王圣馳(沈陽鼓風(fēng)機集團股份有限公司,遼寧沈陽 110000)
直角彎道流動損失的實驗研究
王圣馳
(沈陽鼓風(fēng)機集團股份有限公司,遼寧沈陽110000)
在工程中經(jīng)常需要計算管路壓力損失,直角彎頭、變徑、閥門等組件通常是壓力損失產(chǎn)生的主要部件。為了探究直角彎道的流動損失規(guī)律,使用軸流模型級試驗臺對直角彎道的流動性能進行現(xiàn)場測試;介紹了直角彎道的流動損失的計算方法;得到了直角彎道流動損失及總壓損失系數(shù)與流速變化之間的相關(guān)規(guī)律,為直角彎道的設(shè)計、安裝與運行提供實驗支持與設(shè)計指導(dǎo)。
直角彎頭實驗測試流動損失
本文對直角彎道的總壓損失進行試驗測試,并進行研究與分析,探究直角彎道流動損失和損失系數(shù)與流速、流量之間的關(guān)系,為直角彎頭的設(shè)計應(yīng)用提供實驗支持。
本實驗對象為通徑DN700D的90度直角彎頭,圓管內(nèi)徑為Φ710mm,內(nèi)部設(shè)置五排圓弧形導(dǎo)流翅片,如圖1所示。
為了測試該直角彎頭的流動性能,在彎頭前端接等徑長管,長管前端接圓弧形進口集流器以測量流量q,彎頭后端與試驗臺機組相連,試驗臺動葉軸穿過直角彎道與外側(cè)的扭矩儀、電機相連接。實驗依據(jù)GB/T 1236-2000“工業(yè)通風(fēng)機用標(biāo)準(zhǔn)化風(fēng)道進行性能試驗”標(biāo)準(zhǔn)進行。
圖1 帶導(dǎo)流翅片直角彎頭結(jié)構(gòu)示意
圖2 直角彎道總壓損失-流速圖
圖3 直角彎道總壓損失系數(shù)-流速圖
彎頭氣流流量q由進口集流器處測得的集流器壓差pst計算得出,計算公式如下:
式中:A——通流面積(m2);
ρ——空氣密度(kg/m3);
φ——流量系數(shù),圓弧形取0.99。
總壓損失系數(shù)ζ,可由下式計算
式中:p1——直角彎道入口總壓(Pa);
P2——直角彎道出口總壓(Pa);
Δp——直角彎道進出口壓差(Pa)。
在不同流量下測得進口集流器壓差pst、總壓損失Δp,并利用測得的參數(shù)計算流量q、流速v、總壓損失Δp、總壓損失系數(shù)ζ,相關(guān)數(shù)據(jù)如表1所示。
根據(jù)試驗數(shù)據(jù)可以得到直角彎頭總壓損失Δp以及總壓損失系數(shù)ζ隨流速v變化的曲線,分別如圖2、圖3所示。
由圖2可知,氣流流經(jīng)直角彎頭產(chǎn)生的總壓損失Δp隨通流流速v的增大而增大。由圖3可知,氣流流經(jīng)直角彎頭時,在流速較小的情況下,總壓損失系數(shù)ζ隨流速v的增大而增大,并存在某一最大值,當(dāng)流速繼續(xù)增大時,總壓損失系數(shù)ζ基本保持不變。
在試驗流速范圍內(nèi),直角彎頭的損失和損失系數(shù),可以通過流速從圖2、圖3中查得得出直角彎頭損失。在試驗流速范圍外,直角彎頭損失可以根據(jù)流速從曲線的延長線查得損失系數(shù),利用公式(2)的變化公式,初步計算得出直角彎頭損失。
為了分析直角彎頭流動損失,以一帶五排導(dǎo)流翅片、通徑DN700的直角彎道為研究對象,進行了相關(guān)試驗。通過實驗得到了DN700直角彎道總壓損失Δp以及總壓損失系數(shù)ζ隨流速v的變化曲線及規(guī)律:直角彎頭產(chǎn)生的總壓損失隨流速增大而增大;總壓損失系數(shù)隨流速增大而增大,大于一定流速時則基本保持不變。利用曲線及計算公式(2)能夠得到任意流速所對應(yīng)的損失系數(shù)及總壓損失。對直角彎道的設(shè)計與實際工程應(yīng)用有一定的指導(dǎo)價值。
表1 測量數(shù)據(jù)及計算數(shù)據(jù)