Lắp đặt hệ thống thí nghiệm
Kết nối dây cho thiết bị thí nghiệm theo hướng dẫn trong Hình 11 Sau khi hoàn tất, hãy bật hai công tắc TỔNG và MAINS Đèn “Power” sẽ sáng khi có nguồn điện, trong khi đèn “Active” sẽ sáng khi thiết bị được kết nối với máy tính.
- Các công tắc TỔNG và MAINS phải ở vị trí OFF khi lắp đặt
- Hạn chế tháo – lắp nhiều lần
Hình 7: Nối dây thiết bị thí nghiệm.
Phần mềm tương tác
Cài đặt
Phần mềm tương tác của FM40 kết nối với máy tính qua cổng USB Có hai phiên bản của chương trình là:
FM40-306 (/FM40-306/Setup.exe) là phiên bản cũ của chương trình, yêu cầu người dùng cài đặt trước khi sử dụng Phiên bản này chỉ hỗ trợ giao tiếp với các cổng COM có giá trị nhỏ hơn 9.
FM40-308 (/FM40 new Software/FM40/Program/Cs308.exe) là phiên bản phần mềm mới, tự động quét các cổng COM kết nối với máy tính và có thể chạy ngay mà không cần cài đặt.
- Trong một số trường hợp yêu cầu cài đặt FM40-306 trước khi sử dụng FM40-
308 Nếu máy tính không tự động nhận cổng COM cần cài đặt Driver
- Sinh viên có thể được yêu cầu trả lời các câu hỏi trắc nghiệm trong phần mềm FM40-
Hình 8: Thư mục cài đặt chương trình tương tác của FM40.
Hướng dẫn cài đặt Driver
Right click My Computer Manager Chọn Device manager ở cột bên trái Kiểm tra Mục Port (COM & LPT) IDF7:
Nếu xuất hiện dấu chấm thang màu vàng, điều này cho thấy Driver chưa được cài đặt Để khắc phục, bạn hãy nhấp chuột phải và chọn "Cập nhật phần mềm driver" Sau đó, chỉ đến thư mục FM40-306 để chương trình tự động cài đặt Cuối cùng, khởi động lại máy tính và kiểm tra kết nối.
• Nếu không có dấu chấm thang màu vàng và chỉ thị “Watchdog enable” trên phần mềm tương tác sáng chứng tỏ chương trình đã kết nối thành công.
Hướng dẫn sử dụng
Phần này sẽ trình bày cách sử dụng chương trình FM40-306, cách sử dụng FM40- 308 tương tự (thao tác trên các icon lớn hơn ở cột bên trái)
Các chức năng trên hình 10:
Thay đổi cửa sổ tổng quan, số liệu, bảng số liệu…
Thiết đặt một số hằng số
Các số liệu tính toán/đo đạc về momen xoắn, vận tốc góc, lưu lượng… Điều khiển quạt bật/tắt, vận tốc quạt…
Giá trị các cảm biến
“Set zero” giá trị các cảm biến trước khi tiến hành ghi nhận số liệu.
Các đại lượng cần lưu ý
• Đường kính bánh công tác D = 180 mm
• Hệ số lưu lượng Cd = 0.596
• Áp suất khí quyển Pa = 101 kPa
• Đường kính ống hút d1 = 95 mm
• Đường kính ống đẩy d2 = 75 mm
Bài 1: Khảo sát đường đặc tính quạt ly tâm
Mục đích và yêu cầu thí nghiệm
Hiểu phương pháp khảo sát và vẽ đường đặc tính của quạt ly tâm khi hoạt động ở tốc độ không đổi
Thực hiện thí nghiệm tại tốc độ quay của động cơ không đổi (FS0%), thu thập số liệu và vẽ được các đồ thị:
- Đường đặc tính của quạt (các loại áp suất theo lưu lượng thể tích)
- Các loại công suất theo lưu lượng thể tích
- Hiệu suất theo lưu lượng thể tích Sau đó nhận xét xu hướng biến thiên, điểm cực trị của các đại lượng.
