как узнать скорость потока воздуха вентилятора

Расчет скорости воздуха в воздуховоде

Расчет скорости воздуха в воздуховоде

В этой статье мы дадим ответ на вопрос — как правильно рассчитать скорости течения воздуха в воздуховодах различной формы.

Здесь приведены формулы расчета скорости воздуха и давления в воздуховоде (круглого или прямоугольного сечения) в зависимости от расхода воздуха и площади сечения. Для быстрого расчета можно воспользоваться онлайн-калькулятором.

Формула расчета скорости воздуха в метрической системе:

где W — скорость потока, м/час
Q — расход воздуха, м 3 /час
S — площадь сечения воздуховода, м 2

Простой способ расчета скорости воздуха в воздуховоде

Для расчета величины скорости воздуха нужно объем перемещаемого воздуха в м3/ч разделить на 3600 (количество секунд в часе) и разделить на площадь сечения воздуховода, либо введите значения в поля ниже.

Примеры расчета скорости воздуха в квадратном воздуховоде

Пример № 1 расчета скорости воздуха:

Скорость воздуха равна 100 / 3600 / 0,2 / 0,2 = 0,69 м/с

Пример № 2 расчета скорости воздуха:

Скорость воздуха равна 500 / 3600 / 0,2 / 0,2 = 3,47 м/с

Примеры расчета скорости воздуха воздуховоде прямоугольного сечения

Пример № 3 расчета скорости воздуха:

Скорость воздуха равна 100 / 3600 / 0,2 / 0,4 = 0,35 м/с

Пример № 4 расчета скорости воздуха:

Скорость воздуха равна 500 / 3600 / 0,2 / 0,4 = 1,74 м/с

Пример № 5 расчета скорости воздуха:

Скорость воздуха равна 500 / 3600 / 0,2 / 0,4 = 3,47 м/с

Примеры расчета скорости воздуха воздуховоде круглого сечения

Пример № 6 расчета скорости воздуха:

Скорость воздуха равна 100 / 3600 / (3,14 * 0,2 * 0,2/4) = 0,88 м/с

Пример № 7 расчета скорости воздуха:

Скорость воздуха равна 500 / 3600 / (3,14 * 0,3 * 0,3/4) = 1,96 м/с

Пример № 8 расчета скорости воздуха:

Скорость воздуха равна 1000 / 3600 / (3,14 * 0,4 * 0,4/4) = 2,21 м/с

Готовые таблицы определения скорости воздуха в воздуховоде

Для определения расчетной скорости воздуха в воздуховодах можно использовать готовые таблицы. Такие таблицы не сложно найти в открытых источниках информации. Скоростные характеристики важны для расчета эффективности работы системы вентиляции.

Таблица расчета скорости течения воздуха в круглом воздуховоде.

Таблица расчета скорости течения воздуха в прямоугольном воздуховоде.

Рекомендуемая скорость воздуха в вентиляционных воздуховодах

Скорость движения воздушных масс в каналах не ограничивается и не нормируется, ее следует принимать по результатам расчета, руководствуясь соображениями экономической целесообразности.

Рекомендуемая скорость воздуха для различных систем вентиляции:

Правильный расчет скорости воздуха позволяет построить эффективную систему вентиляции!

Источник

Калькулятор скорости воздушного потока

Просто введите значения в соответствующие поля калькулятора скорости потока воздуха, выберите форму воздуховода, единицы измерения, после чего сразу увидите результат. Не важно, с чего вы начинаете — с ввода значений расхода воздуха в воздуховодах (объема расходуемого воздуха по скорости потока), параметра размера А или величины скорости, — результаты будут получены немедленно. Для выбора оптимального решения вы можете сравнить значения, полученные для воздуховодов с разными сечениями. Для удобства пользователей калькулятор может работать в метрической и дюймовой системах. Цвет шкалы скоростей сигнализирует о допустимости расчетной скорости. Красный цвет означает недопустимую скорость, оранжевый — отмечает зону риска, а зеленый цвет обозначает подходящую скорость воздушного потока. Синий цвет указывает на слишком большой выбранный размер.

Определение расчета движения воздушного потока – принципиальная задача для настройки и оптимизации системы воздуховодов. Для правильного расчета необходимо знать точный расход водораспределителя, а также его сечение. Определить скорость воздуха вы можете легко и быстро, воспользовавшись калькулятором Prihoda.

