Динамическое давление вентилятора что такое

Что такое напор вентилятора и от чего он зависит?

Напор – это одна из основных характеристик вентилятора, которая показывает, как изменяется давление потока воздуха до и после вентилятора. Именно за счёт этого давления воздух «проталкивается» через сеть воздуховодов, повороты, тройники, решетки и другое вентиляционное оборудование.

Различают статический, динамический и полный напоры вентилятора.

После вентилятора воздух имеет более высокое давление, чем до вентилятора. Разность давлений воздуха – это и есть статический напор вентилятора (статическое давление вентилятора).

Кроме того, после вентилятора воздух приобретает некоторую скорость движения – так называемый скоростной напор. Если на пути воздуха поставить стенку, то, очевидно, достигнув стенки, воздух остановится, при этом слегка сжавшись. Возле стенки кинетическая энергия воздуха (скорость) превратится в потенциальную энергию (давление). Именно этот прирост давления и есть скоростной напор вентилятора. Иными словами, динамическое давление вентилятора – это давление, которое мог бы иметь движущийся поток воздуха, если его внезапно остановить.

Полное давление вентилятора – суть сумма статического и динамического давлений вентилятора.

Давление (напор) вентилятора зависит от его конструктива. Наименее напорными являются осевые вентиляторы. Их напор измеряется единицами и десятками паскалей.

Средненапорные вентиляторы – как правило, вентиляторы радиального и центробежного типов. Такие вентиляторы «выдают» сотни паскалей. Именно такие вентиляторы чаще всего применяются в общеобменных системах вентиляции.

Вентиляторы высокого давления создают напор, измеряемый тысячами паскалей. Такие вентиляторы используются в промышленных системах вентиляции для прокачки воздуха через длинные воздуховоды, применяются в качестве дымососов, а также для надува при сжигании топлива.

Несколько иная классификация вентиляторов принята в канальных кондиционерах. Канальные кондиционеры также бывают низкого, среднего и высокого давления. Чем выше напор кондиционера, тем более разветвленную сеть воздуховодов можно к нему подсоединить.

К низконапорным кондиционерам подсоединять воздуховоды не рекомендуется.

Они комплектуются всасывающими и нагнетательными адаптерами, которые имеют отверстия для всасывания и нагнетания воздуха. Средненапорные канальные кондиционеры предусматривают подключение воздуховодов средней длины. Обычно речь идёт о рукавах длиной по нескольку метров. Наконец, высоконапорные канальные кондиционеры способны прокачивать воздух на 10 и более метров.

Источник

Что такое статическое и динамическое давление вентилятора в компьютере

Приветствую, уважаемые посетители моего блога! Сегодня давайте обсудим статическое и динамическое давление вентилятора — что это такое в компьютере, как считается и стоит ли заморачиваться с формулами.

О том, сколько вентиляторов обязательно нужно иметь в корпусе системного блока, читайте здесь.

Что значит статическое давление

Кулер в компьютере ни конструкцией, ни принципами работы вообще не отличается от обычных вентиляторов, используемых в бытовых климатических системах. К нему применимы те же физические формулы, которые используются при расчетах систем вентиляции.

В характеристиках вентилятора можно увидеть параметр, который называется «Напор», или по-другому «Статическое давление».

Рассчитывается как разница перед крыльчаткой и за ней. Из-за этой разницы воздух циркулирует в корпусе ПК — не только продвигаясь лопастями кулера, но и перемещаясь естественным образом.

Динамическое давление кулера

Проходя сквозь крыльчатку, воздушный поток обретает определенную скорость, создавая скоростной напор. Если установить преграду на пути этого потока, он остановится, немного сжавшись, а его кинетическая энергия трансформируется в потенциальную.

Динамическим называется давление перемещающегося воздушного потока «в идеальном» состоянии, то есть то, которое возникнет, если его резко остановить.

Полное давление — это сумма статического и динамического. Эти характеристики зависят от конструкции кулера и скорости вращения крыльчатки.

Измерить их можно с помощью прибора, который называется дифференциальный манометр. Замеры производятся с помощью специальных трубок Пито-Прадля.

А теперь подумайте сами, стоит ли настолько сильно заморачиваться с измерением параметров воздуха внутри шасси? На мой взгляд, если система охлаждения не справляется с задачей, нужно установить дополнительный кулер или использовать крыльчатки помощнее.

