Розробка універсальної конструкції повітрозбірника для вимірювання витрати закрученого повітряного потоку за допомогою інтегрального термоанемометра

image_print
DOI https://doi.org/10.15407/pmach2024.01.006
Журнал Проблеми машинобудування
Видавець Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України
ISSN 2709-2984 (print), 2709-2992 (online)
Випуск Том 27, № 1, 2024 (березень)
Сторінки 6–14

 

Автори

О. С. Цаканян, Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), e-mail: tsakoleg1@gmail.com, ORCID: 0000-0002-1077-9818

С. В. Кошель, Інститут проблем машинобудування ім. А. М. Підгорного НАН України (61046, Україна, м. Харків, вул. Пожарського, 2/10), e-mail: koshel@nas.gov.ua, ORCID: 0000-0003-3603-0909

Anna A. Kyryk, Hamelin Laie International School (08390, Іспанія, м. Монтгат, вул. Ronda 8 de Març, 178), ORCID: 0009-0007-3899-7159

 

Анотація

Вимірювання витрат і середньої швидкості закрученого потоку повітря на повітророзподільних пристроях вентиляційних систем є досить складною задачею через натікання потоку повітря на вимірювальний пристрій під різними кутами. Як наслідок, при використанні точкових термоанемометрів або інших витратомірів можуть виникати значні похибки. Застосування інтегральних анемометрів полегшує вимірювальний процес. Однак похибки, пов’язані зі зміною кута натікання потоку повітря на чутливий елемент вимірювального пристрою, слід усунути. Для цього необхідно забезпечити прямолінійну структуру повітряного потоку за допомогою перехідного повітрозбірника й випрямляча. Метою роботи є розробка конструкції повітрозбірника, що дозволить вимірювати витрату закрученого повітряного потоку. Завдання – оптимізація геометричних параметрів повітрозбірника для забезпечення прямолінійної течії, мінімізація його габаритів й аеродинамічного опору. Правильність вибору конструкції повітрозбірника оцінювалася збігом градуювальної характеристики зонда інтегрального термоанемометра при наявності вихрового дифузора перед повітрозбірником та за його відсутності. Запропонований пристрій має прямокутну форму і складається з приймача, випрямляючої решітки, камери, розгінної і стабілізуючої ділянок, на виході яких встановлюється зонд термоанемометра. Приймач і розгінна ділянка звужуються по своїй довжині, а камера і стабілізуюча ділянка мають постійний переріз. Випрямляюча решітка встановлюється всередині камери і являє собою конструкцію зі стільників квадратної форми. За допомогою комп’ютерного моделювання досліджено декілька варіантів конструкції повітрозбірника з різними геометричними параметрами. Побудовано залежність аеродинамічного опору від витрати повітря. Як оптимальну обрано конструкцію повітрозбірника, для якої була створена фізична модель у натуральну величину. Експериментальним шляхом отримані градуювальні характеристики вимірювального зонда з повітрозбірником при натіканні закрученого повітряного потоку. Розроблений універсальний повітрозбірник дозволяє проводити вимірювання витрати повітря на виходах практично будь-яких повітророзподільних пристроїв вентиляційних систем будівель.

 

Ключові слова: повітрозбірник, термоанемометр, вимірювання витрати повітряного потоку, закручений повітряний потік.

 

Повний текст: завантажити PDF

 

Література

  1. Borowski M., Karch M., Łuczak R., Życzkowski P., Jaszczur M. Numerical and experimental analysis of the velocity field of air flowing through swirl diffusers. XII International Conference on Computational Heat, Mass and Momentum Transfer (ICCHMT 2019). 2019. Vol. 128. https://doi.org/10.1051/e3sconf/201912805003.
  2. Hu S. C. Airflow characteristics in the outlet region of a vortex room air diffuser. Building and Environment. 2003. Vol. 38. Iss. 4. P. 553–561. https://doi.org/10.1016/S0360-1323(02)00187-7.
  3. Li A., Changqing Y., Tong R., Xin B., Erwei Q., Ran G. PIV experiment and evaluation of air flow performance of swirl diffuser mounted on the floor. Energy and Buildings. 2017. Vol. 156. P. 58–69. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2017.09.045.
  4. Lim Y. B., Lee S. M., Lee J. W. Characteristics of ventilating flow generated by a rotating swirler in a vortex vent. Journal of Fluids and Structures. 2011. Vol. 27. Iss. 3. P. 427–437. https://doi.org/10.1016/j.jfluidstructs.2010.11.015.
  5. Kang J. H., Jung S. Y., Kim J. J. Effect of vanes on vortex characteristics of a vortex ventilation system. Journal of Building Engineering. 2023. Vol. 76. https://doi.org/10.1016/j.jobe.2023.107160.
  6. Testo 420 – volume flow hood. URL: https://www.testo.com/en/testo-420/p/0563-4200.
  7. Temp. RH CO2 Anemometer. URL: https://www.az-instrument.com.tw/en/product-616302/Temp-RH-CO2-Anemometer-8919-AZ-Bulk-Order.html.
  8. Шкундын С. З., Бахаров Л. Е. Интегральная анемометрия – прорыв в управлении вентиляцией угольных шахт. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017. № S1. С. 440–453.
  9. Thollander P., Karlsson M., Rohdin P., Wollin J., Rosenqvist J. Introduction to industrial energy efficiency: energy auditing, energy management, and policy issues. Academic Press, 2020. 380 p. https://doi.org/10.1016/C2018-0-01452-8.
  10. Ikeya Y., Örlü R., Fukagata K., Alfredsson P. H. Towards a theoretical model of heat transfer for hot-wire anemometry close to solid walls. International Journal of Heat and Fluid Flow. 2017. Vol. 68. P. 248–256. https://doi.org/10.1016/j.ijheatfluidflow.2017.09.002.
  11. Saremi S., Alyari A., Feili D., Seidel H. A MEMS-based hot-film thermal anemometer with wide dynamic measurement range. Proceedings of the IEEE Conference on Sensors (SENSORS’2014) (2–5 November 2014, Valencia, Spain). 2014. P. 420–423. https://doi.org/10.1109/ICSENS.2014.6985024.
  12. Tsakanian O. S., Koshel S. V. Integral thermo-anemometers for average temperature airflow measurement in duct, at anemostat outlets and in ventilation grilles. Journal of Mechanical Engineering – Problemy Mashynobuduvannia. 2020. Vol. 23. No. 4. P. 14–21. https://doi.org/10.15407/pmach2020.04.014.
  13. Інтегральний термоанемометр-витратомір: патент на винахід № 121840. Україна. G01F1/68, G01K17/06; № a201908699; заявл. 18.07.2019; опубл. 10.03.2020, Бюл. № 14/2020.
  14. Tsakanian O. S., Koshel S. V. Choosing a universal air collector design for a cylindrical-shaped hot-wire anemometer. Journal of Mechanical Engineering – Problemy Mashynobuduvannia. 2021. Vol. 24. No. 2. P. 6–15. https://doi.org/10.15407/pmach2021.02.006.
  15. Горлин С. М. Экспериментальная аэромеханика: учебн. пособ. для вузов. М.: Высшая школа, 1970. 423 с.
  16. Тихомиров К. В. Теплотехніка, теплоснабжение и вентиляція: учебн. для вузов. Москва: Стройиздат, 1977. 288 с.
  17. Вентиляторы для круглых воздуховодов: каталог Systemair. 6 с. URL: http://www.systemair-ukraine.com/pdf/k-kv.pdf.

 

Надійшла до редакції 23.10.2023