Расчет скорости воздуха – зачем?

Знать показатель скорости воздуха необходимо для проектирования и качественной проверки вентиляционной сети. Он также поможет определить правильность выбора сечения диффузора для заданного воздушного расхода. Этот параметр обязан быть прописан в аксонометрической схеме вентиляции.

При правильном вводе исходных данных вы сможете рассчитать скорость, а также падение давления на метр длины. Последний параметр является важной составляющей для вычисления аэродинамического сопротивления вентиляции.

Калькулятор скорости воздуха Prihoda

Рассчитать точную скорость движения воздуха можно с помощью онлайн-калькулятора компании Prihoda. Приложение специально разработано для вычисления скорости и поможет определить необходимый параметр точно, быстро и без дополнительных действий. Для того чтобы воспользоваться калькулятором, потребуется ввести следующие параметры воздуха:

· точное значение расхода воздуха;

· тип сечения воздушного диффузора: диаметр (для круглых), высота/ширина (для прямоугольных).

Преимуществом нашего онлайн-калькулятора является особенность расчета, при которой он определяет уровень падения давления на 1 метр длины, который потребуется вам при дальнейших проверках вентиляционной системы.

Формула самостоятельного расчета

При необходимости вы можете рассчитать скорость воздушного потока самостоятельно, воспользовавшись следующей формулой:

· v = G\S (G – показатель воздушного расхода, S – площадь сечения).

При вычислении важно учесть размерности площади и расхода. Как правило, расход выражается в кубических метрах в час (м 3 \час), тогда как площадь сечения – в квадратных миллиметрах (мм 2 ). Подстановка цифр под параметры м 3 \час) и мм 2 не даст желаемых результатов. Поэтому для финального расчета потребуется пересчет воздушный расход в кубических метрах, а площадь в метрах в квадрате.

Пример правильного расчета

Для вычисления скорости воздушного потока в классическом воздухораспределителе 600х300, при воздушном расходе 2000 м 3 \час, расчет осуществляется следующим образом:

1. Перевод габаритов воздухораспределителя в метры – 0,6\0,3м.

3. Вычисление воздушного расхода – G = 2000м 3 \час x 2000\3600м 3 \с = 0,56м 3 \c.

4. Определение скорости – v = G\S = 0,56\0,18 = 3,1м\с.

Стоит отметить, что рекомендуемые параметры скорости воздушного потока отличаются и зависят от сечения воздухораспределителя. Так, для стандартных вентиляционных систем 600х600 скорость воздуха должна быть не больше 4м\с, при большем параметре сечения – от 6м\с, для нестандартных систем дымоудаления – не более 10м\с.

Нюансы при расчете

При вычислении скорости движения воздушного потока принципиальным является тип сечения воздухораспределителя, ведь именно от него будет зависеть результат конечного расчета. Как правило, формула расчета адаптируется при расчетах для воздуховода круглого сечения, учитывая ее величину:

· v = 354xG\D (G – воздушный расход, D – диаметр сечения в мм.

При расчетах скорости для воздуховода прямоугольного типа сечения формула адаптируется и выглядит следующим образом:

· v = 278xG\(AxB) (G – воздушный расход, А\В – стороны сечения диффузора в мм).

Для более точного определения параметра скорости воздушного потока, рекомендуем воспользоваться онлайн калькулятором Prihoda, который осуществляет все расчеты автоматически.

Источник

Какой должна быть скорость воздуха в воздуховоде вентиляции по техническим нормам

Микроклимат, обеспеченный системами вентиляции в жилом или производственном помещении, влияет на самочувствие и работоспособность людей. Для создания комфортных условий жизнедеятельности разработаны нормы, определяющие состав воздуха. Согласитесь, регулярный воздухообмен жизненно необходим.

Мы расскажем, какой должна быть скорость воздуха в воздуховоде. Посоветуем, что нужно делать, чтобы воздушный поток всегда оставался свежим и отвечал гигиеническим нормам. У нас вы найдете подробное описание расчетных методик и перечисление правил подбора оптимального воздуховода.