Nguyên lý
Khi chọn quạt cho một hệ thống đã có sẵn, việc xem xét đường đặc tính của quạt là rất quan trọng Đường đặc tính này xác định mối quan hệ giữa áp suất mà quạt tạo ra và lưu lượng khí ở một tốc độ động cơ cụ thể, từ đó giúp việc lựa chọn quạt trở nên chính xác và dễ dàng hơn.
Tiến hành thí nghiệm
Xoay phần miệng đầu ra của quạt để mở hoàn toàn và đặt tốc độ quạt ở mức tối đa (FS = 100%) để ghi lại lưu lượng tối đa Sau đó, điều chỉnh miệng đầu ra về vị trí lưu lượng nhỏ nhất và ghi lại giá trị này Nhấn nút để lưu kết quả tại vị trí này.
Để xác định bước nhảy lưu lượng, hãy chia khoảng từ lưu lượng nhỏ nhất đến lớn nhất thành nhiều khoảng đều nhau, tốt nhất là hơn 10 khoảng Việc lựa chọn số hợp lý cho các khoảng chia sẽ giúp dễ dàng trong quá trình thao tác.
Mở từ từ miệng đầu ra của quạt và theo dõi sự thay đổi lưu lượng Khi lưu lượng dao động quanh giá trị cần thiết, dừng điều chỉnh và chờ ổn định trước khi bấm nút lấy kết quả Tiếp tục mở miệng đầu ra của quạt từ từ, tăng dần lưu lượng theo từng bước nhảy cho đến khi đạt được kết quả ở lưu lượng tối đa.
- Lưu lại kết quả thí nghiệm (đồ thị, bảng số liệu): File => Save As.
Quy trình xử lý số liệu
Thực hiện các bước thí nghiệm như trên, ta tiến hành đo và dùng các công thức để xử lý số liệu, ta được bảng số liệu:
Bảng 1: Bảng số liệu bài 1.1
Bảng 2: Bảng số liệu bài 1.2 download by : skknchat@gmail.com
Kết quả và nhận xét
Từ bảng số liệu trên, vẽ các đồ thị:
Đồ thị biểu diễn tổng áp suất theo lưu lượng thể tích cho thấy đường nội suy của cả hai cánh quạt thuận và ngược chiều không có sự khác biệt Áp suất tổng có xu hướng tăng khi lưu lượng thể tích tăng, với giá trị cực tiểu khoảng 0.84 - 0.85 kPa tại lưu lượng khoảng 11.4 – 11.5 l/s, và giá trị cực đại đạt khoảng 1.12 kPa tại một lưu lượng nhất định.
Khi lưu lượng đạt 98 l/s và vượt qua ngưỡng cực đại của áp suất tổng, ta có thể dự đoán rằng áp suất tổng sẽ có xu hướng giảm nếu lưu lượng thể tích tiếp tục tăng.
Hình 12: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi của chênh lệch áp suất tĩnh giữa đầu vào và đầu ra theo lưu lượng thể tích
Khi lưu lượng tăng, chênh lệch áp suất tĩnh giữa đầu vào và đầu ra của máy có xu hướng tăng dần, nhưng khi lưu lượng đạt giá trị cực đại, áp suất chênh lệch bắt đầu giảm Giá trị cực tiểu và cực đại của chênh lệch áp suất lần lượt là khoảng 0.72 kPa và 0.94 kPa, tương ứng với mức lưu lượng khoảng 58 l/s và 114 l/s.
Tổng áp suất mà quạt cung cấp cho dòng khí theo lưu lượng thể tích Quay ngược chiều
Chênh lệch áp suất tĩnh giữa đầu vào và đầu ra theo lưu lượng thể tích Quay ngược chiều
Hình 13: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi của chênh lệch áp suất tại vòng chắn lưu lượng theo lưu lượng thể tích
Khi vòng chắn lưu lượng mở rộng, lưu lượng sẽ tăng lên; ngược lại, khi vòng chắn đóng hoàn toàn tại vị trí bằng 0, lưu lượng cũng sẽ giảm xuống 0 Lưu lượng đạt cực đại khi vòng chắn mở hết biên độ Đồ thị trong các trường hợp so sánh ở bài 1.1 và 1.2 cho thấy không có sự khác biệt đáng kể.
Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa công suất cơ khí của động cơ và lưu lượng thể tích cho thấy hai cánh quạt có sự tương đồng rõ rệt Khi lưu lượng thể tích tăng, hiệu suất cơ khí có xu hướng gia tăng dần.
Chênh lệch áp suất tại vòng chắn lưu lượng theo lưu lượng thể tích
Poly (Quay ngược chiều) Poly (Quay thuận chiều)
Công suất cơ khí của động cơ theo lưu lượng thể tích
Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa công suất cánh quạt và lưu lượng thể tích cho thấy xu hướng tương tự như đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa công suất cơ khí của động cơ và lưu lượng thể tích.
Đồ thị giữa hiệu suất cánh quạt và lưu lượng thể tích cho thấy một đường hiệu suất cao hơn, cho phép dự đoán rằng đường này tương ứng với cánh quạt quay thuận chiều Hiệu suất cực đại của cánh quạt quay thuận chiều đạt khoảng 50% tại lưu lượng 100 l/s, trong khi cánh quạt quay ngược chiều có hiệu suất cực đại khoảng 47% tại lưu lượng 107 l/s.
Công suất do bánh công tác tạo ra theo lưu lượng thể tích Quay ngược chiều
Fan e ffi cien cy (eg r)
Hiệu suất theo lưu lượng thể tích
Poly (Quay ngược chiều)Poly (Quay thuận chiều)
Bài 2: Khảo sát đồng dạng động lực học của quạt ly tâm
Mục đích và yêu cầu thí nghiệm
Dự đoán được hoạt động của quạt tại một vận tốc từ một vận tốc khác cho trước dựa vào đồng dạng động lực học
Thực hiện thí nghiệm tại 2 tốc độ quay của động cơ không đổi (3009 rpm và 2018 rpm), thu thập số liệu và vẽ các đồ thị:
Các loại áp suất, công suất và hiệu suất được phân tích dựa trên lưu lượng thể tích ở hai tốc độ khác nhau Để chứng minh tính chính xác của đồng dạng động lực học, các đồ thị hệ số đồng dạng sẽ được vẽ.
Đầu tiên, xác định các hệ số đồng dạng, sau đó dự đoán giá trị tại tốc độ thứ hai dựa trên tốc độ thứ nhất Cuối cùng, vẽ đồ thị để so sánh các giá trị đã tính toán với các giá trị đo được.
Nguyên lý
Kiểm nghiệm tất cả các loại quạt ở các tốc độ khác nhau là một nhiệm vụ khó khăn và không thực tế Đồng dạng động lực học giúp dự đoán các yếu tố như áp suất, công suất và lưu lượng của quạt, dựa trên đặc tính của một loại quạt đồng dạng khác Các đại lượng vô thứ nguyên trong đồng dạng động lực học đóng vai trò quan trọng trong việc phân tích và thiết kế quạt.
• Hệ số cột áp: C H gH 2 2
Đồng dạng động lực học cho phép kiểm soát hiệu quả các yếu tố tác động đến kết quả với độ chính xác cao Độ chính xác tăng lên khi nhiều yếu tố như ma sát và độ nhám được đưa vào mô hình đồng dạng Hai quạt được coi là đồng dạng hình học khi đáp ứng các điều kiện nhất định.
- Có cùng số lá cánh
- Các kích thước về góc giống nhau
- Các kích thước tuyến tính tỉ lệ với nhau
Tiến hành thí nghiệm
Thực hiện tương tự mục 3.3 nhưng với 2 tốc độ động cơ khác nhau (2018 rpm và 3009 rpm).
Quy trình xử lý số liệu
Thực hiện các bước thí nghiệm như trên, ta tiến hành đo và dùng các công thức để xử lý số liệu, ta được bảng số liệu:
Bảng 3: Bảng số liệu bài 2.1 (FSW%) với vận tốc 2018 rpm
Bảng 4: Bảng số liệu bài 2.1 (FS%) với vận tốc 3009 rpm download by : skknchat@gmail.com
Bảng 5: Bảng số liệu bài 2.2 (FSW%) với vận tốc 2018 rpm
Bảng 6: Bảng số liệu bài 2.2 (FS%) với vận tốc 3009 rpm download by : skknchat@gmail.com
Kết quả và nhận xét
Từ bảng số liệu trên, vẽ các đồ thị:
❖ Trường hợp 1 (Bài 2.1): Quay thuận chiều
Hình 17: Đồ thị biểu diễn tổng áp suất tổng theo lưu lượng thể tích ở hai tốc độ quạt (thuận) khác nhau
Đồ thị trong Hình 18 thể hiện sự biến đổi của chênh lệch áp suất tĩnh giữa đầu vào và đầu ra theo lưu lượng thể tích, được phân tích ở hai tốc độ quạt (thuận) khác nhau.