Все-таки мы с вами не инженеры, а продвинутые юзеры, и проектировка систем охлаждения не входит в категорию обычного обслуживания ПК.

Очень сомневаюсь, что этим заморачиваются профессиональные сборщики компьютеров, у которых процесс поставлен на поток.

Также советую почитать «Правильная циркуляция воздуха в компьютерном корпусе». Подписывайтесь на меня в социальных сетях, чтобы не пропустить уведомления о публикации новых интересных статей. До скорой встречи!

Источник

Определение динамического давления в воздуховоде

Основой проектирования любых инженерных сетей является расчет. Для того чтобы правильно сконструировать сеть приточных или вытяжных воздуховодов, необходимо знать параметры воздушного потока. В частности, требуется рассчитать скорость потока и потери давления в канале для правильного подбора мощности вентилятора.

Схема устройства и принципа работы воздуховода.

В этом расчете немаловажную роль играет такой параметр, как динамическое давление на стенки воздуховода.

Поведение среды внутри воздухопровода

Вентилятор, создающий воздушный поток в приточном или вытяжном воздуховоде, сообщает этому потоку потенциальную энергию. В процессе движения в ограниченном пространстве трубы потенциальная энергия воздуха частично переходит в кинетическую. Этот процесс происходит в результате воздействия потока на стенки канала и называется динамическим давлением.

Формулы для аэродинамического расчета систем естественной вентиляции.

Кроме него существует и статическое давление, это воздействие молекул воздуха друг на друга в потоке, оно отражает его потенциальную энергию. Кинетическую энергию потока отражает показатель динамического воздействия, именно поэтому данный параметр участвует в расчетах аэродинамики вентиляции.

При постоянном расходе воздуха сумма этих двух параметров постоянна и называется полным давлением. Оно может выражаться в абсолютных и относительных единицах. Точкой отсчета для абсолютного давления является полный вакуум, в то время как относительное считается начиная от атмосферного, то есть разница между ними – 1 Атм. Как правило, при расчете всех трубопроводов используется величина относительного (избыточного) воздействия.

Физический смысл параметра

Таблица расчета вентиляции.

Если рассмотреть прямые отрезки воздуховодов, сечения которых уменьшаются при постоянном расходе воздуха, то будет наблюдаться увеличение скорости потока. При этом динамическое давление в воздуховодах будет расти, а статическое – снижаться, величина полного воздействия останется неизменной. Соответственно, для прохождения потока через такое сужение (конфузор) ему следует изначально сообщить необходимое количество энергии, в противном случае может уменьшиться расход, что недопустимо. Рассчитав величину динамического воздействия, можно узнать количество потерь в этом конфузоре и правильно подобрать мощность вентиляционной установки.

Обратный процесс произойдет в случае увеличения сечения канала при постоянном расходе (диффузор). Скорость и динамическое воздействие начнут уменьшаться, кинетическая энергия потока перейдет в потенциальную. Если напор, развиваемый вентилятором, слишком велик, расход на участке и во всей системе может вырасти.

В зависимости от сложности схемы, вентиляционные системы имеют множество поворотов, тройников, сужений, клапанов и прочих элементов, называемых местными сопротивлениями. Динамическое воздействие в этих элементах возрастает в зависимости от угла атаки потока на внутреннюю стенку трубы. Некоторые детали систем вызывают значительное увеличение этого параметра, например, противопожарные клапаны, в которых на пути потока установлены одна или несколько заслонок. Это создает повышенное сопротивление потоку на участке, которое необходимо учитывать в расчете. Поэтому во всех вышеперечисленных случаях нужно знать величину динамического давления в канале.

Расчеты параметра по формулам

На прямом участке скорость движения воздуха в воздуховоде неизменна, постоянной остается и величина динамического воздействия. Последняя рассчитывается по формуле:

Схема организации воздухообмена при общеобменной вентиляции.

Получить значение динамического давления можно и в других единицах, в Паскалях. Для этого существует другая разновидность этой формулы:

Здесь ρ – плотность воздуха, кг/м3. Поскольку в вентиляционных системах нет условий для сжатия воздушной среды до такой степени, чтобы изменилась ее плотность, она принимается постоянной – 1.2 кг/м3.