Предложенная к ознакомлению информация опирается на данные нормативных справочников. Для практического освоения способов расчета приведены примеры. Текстовый материал дополнен наглядными иллюстрациями и видео, облегчающими восприятие непростой темы.

Важность воздухообмена для человека

По строительным и гигиеническим нормам, каждый жилой или производственный объект необходимо обеспечить системой вентиляции.

Главное ее назначение – сохранение воздушного баланса, создание благоприятного для работы и отдыха микроклимата. Это значит, что в атмосфере, которой дышат люди, не должно наблюдаться переизбытка тепла, влаги, загрязнений различного рода.

Нарушения в организации системы вентиляции приводят к развитию инфекционных болезней и заболеваний дыхательной системы, к снижению иммунитета, к преждевременной порче продуктов питания.

В излишне влажной и теплой среде быстро развиваются болезнетворные микроорганизмы, на стенах, потолках и даже на мебели появляются очаги плесени и грибка.

Одним из условий сохранения здорового воздушного баланса является правильное проектирование системы вентиляции. Каждая часть воздухообменной сети должна быть подобрана, исходя из объемов помещения и характеристик воздуха в нем.

Предположим, в небольшой квартире достаточно хорошо налаженной приточно-вытяжной вентиляции, тогда как в производственных цехах обязательна установка оборудования для принудительного воздухообмена.

При строительстве домов, общественных учреждений, цехов предприятий руководствуются следующими принципами:

Чтобы вентиляция соответствовала перечисленным условиям, нужно сделать расчеты и подобрать оборудование – приборы подачи воздуха и воздуховоды.

Также при устройстве вентиляционной системы необходимо правильно выбирать места забора воздуха, чтобы не допустить поступления загрязненных потоков обратно в помещения.

От размеров воздуховодов (в том числе домовых шахт) зависит эффективность воздухообмена. Выясним, каковы нормы скорости потока воздуха в вентиляции, указанные в санитарной документации.

Источник

Экспериментальное определение скорости воздуха в кулерах и вентиляторах

Потребляемая энергия и мощность в современных компьютерах растут все быстрее. Соответственно увеличивается и количество тепла, выделяемого рабочими элементами ПК. Скоро его уже будет достаточно, чтобы и курицу пожарить. Хотя тепловыделение на один диод у современных компьютеров значительно меньше, чем у ЭВМ 60-70 годов, количество их непрерывно растет. Период, когда ничего не надо было специально охлаждать, быстро закончился. Теперь наступил этап принудительного охлаждения узлов компьютера. Путь усовершенствования систем охлаждения и повышения их эффективности прошли многие быстроразвивающиеся отрасли, например, авиация. И здесь уже без исследования аэродинамики охлаждающих потоков обойтись нельзя.

Как известно, тепловой поток, отбираемый от охлаждающей поверхности, описывается формулой Ньютона:

Температура охлаждаемой поверхности в нашем случае напрямую связана с температурой кристалла, которая является строго ограниченной величиной для обеспечения нормальной устойчивой работы компьютера. Вообще говоря, все равно, что охлаждать — корпуса процессоров, жестких дисков и т. п. — меняется лишь величина теплового потока и предельно допустимая температура узла. Схема же охлаждения остается по сути дела одинаковой.

Самый простой способ решения данной задачи — это уменьшение температуры воздуха внутри корпуса компьютера. Естественно, что далеко не каждый имеет дома кондиционер. Да и понижение температуры окружающей среды тоже имеет свои пределы, дабы не подорвать здоровье пользователя и не вывести из строя другие узлы компьютера. Чтобы температура внутри корпуса компьютера была хотя бы максимально приближена к температуре помещения, на корпус был поставлен вентилятор. Но куда он там внутри дует, и где образуются застойные зоны, доподлинно неизвестно. У каждого пользователя внутри столько своего добра понаверчено. Конечно, можно вообще снять крышку корпуса и обдувать внутренности системного блока бытовым вентилятором. Но летом все же жарче, чем зимой, температура может и выше 30 подняться (то есть градусов на 10 выше комнатной зимой), и сей способ уже не будет эффективным.

Другой способ — это увеличение площади поверхности теплообмена. Поэтому гладкую поверхность заменили оребренной. Но до бесконечности увеличивать ее невозможно, так как в силу законов теплопроводности эффективное увеличение высоты ребер имеет свой предел.

