2

Размещено на http://www.allbest.ru/

Южный федеральный университет, Ростов-на-Дону

Исследование параметров работы вентилятора в термически нестационарной вентиляционной системе

А.И. Василенко

Аннотация

Введение

Повышение требований к микроклимату в помещениях современных зданий и ужесточение нормативов по их энергоэффективности обуславливает необходимость разработки новых схемотехнических решений в области их инженерно-технического обеспечения, в том числе установок отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (ОВК). Важнейшими направлениями повышения энергетической эффективности этих установок является совершенствование их принципиальных схем [1-4], а также создание и внедрение комплексов автоматического управления работой данных установок [5-8]. Опыт показывает, несмотря на определенную автономность исследований по указанным направлениям, существует ряд вопросов, решение которых оказывает влияние на технический прогресс по двум указанным направлениям. К таким вопросам можно отнести исследования в области разработки новых вентиляционных агрегатов, центральных кондиционеров и других элементов ОВК. Однако, получение ожидаемого энергосберегающего эффекта от внедрения новых разработок связано с рядом трудностей, связанных с недостаточной изученностью особенностей работы вентиляторных агрегатов в термически нестационарных вентиляционных системах, содержащих теплообменники.

Рассмотрим работу вентилятора в термически нестационарной вентиляционной сети содержащей воздухонагреватель, рис. 1.

Рис. 1. Схема системы механической вентиляции с воздухонагревателем.

Введем обозначения:

L_1-2, L_2-3, L_3-4 - соответственно объемные расходы воздуха на участках 1-2, 2-3, 3-4; P_v, L_v - соответственно давление воздуха, создаваемое вентилятором и его объемная производительность; _1-2, _2-3, _3-4 - потери давления воздуха на участках 1-2, 2-3, 3-4; - характеристики аэродинамического сопротивления участков 1-2, 2-3, 3-4; - потери давления воздуха в системе; _1-2, _3-4 - плотности воздуха на участках 1-2, 3-4.

Ограничим область исследований анализом параметров работы вентилятора при постоянном значении плотности воздуха в его входном патрубке равной _1-2.

В рассматриваемой системе имеют место следующие соотношения:

; (1)

; (2)

. (3)

Потери давления воздуха в системе определяются следующими уравнениями:

; (4)

(5)

При отсутствии нагрева воздуха в воздухонагревателе :

(6)

Из зависимостей (4) и (5) следует, что рассматриваемая вентиляционная сеть имеет две характеристики сети, отнесенные к объемным расходам воздуха на участках 1-2 и 3-4.

Величины P_v и L_v могут быть определены графо-аналитическим способом по методу наложения P-L характеристик [9-11]. Необходимо отметить, что известные решения этой задачи [9-11] основаны на использовании характеристики сети, отнесенной к расходу воздуха на участке после воздухонагревателя, что не соответствует физическому смыслу исследуемого процесса. Этот вывод обусловлен тем, что смысл метода наложения характеристик состоит в нахождении точки пересечения P-L характеристик сети и вентилятора, соответствующих одному и тому же значению плотности воздуха. А это означает, что в данном случае должна использовать уравнение (4).

Результаты применения метода наложения характеристик, применительно к рассматриваемой задаче, представлены на рис.2. Пересечение линии 1, построенной по уравнению (6) и линии 4, являющейся графическим отображением P-L характеристики вентилятора при _1-2, определяет координаты его рабочей точки при отсутствии нагрева воздуха - точка 1 на рис.2.

; ; ;

где: ₁ - кпд вентилятора.

вентилятор параметр нестанционарный закономерность

Рис. 2. Диапазон изменения параметров работы вентилятора при отсутствии и при наличии нагрева воздуха в воздухонагревателе. Характеристики сети соответственно: 1 - по уравнению (6); 2 - по уравнению (4); 3 - по уравнению (10). 4 - P-L характеристика вентилятора.

При нагреве воздуха в воздухонагревателе , и параметры работы вентилятора определяются координатами точки 2 на пересечении линий 2 и 4, рис.2. Смещение линии 2 влево по отношению к линии 1, рис.2, обосновывается тем, что из сопоставления формул (4) и (6) следует: , поэтому . Величина K _(1-2) в зависимости от местоположения теплообменника в сети находится в пределах:

; (7)

Нижний предел неравенства соответствует случаю, когда теплообменник размещен на выходе воздуха из системы, рис.3:

; (8)

Рис.3. Схема системы с P-L характеристикой сети по условию (8).

Верхний предел неравенства (10) соответствует размещению вентилятора и теплообменника на входе воздуха в систему, рис.4:

; (9)

Рис. 4. Схема системы с P-L характеристикой сети по условию (9).

Уравнение характеристики сети, удовлетворяющей условию (8) соответствует зависимости (6) и отображается линией 1, рис.2, а уравнение характеристики сети, удовлетворяющей условию (9) отображается линией 3 на рис.2 и имеет вид:

; (10)

Таким образом, при работе системы в термически нестационарном режиме рабочая точка вентилятора находится на P-L характеристике вентилятора, соответствующей _1-2, между точками 1 и 3, рис.2, а ее координаты зависят от плотности нагретого воздуха и местоположения воздухонагревателя в сети.

Выводы