Tổng áp suất mà quạt cung cấp cho dòng khí theo lưu lượng thể tích rpm 18 rpm009
Chênh lệch áp suất tĩnh giữ đầu vào và đầu ra theo lưu lượng thể tích rpm 18 rpm009
Đồ thị thể hiện sự biến đổi của chênh lệch áp suất tại vòng chắn lưu lượng theo lưu lượng thể tích ở hai tốc độ quạt thuận khác nhau.
Hình 20: Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa công suất cơ khí của động cơ theo lưu lượng thể tích ở hai tốc độ quạt
Qv chênh lệch áp suất tại vòng chắn lưu lượng theo lưu lượng thể tích rpm 18 rpm009
Công suất cơ khí của động cơ theo lưu lượng thể tích rpm 18 rpm009
Hình 21: Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa công suất cánh quạt theo lưu lượng thể tích ở hai tốc độ quạt (thuận) khác nhau
Hình 22: Đồ thị biểu diễn giữa hiệu suất cánh quạt và lưu lượng thể tích ở hai tốc độ quạt (thuận) khác nhau
Nhận xét: ta thấy cả 6 đồ thị đều có xu hướng giống với những nhận xét cho từng đồ thị ở phần 3.5
Công suất do bánh công tác tạo ra theo lưu lượng thể tích rpm 18 rpm009
Fan e ffi cien cy (eg r)
Hiệu suất theo lưu lượng rpm 18 rpm009
Biểu đồ đồng dạng cho trường hợp quay thuận chiều tại 2 mức vận tốc:
Hình 23: Đồ thị đồng dạng biểu thị qua Cpu và Cq (cánh thuận)
Hình 24: Đồ thị đồng dạng biểu thị qua Cq và CH (cánh thuận)
Hai đồ thị có điểm giá trị tương đồng và cùng xu hướng, cho thấy chúng có sự đồng dạng động lực học Để xác minh nhận xét này, ta kiểm tra phương trình y = -5.0827x² + 129.3x + 5.6089.
Cp (Pu) Đồ thị đồng dạng biểu thị qua Cpu và Cq rpm = 2018 rpm = 3009 y = -1E-07x 2 + 0.0001x + 0.0708
Cq Đồ thị đồng dạng biểu thị qua Cq và CH rmp = 2018 rpm = 3009
Kiểm tra sự đồng dạng:
Giả sử tại Fan setting = 57%, với vận tốc 2018 rpm: công suất P u 17 W, Q v I.85 (l/s), tổng áp suất mà quạt cung cấp cho dòng khí P tF =0.34 kPa
Tại đó ta tính được:
Từ các hệ số vô thứ nguyên trên, ta dự đoán các giá trị tại tốc độ thứ 2, vận tốc 3009 rpm:
= P W (So sánh với kết quả đo được là 56.59 W)
= Q (l/s) (So sánh với kết quả đo được là 74 W)
= (kPa) (So sánh với kết quả đo được là 0.76 W)
Hình 25: Đồ thị so sánh giá trị Pu tính theo lí thuyết và đo thực nghiệm (cánh thuận)
Hình 26: Đồ thị so sánh giá trị Qv tính theo lí thuyết và đo thực nghiệm (cánh thuận)
Hình 27: Đồ thị so sánh giá trị PtF tính theo lí thuyết và đo thực nghiệm (cánh thuận)
Cp Đồ thị so sánh giá trị Pu tính theo lí thuyết và đo thực nghiệm
Giá trị P tính được từ hệ số
Cq Đồ thị so sánh giá trị Qv tính theo lí thuyết và đo thực nghiệm
Giá trị tính được từ hệ số
C_H Đồ thị so sánh giá trị PtF tính theo lí thuyết và đo thực nghiệm
Giá trị PtF tính được từ hệ sốGiá trị đo được
Dựa vào đồng dạng động lực học, chúng ta có thể dự đoán hoạt động của quạt tại một vận tốc khác từ một vận tốc đã cho.