Значение критерия Re пропорционально скорости движения потока воздуха. То есть, чем выше скорость, тем больше коэффициент теплоотдачи и поток тепла, отбираемого от охлаждаемой поверхности. Скорость движения воздуха определяется параметрами и геометрией охлаждающего вентилятора и радиатора. Термин «кулер», широко применяющийся во всех статьях, наиболее правильно определяется, на наш взгляд, как устройство для охлаждения узлов компьютера, состоящее из вентилятора и радиатора. В дальнейшем мы тоже будем использовать этот термин в такой трактовке.

При переходе к охлаждению при помощи вынужденной конвекции (постановке на радиатор вентилятора), на наш взгляд, часто не принимают во внимание особенности принудительного охлаждения. Расход и, следовательно, скорость воздуха определяются гидравлическими потерями в тракте кулера, в частности, в радиаторе. В этом случае оребрение не только улучшает теплообмен, но, с другой стороны, и ухудшает его, увеличивая коэффициент гидравлического сопротивления, что приводит к уменьшению расхода воздуха через вентилятор. В старые времена каждый серийный отечественный вентилятор имел расходную характеристику. То есть, определялась взаимосвязь расхода, напора и частоты вращения вентилятора. Достать такие данные для современных кулеров сейчас практически невозможно. И часто приходится выбирать их, полагаясь на слухи, рекламу или просто методом тыка. Хорошо хоть, есть статьи, описывающие их сравнительную эффективность

Самый простой, на первый взгляд, способ увеличения расхода воздуха — это увеличение частоты вращения вентилятора, которая ограничивается его конструктивными особенностями. Вентилятор должен иметь большой ресурс работы и низкий уровень шума. В основном эти условия зависят от конструкции его подшипников, а также лопаточного аппарата.

Вообще говоря, качественно о расходе воздуха через вентилятор можно судить по частоте его вращения. У нас под рукой оказался новый кулер EISCA. Этакий монстр с очень большим радиатором (по сравнению с площадью контактной с кристаллом поверхности) и относительно высокими ребрами. Отношение высоты ребра к его толщине (мм) — 16/2 =8. Зазор между верхней точкой ребра и корпусом составлял 2 мм.

Вентилятор подключался к компьютеру без установки его в рабочее положение. Плоскость его вращения располагали горизонтально и вертикально (в двух положениях — направление течения воздуха вниз и вверх). Частота вращения (обороты в минуту) измерялась штатным датчиком кулера для трех позиций: 1. Кулер в сборе. 2. Без радиатора. 3. Вместо радиатора на расстоянии 6мм от среза вентилятора устанавливалась гладкая пластина.

Из приведенных данных видно, что частота вращения зависит от положения вентилятора. В вертикальном положении во всех случаях она несколько больше. В горизонтальном положении тоже есть небольшая разница частоты вращения в зависимости от положения кулера. Все это однозначно обусловлено конструкцией подшипников вала вентилятора. А вот постановка пластины вместо радиатора существенно влияет на частоту вращения, а, следовательно, и на расход воздуха. Гидравлическое сопротивление тракта в этом случае ощутимо возросло. А связано это, по всей видимости, с тем, добивает ли струя воздуха до основания ребер кулера или нет. Коэффициенты сопротивления для этих случаев существенно отличаются. В конечном счете, все это приведет и к значительной разнице в теплоотводе от поверхности. Но это все качественные эксперименты, которые просто заставляют задуматься об эффективности работы кулера.

Перейдем теперь к количественным измерениям на выходе из кулеров и вентиляторов

Измерение малых скоростей (меньше 5 м/с) и расходов воздуха — весьма сложное и кропотливое дело. Традиционный способ измерения при помощи трубки Пито — Прандтля здесь уже непригоден из-за весьма малой величины скоростного напора (меньше 1 мм водяного столба). На “коленке” такие измерения не проведешь. Приходится искать довольно сложную специальную аппаратуру. На счастье, у нас в загашнике сохранился практически непользованный термоанемометр DISA 55D80. Даже комплект датчиков заводской тарировки к нему остался. Прибор предназначен для измерения крайне низких скоростей воздуха с высокой точностью в конвективных и вентиляционных потоках.