Далее, следует рассмотреть, как участвует величина динамического воздействия в расчете каналов. Смысл этого расчета – определить потери во всей системе приточной либо вытяжной вентиляции для подбора напора вентилятора, его конструкции и мощности двигателя. Расчет потерь происходит в два этапа: сначала определяются потери на трение о стенки канала, потом высчитывается падение мощности воздушного потока в местных сопротивлениях. Параметр динамического давления участвует в расчете на обоих этапах.

Сопротивление трению на 1 м круглого канала рассчитывается по формуле:

Нюансы монтажа воздуховода.

Потери на трение определяются отдельно для каждого участка с различными диаметрами и расходами. Полученное значение R умножают на общую длину каналов расчетного диаметра, прибавляют потери на местных сопротивлениях и получают общее значение для всей системы:

Определение параметров местных сопротивлений вентиляционной системы

В определении параметра Z также принимает участие величина динамического воздействия. Разница с прямым участком заключается в том, что в разных элементах системы поток меняет свое направление, разветвляется, сходится. При этом среда взаимодействует с внутренними стенками канала не по касательной, а под разными углами. Чтобы это учесть, в расчетную формулу можно ввести тригонометрическую функцию, но тут есть масса сложностей. Например, при прохождении простого отвода 90⁰ воздух поворачивает и нажимает на внутреннюю стенку как минимум под тремя разными углами (зависит от конструкции отвода). В системе воздуховодов присутствует масса более сложных элементов, как рассчитать потери в них? Для этого существует формула:

Для упрощения процесса вычисления потерь вентиляционных воздуховодов все значения динамического воздействия для разных скоростей также просчитаны и сведены в таблицы, из которых их можно просто выбирать и вставлять в формулы. В Таблице 1 приведены некоторые значения при самых применяемых на практике скоростях движения воздуха в воздуховодах.

Из расчетных формул и данной таблицы хорошо видно, что значения не растут пропорционально возрастанию скорости воздуха.

Динамическое воздействие, оказываемое потоком воздуха на стенки воздуховодов, фасонных и прочих элементов, определяет потери давления на участке и является важным параметром, который необходимо учитывать в расчетах.

Источник

Особенности установки и выбора осевых вентиляторов

Т. С. Соломахова, доктор техн. наук, ведущий научный сотрудник ФГУП «ЦАГИ», председатель ТК 061 «Вентиляция и кондиционирование», otvet@abok.ru

В последнее время осевые вентиляторы широко применяются в вытяжных вентиляционных системах и системах подпора. При этом возникает проблема правильного использования приведенных в каталогах аэродинамических характеристик вентиляторов при различных компоновках в сети. В статье излагаются особенности характеристик осевых вентиляторов, связанные с расчетом динамического давления. Даются рекомендации по выбору осевых вентиляторов при различных вариантах их установки в сети.

Среди различных вариантов установки осевых вентиляторов в вентиляционной сети можно выделить две принципиально разные схемы компоновки:

– Компоновка 1 (рис. 1а). Вся сеть с сопротивлением R₁ располагается перед входом в вентилятор (вытяжная система). Выход воздуха осуществляется в атмосферу или в большой объем.

– Компоновка 2 (рис. 1б). Основная сеть с сопротивлением R₂ находится за вентилятором (нагнетательная система). Перед вентилятором также может располагаться участок сети с сопротивлением R₁. Такая компоновка осевого вентилятора, встроенного в систему воздуховодов, наиболее широко применяется в вентиляционных системах.

Схемы компоновки осевых вентиляторов в вентиляционной сети: а) сеть располагается на стороне всасывания; б) сеть располагается на стороне нагнетания

Существуют определенные требования к системе воздуховодов, которые непосредственно примыкают к входному и выходному сечениям осевого вентилятора [1]. Эти воздуховоды должны иметь прямолинейные участки длиной не менее 3 калибра перед и не менее 2,5 калибров за вентилятором. За калибр принимается диаметр D корпуса вентилятора. Поперечные сечения примыкающих воздуховодов должны совпадать с поперечным сечением корпуса вентилятора. Несоблюдение указанных выше условий приводит к нарушению устойчивой работы вентилятора и к существенному снижению его паспортной аэродинамической характеристики.

