserentlastung in Kombination mit der Massenerhaltung Gleichung.

Sie haben nur die Jupiter-Einführung in die Erhaltung der Energieanalyse beobachtet. Sie sollten jetzt verstehen, wie eine Energiegleichung auf ein Flow-System anwenden, Verlust Koeffizienten zu kalibrieren und bestimmen den Arbeitspunkt. Danke fürs Zuschauen.

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