Измерительный стенд

DISA 55D80

Принцип действия термоанемометров, измеряющих скорости порядка нескольких метров в секунду и более, основан на поддержании постоянной величины силы тока через проволочный датчик при изменении скорости обтекающего его воздуха. На выходе прибора, после преобразования и усиления сигнала, фиксируется величина напряжения, соответствующая определенной скорости воздуха.

Данный прибор имеет два режима измерения. Первый — от 0 до 30 см/с, что соответствует скоростям при свободной конвекции воздуха. Здесь применяется еще более сложная схема измерения. На датчик, при помощи специального осциллятора, подается сигнал с частотой 300 Гц и амплитудой ±0,03 мм, которая поддерживается вблизи резонансной частоты датчика. Скорость обтекания датчика складывается из скорости движения датчика и скорости внешнего потока воздуха. По разности сигналов в моменты, когда датчик движется в противоположных направлениях, можно определить скорость и направление течения воздуха.

Во втором режиме можно измерять скорости воздуха от 0 до 2 м/с при функционировании прибора в режиме постоянного тока. Здесь определяется только абсолютная величина скорости перпендикулярно датчику.

Сам датчик представляет собой миниатюрный держатель — усики с наваренной между ними проволочкой диаметром порядка нескольких десятых мм и длиной порядка 1мм. Первоначально каждый датчик калибровался по заранее известным значениям скоростей на специальном заводском стенде.

Напомним, что исследование и проектирование любых систем охлаждения включает в себя две взаимосвязанные части — аэродинамическую (или гидравлическую) и тепловую. Попробуем при помощи DISA 55D80 разобраться с первой, то есть, измерим поле скоростей на выходе из кулеров и их вентиляторов.

Рассмотрим уже упомянутый кулер №1 и два других кулера ACORP (№2) и ЕС-4510 (№3). Конечно, это не последнее слово техники, но они или им подобные еще очень часто используются, и скорости воздуха в них как раз составляют 0,5 — 2 м/с. С точки зрения аэродинамики, процессы, возникающие в них, аналогичны и более поздним моделям.

Питание вентиляторов (12 В — контролировалось мультиметром) осуществлялось от компьютера. Датчик перемещался вдоль неподвижного кулера в горизонтальной плоскости при помощи координатника, имеющего точность отсчета перемещений 0,1 мм. Нулевой точкой во всех измерениях являлась точка напротив боковой стенки с левой стороны кулера, смотря по ходу движения воздуха. Вращение вентилятора направлено от правой стенки к левой.

На рисунке 1 представлено поле скоростей на выходе из радиатора №1. Измерения проводились на расстоянии 3мм от его среза в среднем по высоте сечении. Шаг измерений составлял 1 мм.

Видно, что максимальные скорости составляют порядка 1,3-1,4 м/с. Сто процентов шкалы прибора составляют 2 м/с. Шкала линейная. Хорошо видно расположение ребер — скорость за ними минимальна. Направление скорости воздуха — горизонтальное, что было проверено путем изменения плоскости измерения датчика, то есть, эффект закрутки потока вентилятором здесь уже отсутствует. Наблюдается некоторая асимметричность потока воздуха. По-видимому, это связано с различным числом щелей на боковой поверхности радиатора. С правой стороны существует еще две дополнительные щели шириной аж 9 мм против 2 мм у всех остальных. Зачем это сделано — совершенно непонятно. Скорость в них составляет порядка 0,08-0,1 м/с

На следующем рисунке представлена скорость воздуха в среднем сечении боковых щелей.

Нумерация щелей начиналась от среза радиатора, где проводились предыдущие измерения. Видно, что крайние щели практически не работают. Основной же расход воздуха проходит через щели, расположенные напротив вентилятора. Что совершенно естественно, принимая во внимание закрутку потока вентилятором. Но вот хорошо ли это — большой вопрос. Получается, что значительная часть воздуха вообще не участвует в охлаждении большей части такого здорового радиатора.

На следующем рисунке приведены измерения скорости воздуха по высоте щели.

Здесь все выглядит очень прилично. Прямо-таки классическая эпюра скорости для установившегося течения воздуха в щели. Это тоже косвенно указывает на то, что поток воздуха уже стабилизировался после вентилятора.

