Vidéo: Energy Conservation Equation to Analyze a Flow System

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L'approche de la conservation de l'énergie pour l'analyse des systèmes

Vue d'ensemble

Source : Ricardo Mejia-Alvarez et Hussam Hikmat Jabbar, département de génie mécanique, Michigan State University, East Lansing, MI

Cette expérience vise à démontrer l’application de l’équation de conservation de l’énergie pour déterminer la performance d’un système de flux. À cette fin, l’équation de l’énergie pour l’écoulement régulier et incompressible est appliquée à un tuyau court muni d’un robinet-vanne. La vanne est fermée puis progressivement et son influence sur les conditions d’écoulement est caractérisée. En outre, l’interaction entre ce système d’écoulement et le ventilateur qui pousse le flux est étudiée en comparant la courbe du système avec la courbe caractéristique du ventilateur.

Cette expérience permet de comprendre comment la dissipation d’énergie est utilisée par vannes pour restreindre le flux. En outre, en vertu du même principe, cette expérience offre une méthode simple pour mesurer le débit en utilisant le changement de pression à travers une entrée nette.

Procédure

1. réglage de l’installation

Assurez-vous que le ventilateur ne tourne pas, donc il n’y a pas de débit dans l’installation.
Vérifiez que le système d’acquisition de données (Figure 4(A)) suit le schéma figure 2 b.
1. Connectez le port positif du transducteur de pression #1 (voir la figure 2 b pour la référence) à la prise de pression en amont de la vanne ().
2. Quitter le port négatif du transducteur de pressi

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Résultats

La figure 5 montre les résultats pour les mesures. Ici, la ligne noire épaisse a été générée avec l’équation (2) et chaque ligne rouge avec l’équation (3) pour différentes valeurs du coefficient de perte de la soupape. De la figure, il est évident que la courbe du système augmente sa pente lorsque la vanne se ferme. En d’autres termes, cette expérience montre que le principe qui sous-tend le fonctionnement d’une vanne est d’augmenter la dissipation ...

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Applications et Résumé

Cette expérience a exploré l’application de l’équation de l’énergie pour caractériser l’action d’une vanne sur le débit de la canalisation. Il a été observé que la valve induit la résistance à l’écoulement en augmentant la dissipation d’énergie. Considérant que la chute de pression le long du système de débit est directement proportionnelle au carré de la vitesse d’écoulement, l’effet de dissipation d’énergie est capturée par la grandeur du coefficient de proportionnalité. Ce coef...

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References

White, F. M. Fluid Mechanics, 7th ed., McGraw-Hill, 2009.
Munson, B.R., D.F. Young, T.H. Okiishi. Fundamentals of Fluid Mechanics. 5^th ed., Wiley, 2006.

1. réglage de l’installation

Assurez-vous que le ventilateur ne tourne pas, donc il n’y a pas de débit dans l’installation.
Vérifiez que le système d’acquisition de données (Figure 4(A)) suit le schéma figure 2 b.
1. Connectez le port positif du transducteur de pression #1 (voir la figure 2 b pour la référence) à la prise de pression en amont de la vanne ().
2. Quitter le port négatif du transducteur de pression #1 ouvert aux conditions salle (récepteur :). Par conséquent, la lecture de ce capteur sera directement .
3. Connectez le port positif du transducteur de pression #2 (voir la figure 2 b pour la référence) à la prise de pression du plénum ().
4. Connectez le port négatif du transducteur de pression #2 (voir la figure 2 b pour la référence) à la prise de pression en amont de la vanne (). Par conséquent, la lecture de ce capteur sera directement, tel que requis par l’équation (10).
Assurez-vous que le canal virtuel 0 dans le système d’acquisition de données (Figure 4B) correspond au capteur de pression #1 () et le canal virtuel 1 correspond au capteur de pression #2 ().
Définir le système d’acquisition de données de l’échantillon à une fréquence de 100 Hz pour un total de 500 échantillons (c'est-à-dire 5 s des données).

Le tableau 1. Paramètres de base pour l’étude expérimentale.