При выборе вентилятора, установленного в сети, кроме его производительности необходимо задавать создаваемое вентилятором давление, которое должно соответствовать сопротивлению сети. Указанные выше схемы установки осевого вентилятора предусматривают различные способы задания необходимого давления.

Полным давлением вентилятора p_v в соответствии с ГОСТ 10616–90 [2] называют разность полных давлений при выходе р₂ из вентилятора и при входе р₁ в него:

Полное давление вентилятора складывается из статического p_sv и динамического давления p_dv:

Именно статическое давление является полезным, поскольку оно расходуется на преодоление сопротивления системы. Поэтому очень важно, чтобы вентиляторы имели высокие значения статического давления. Полное или статическое давление определяется фактически непосредственно из испытаний вентилятора на стенде. Динамическое давление является условной величиной и рассчитывается по среднерасходной осевой составляющей скорости v₂ по площади F₂ выходного сечения вентилятора:

В соответствии со стандартами [3, 4] для определения аэродинамических характеристик вентиляторов существует четыре типа стендов (рис. 2), соответствующих стандартным компоновкам вентиляторов в сети:

Четыре типа стендов для определения аэродинамических характеристик вентиляторов

При испытаниях осевых вентиляторов все стенды должны иметь вспомогательный вентилятор наддува для получения характеристики вплоть до режимов, близких к нулевому статическому давлению или даже к отрицательному статическому давлению.

В соответствии с европейским регламентом [5], определяющим критерии эффективности вентиляторов, при испытаниях на стендах типа А и С со свободным выходом потока из вентилятора должно рассматриваться измеренное статическое давление. А при испытаниях на стендах типа B и D с трубопроводом на выходе должно рассматриваться измеренное полное давление.

Для расчета динамического давления вентилятора необходимо учитывать фактическое его выходное сечение. На стендах типа А и С за выходное сечение следует принимать кольцевое сечение между корпусом вентилятора и втулкой или двигателем, установленным за колесом вентилятора. На стендах типа В и D, когда на выходе из вентилятора установлен воздуховод, за выходное сечение следует принимать сечение воздуховода в виде круга, отстоящее на некотором расстоянии от выхода из вентилятора. На этом участке происходит переход потока из кольцевого сечения в круговое сечение воздуховода (рис. 3): осуществляется выравнивание поля скоростей. Для осевых вентиляторов рекомендуется принимать эффективную длину L этого участка, равную 1,25 калибра [1].

Присоединенный участок вентилятора с эффективной длиной L

где F₀ и F₁ – площади кольцевого и кругового сечений. Для осевого вентилятора отношение:

где D – диаметр корпуса, d – диаметр втулки, v = d/D – относительный диаметр втулки.

Формулы (4, 5) для расчета потерь давления в присоединенном участке воздуховода могут быть приведены к простому виду:

Одновременно присоединенный участок играет роль диффузора, и при его наличии статическое давление вентилятора возрастает (рис. 4). Фактически при таких испытаниях на стендах типа B и D определяется характеристика вентилятора с присоединенным участком сети.

Характеристики осевого вентилятора, полученные на стендах типа А и типа В

При выходе из осевого вентилятора, особенно при отсутствии спрямляющего аппарата (СА), установленного за колесом, поток закручен. Кроме осевой имеется окружная составляющая скорости, которая не учитывается при расчете динамического давления вентилятора. Закрутка течения может распространяться на значительное расстояние в воздуховоде. При этом в центре воздуховода возникает возвратное течение по отношению к основному потоку, что сопровождается дополнительными потерями давления на этом участке воздуховода и во всей системе. Поэтому при отсутствии СА установка трубы за вентилятором может привести к значительному снижению полного давления вентилятора без увеличения и даже при возможном снижении статического давления.

Таким образом, при испытаниях одного и того же осевого вентилятора на стендах различных типов можно получить разные характеристики вентилятора (рис. 4). Отличие по величине давления может составлять 10 и более процентов. Поэтому в каталогах, где приводятся характеристики вентиляторов, обычно указывают, на каких стендах получены характеристики и каким образом рассчитывается динамическое давление вентиляторов. Даются дополнительные шкалы со средней скоростью v₂ в выходном сечении и с динамическим давлением p_dv вентилятора, которые должны использоваться при расчете статического давления.