❖ Trường hợp 2 (Bài 2.2): Quay ngược chiều
Hình 28: Đồ thị biểu diễn tổng áp suất tổng theo lưu lượng thể tích ở hai tốc độ quạt (ngược) khác nhau
Đồ thị trong hình 29 minh họa sự biến đổi của chênh lệch áp suất tĩnh giữa đầu vào và đầu ra khi thay đổi lưu lượng thể tích ở hai tốc độ quạt ngược khác nhau.
Tổng áp suất mà quạt cung cấp cho dòng khí theo lưu lượng thể tích rpm 1 8
Chênh lệch áp suất tĩnh giữ đầu vào và đầu ra theo lưu lượng thể tích rpm 18 rpm009
Đồ thị dưới đây minh họa sự biến đổi của chênh lệch áp suất tại vòng chắn lưu lượng theo lưu lượng thể tích, được thực hiện ở hai tốc độ quạt ngược khác nhau.
Hình 31 : Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa công suất cơ khí của động cơ theo lưu lượng thể tích ở hai tốc độ quạt
Qv chênh lệch áp suất tại vòng chắn lưu lượng theo lưu lượng thể tích rpm 18 rpm009
Công suất cơ khí của động cơ theo lưu lượng thể tích rpm 18 rpm009
Hình 32: Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa công suất cánh quạt theo lưu lượng thể tích ở hai tốc độ quạt (ngược) khác nhau
Hình 33: Đồ thị biểu diễn giữa hiệu suất cánh quạt và lưu lượng thể tích ở hai tốc độ quạt (ngược) khác nhau
Cả 6 đồ thị đều thể hiện xu hướng tương đồng với những nhận xét đã nêu trong phần 3.5, đồng thời cũng giống với các đồ thị của cánh thuận chiều.
Công suất do bánh công tác tạo ra theo lưu lượng thể tích rpm 18 rpm009
Fan e ffi cien cy (eg r)
Hiệu suất theo lưu lượng thể tích rpm 18 rpm009
Biểu đồ đồng dạng cho trường hợp quay ngược chiều tại 2 mức vận tốc:
Hình 34: Đồ thị đồng dạng biểu thị qua Cp (Pu) và Cq (cánh ngược)
Hình 35: Đồ thị đồng dạng biểu thị qua Cq và CH (cánh ngược) y = -3.9499x 2 + 124.85x + 8.3659 y = -4.1543x 2 + 123.36x + 7.5213
Cp (Pu) Đồ thị đồng dạng biểu thị qua Cp (pu) và Cq rpm = 2018 rpm = 3009 y = -2E-07x 2 + 0.0001x + 0.0688 y = -2E-07x 2 + 0.0001x + 0.0698
Cq Đồ thị đồng dạng biểu thị qua Cq và CH rpm = 2018 rmp = 3009
Các điểm giá trị trên cả hai đồ thị rất gần nhau và cùng xu hướng, cho thấy chúng có sự đồng dạng về động lực học Điều này dẫn đến việc cần kiểm tra lại nhận xét đã đưa ra.
Kiểm tra sự đồng dạng:
Ta tính các hệ số đồng dạng ở vận tốc 2018 rpm trước, từ đó dự đoán giá trị tại tốc độ
3009 rpm từ tốc độ 2018 rpm trước đó, tiến hành vẽ đồ thị so sánh giá trị của 2 phương pháp, ta ra được đồ thị như sau:
Hình 36: Đồ thị so sánh giá trị Pu tính theo lí thuyết và đo thực nghiệm
Hình 37: Đồ thị so sánh giá trị Q tính theo lí thuyết và đo thực nghiệm
Cp Đồ thị so sánh giá trị Pu tính theo lí thuyết và đo thực nghiệm
Giá trị Pu tính được từ hệ số
Cq Đồ thị so sánh giá trị Q tính theo lí thuyết và đo thực nghiệm
Giá trị Q tính được từ hệ số