Paramètre	Valeur
Diamètre du tuyau (D)	50,8 mm (2 pouces)
Constante de calibration transducteur #1 (m_p1)	PA/V
Constante de calibration transducteur #2 (m_p2)	PA/V
Pression atmosphérique locale	100,474.15 Pa
Température locale	297.15 K
Densité de l’air local	1,186 kg/m³

Figure 4 . Facilité de circulation. (A) : vue du plénum Ilestinterditderejeterà la section récepteur avant d’installer le jeu des soupapes à étudier. (B) : 3 types différents de vannes dans le récepteur. De gauche à droite : gate valve, vanne, vanne papillon. (C) : sortie des ports du récepteur. Les soupapes de décharge le flux à l’intérieur du récepteur, et le ventilateur aspire l’écoulement sur le récepteur à travers la tôle perforée dans l’image. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

2. les mesures

Enregistre le diamètre du tuyau relié à la vanne et on calcule son aire de section.
Déterminer le nombre maximal de tours complets de la poignée pour soulever la soupape de la position complètement fermée à la position complètement ouverte. Si ce nombre n’est pas un entier, exclure la dernière rotation fractionnaire pour simplifier cette analyse. Pour l’expérience en cours, le nombre maximal de tours complets est 12.
Fermer complètement la vanne.
Tournez la poignée de la vanne jusqu'à ce qu’il est complètement ouvert, tout en comptant le nombre de tours complets. Pour plus de simplicité, utilisez uniquement un nombre entier de tours pour l’expérience. Par exemple, il faut environ 12 tours et 1/3 de tour pour ouvrir complètement la vanne utilisée dans cette expérience. Par conséquent, nous tourner la poignée de cette valve seulement 12 tours complets de sa position de fermeture complète et qui définissent comme la position initiale ().
Allumez la facilité de circulation.
Utilisez le système d’acquisition de données pour enregistrer les lectures de et .
Entrez dans le tableau 2, les valeurs moyennes de et obtenus avec le système d’acquisition de données.
Fermer la vanne 1,5 tour à tour.
Répétez les étapes 2.6 à 2.8 jusqu'à ce que le tableau 2 est complètement rempli.
Désactiver l’installation des flux.

3. analyse des données

Déterminer le coefficient de perte de la vanne pour chaque position angulaire en utilisant l’équation (5). Entrez ces valeurs dans le tableau 2.
Déterminer le débit pour chaque position angulaire de la soupape en utilisant l’équation (10). Entrez ces valeurs dans le tableau 2.
Déterminer le point de fonctionnement à l’aide d’équation (7). Entrez ces valeurs dans le tableau 2.
Calculer l’écart relatif entre le débit et le point de fonctionnement
Utiliser l’équation (3) pour produire un tracé des courbes de système pour toutes les valeurs de . Tenir compte du coefficient de perte totale comme .
Ajouter la courbe caractéristique du ventilateur à cette même parcelle en utilisant l’équation (2).

Le tableau 2. Résultats représentatifs. Mesures de différence de pression et des estimations des coefficients de taux et de la perte de débit.

[P_pl-P_a] (Pa)	[P_a-P_r] (Pa)	Q (m3/s)	K	Q_OP (m3/s)	Ε (%)
246,75	54.00	0,0327	0,450	0.0316	-3.16
208.62	114.22	0.0301	0,976	0.0293	-2.51
156.19	204,80	0.0260	2.198	0,0254	-2.30
109.30	281.69	0.0218	4.224	0.0214	-1,53
71,82	348.38	0.0176	7.863	0,0174	-1,26
38,72	408.60	0.0129	16.989	0.0128	-0,90
15 h 00	452.39	0,0081	48.359	0,0080	-0,32
2.51	482.50	0,0033	307.799	0,0033	-0,18

Passer à...

0:07

Overview

1:00

Principles of Conservation of Energy Analysis

4:52

Preparing the Flow Chamber

7:11

Data Analysis

8:17

Results

9:07

Applications

9:55

Summary

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