При выборе вентилятора для конкретной вентиляционной системы правильнее всего пользоваться характеристиками, полученными на стенде, соответствующем компоновке вентилятора в этой системе. Если не удается использовать такую характеристику в каталоге, то необходимо вводить корректировку параметров рабочего режима. Рассмотрим особенности выбора осевого вентилятора в указанных выше стандартных компоновках.

Компоновка 1

Поскольку вся сеть располагается на стороне всасывания и динамическое давление вентилятора не используется, то сопротивление системы складывается из потерь давления во всасывающем участке сети

Выбор вентилятора должен осуществляться по характеристике статического давления, полученной на стенде типа А или С.

Если в каталоге приведена характеристика, полученная на стенде типа В или D, то рабочий режим необходимо корректировать, поскольку вентилятор в системе используется без присоединенного участка. И создаваемое вентилятором полное давление должно возрасти на величину потерь давления ∆p_у в присоединенном участке, а динамическое давление должно быть увеличено и рассчитано с учетом кольцевого выходного сечения (рис. 4).

Поскольку доля динамического давления в полном создаваемом давлении велика, особенно при большом диаметре втулки, то существует возможность снизить величину динамического давления путем установки диффузора [7] за выходным сечением вентилятора (рис. 5). При этом снижается полное и динамическое давление, но возрастет статическое давление вентилятора. При этой компоновке также выгодно использовать вентиляторы со СА (рис. 6). За счет раскрутки потока повышается как полное, так и статическое давление вентилятора.

Характеристики вентилятора без диффузора (сплошные линии) и с диффузором (пунктирные линии)

Характеристики осевого вентилятора без спрямляющего аппарата (сплошные линии) и со спрямляющим аппаратом (пунктирные линии)

Известны варианты установки осевого вентилятора практически без сети, когда воздуховод на входе и на выходе отсутствует. Например, при установке вентилятора в окне или в стене. В этом случае сопротивлением системы является динамическое давление p_dv вентилятора и рабочий режим соответствует нулевому статическому давлению, то есть максимальной производительности вентилятора.

Компоновка 2

Особенность компоновки состоит в том, что система воздуховодов располагается за выходным сечением вентилятора. Не исключается возможность установки участков сети перед вентилятором. Общее сопротивление системы складывается тогда из потерь давления R₁ и R₂ во входном и выходном участках сети и динамического давления потока р_d при выходе из нагнетательного участка сети:

Выбор вентилятора должен осуществляться по характеристике полного давления, полученной на стенде типа В или D с учетом динамического давления вентилятора, вычисленного по круговому сечению. Если в каталоге приводится характеристика, полученная на стенде А или С с выходным сечением вентилятора в виде кольца, то характеристику нужно корректировать. Кривая полного давления снизится на величину, соответствующую потерям давления ∆p_у в присоединенном участке вентилятора. В этом случае к сопротивлению сети необходимо добавить величину потерь давления ∆p_у в примыкающем воздуховоде, вычисленную по формуле (6).

Необходимо отметить очень важную особенность осевых вентиляторов: течение за рабочим колесом является закрученным. Кроме отмеченной выше осевой расходной составляющей скорости v₂, существует окружная составляющая, причем величина ее уменьшается от втулки к периферии колеса. Средняя величина этой составляющей скорости c_2u зависит от нагруженности колеса, от коэффициента создаваемого давления. Чем выше коэффициент давления вентилятора, тем больше величина скорости c_2u.

В связи с этим при работе вентилятора с нагнетательным воздуховодом необходимо использовать осевые вентиляторы со спрямляющим аппаратом, особенно в случае высоконапорных машин. Спрямляющий аппарат обеспечивает частичную или полную раскрутку потока, выходящего из колеса. Увеличивается статическое и полное давление вентилятора (рис. 6). Улучшаются условия стабилизированного течения в нагнетательном воздуховоде.

Таким образом, при выборе вентилятора для заданной сети необходимо учитывать, на каком стенде получены приведенные в каталоге или паспорте характеристики, каким образом рассчитывалось динамическое давление вентилятора. В случае несоответствия схемы испытательного стенда с компоновкой вентилятора в сети необходимо осуществлять корректировку параметров рабочего режима вентилятора.

Источник

• Популярная книга Круть доступна для чтения прямо сейчас на нашем сайте boochi.ru. Скачать книгу в формате FB2, TXT, PDF, EPUB бесплатно без регистрации. →