Приступим теперь к рассмотрению течения воздуха в кулерах №2 и №3.

Первое, что бросается в глаза при взгляде на клер №2 — это то, что, глядя сверху, видно — площадь вентилятора меньше площади радиатора. Он проработал у меня в компьютере не один год когда он был внутри корпуса, я на него внимания не обращал. Поэтому первое, что было измерено — это направление скорости воздуха на выходе из радиатора. Этого можно добиться путем изменения угла наклона датчика к горизонтальной поверхности и фиксирования максимального значения скорости. Оказалось, что поток выходит из щелей вверх под углом 15-20 градусов к горизонтальной плоскости. Таким образом, что же получается — нагретый после радиатора воздух опять идет на вход вентилятора. Ясно, что сие не есть хорошо, и так быть не должно.

Поэтому терять время на этот кулер не стали, а заменили его вентилятор на другой, который полностью закрыл радиатор. Так и получили кулер №3. Вверх он не дует — проверили.

На рисунке представлено поле скоростей, измеренное на расстоянии 1,5 мм за срезом радиатора.

Здесь измерения проводились в середине и по краям каждой из щелей (шаг — 0,5 мм), а также в середине ребра (шаг от края щели 1 мм). Обращает на себя внимание тот факт, что скорость воздуха в середине щелей в левой половине радиатора ниже, чем у ребер, и уж тем более ниже, чем в правой части. Опять же, после нахождения максимальной составляющей скорости потока оказалось, что она направлена под углом 15 градусов к нормали. То есть, закрутка потока воздуха вентилятором сильно сказывается. Поля скоростей с противоположной стороны радиатора оказались идентичными. Поэтому здесь мы их не приводим.

Рассмотрим теперь поле скоростей воздуха непосредственно за вентиляторами кулеров №2 и№3. Всю центральную зону проточной части вентилятора занимает его двигатель. Расстояние от среза вентилятора до охлаждаемой поверхности определяется высотой ребра радиатора и обычно составляет для кулеров такого типа 3-5 мм. Сразу можно предположить, что скорость воздуха в центральной зоне ниже, чем скорость напротив рабочих щелей. Эта зона находится как раз напротив основной зоны охлаждения кристаллов. Здесь-то, вроде бы и надо иметь максимальную скорость воздуха и, соответственно, максимальный коэффициент теплоотдачи. Определим это количественно. Измерялись значения скорости, направленной по нормали к поверхности вентилятора. В принципе, эта составляющая и является определяющей в интенсивности теплообмена на поверхности такого рода кулеров. Скорость воздуха измерялась в трех сечениях. Первое — 5 мм от среза вентилятора. Далее к вентилятору присоединялись цилиндрические насадки с диаметром, равным диаметру рабочей части вентилятора, высотой 20 и 50 мм.

Второе и третье измерение проводились на срезе этих насадок соответственно.

Скорость воздуха за вентилятором №2

Скорость воздуха за вентилятором №3

Ясно видно, что в первом сечении имеется весьма существенный провал скорости в центральной части. Но уже на расстоянии 20 мм от вентилятора центральная зона с низкими значениями скоростей значительно сужается. Далее поле скоростей продолжает выравниваться, но уже не так заметно. Заметим, что полное выравнивание поля скоростей в цилиндрическом канале происходит на расстоянии не менее 10 его диаметров от начала. Здесь по нашему методу и можно определять расход воздуха через вентилятор. Следует отметить, что удлинение цилиндрического канала приводит к увеличению гидравлического сопротивления за вентилятором и, следовательно, к уменьшению расхода воздуха через него. Таким образом, ясно, что для интенсификации теплообмена необходимо подбирать оптимальное расстояние между вентилятором и радиатором.

В настоящее время на рынке имеется море различных моделей кулеров, и число их все растет и растет. И сейчас уже, по-видимому, настало время оптимизации конструкций, а не просто увеличения мощностей двигателей вентиляторов. Для этого необходимо представлять картину течения воздуха в кулерах, что мы здесь и попытались сделать. А также и его тепловые характеристики, что, возможно, сделаем в дальнейшем. Конечно, мы охватили лишь малую толику проблем, но, в принципе, эта методика и оборудование позволяют проводить и дальнейшие исследования на других моделях.

Источник