NGHIÊN cứu sự PHÂN bố áp SUẤT và vận tốc GIÓ TRONG ĐƯỜNG ỐNG

Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV NGHIÊN CỨU SỰ PHÂN BỐ ÁP SUẤT VÀ VẬN TỐC GIÓ TRONG ĐƯỜNG ỐNG STUDY THE DISTRIBUTION OF PRESSURE AND WIND VELOCITY IN THE WIND TUNNEL TS Nguyễn Văn Cương1a, ThS Nguyễn Hoài Tân1b Khoa Công nghệ, Đại học Cần Thơ a nvcuong@ctu.edu.vn; bnhtan@ctu.edu.vn TÓM TẮT Sự phân bố áp suất tốc độ gió đường ống gió thường bị chi phối nhiều yếu tố khác hình dạng ống, chiều dài ống, tốc độ quay quạt Việc nghiên cứu phân bố có ý nghĩa quan trọng cho trình tính toán thiết kế đường ống gió hệ thống sấy hệ thống khác Bài báo trình bày kết nghiên cứu phân bố áp suất tốc độ gió hệ thống ống gió Hampden model H-6910, với ba giá trị tốc độ quay quạt khác 700, 1400 2100 vòng/phút Sự phân bố áp suất tốc độ gió nghiên cứu với hai mô hình: (a) theo tiết diện ngang ống vuông 200x200 mm tương ứng với vị trí tâm ống, vị trí cách tâm ống 20, 40, 60 80 mm; (b) theo chiều dài ống venturi với tiết diện thay đổi từ 0.01 m2 đến 0.034 m2 Kết nghiên cứu cho thấy: (1) với ống tiết diện vuông, vị trí xa tâm ống áp suất động vận tốc gió giảm, áp suất động dòng khí giảm 62% đến 70%, tốc độ gió giảm 79% đến 84% so với giá trị đo tâm ống; (2) với ống venturi, áp suất tốc độ gió tỉ lệ nghịch với tiết diện ống, tiết diện ống tăng áp suất tốc độ gió giảm ngược lại; đoạn sau ống venturi, tiết diện ống tăng từ 0.01 m2 đến 0.034 m2, áp suất giảm 18%, 9% 6%, tốc độ gió giảm 49%, 32% 21% tương ứng với tốc độ quạt 700, 1400 2100 vòng/phút Ngoài ra, mô hình thí nghiệm liên quan đến phân bố áp suất tốc độ gió đường ống xây dựng Từ khóa: áp suất động, vận tốc gió, phân bố áp suất, phân bố tốc độ gió, phân bố áp suất tốc độ gió ống ABSTRACT The distribution of pressure and wind speed in wind tunnel is affected by many factors such as the pipe shape, the pipe lengthand the fan speed The contribution study has important implications in designing and calculating wind tunnel of drying systems and others This paper presents the research’s results ofthe pressure distribution and wind velocity in Hampden wind tunnel system - Model H-6910 at three different fan speeds as 700, 1400 and 2100 rpm The pressure and velocity distributions are studied with two models: (a) with cross section of square tube (200x200 mm) corresponding to the tube center position, and at the distance of 20, 40, 60, 80 mm from center point; (b) with the changing of cross section along the length of venturi tube from 0.01 m2 to 0.034 m2 The results show that: (1) for cross section of square tube, the dynamic pressure and wind velocitysignificantly decrease from the center point.The dynamic pressure is only equal 62% to 70%, the wind velocity is equal 79% to 84% with different position in comparison with center point; (2) for venturi tubes, the dynamic pressure and wind velocity is inverse proportion to the cross section of tube; the higher of cross-sectional area, thelower of pressure and velocity.When the cross-sectional area increasesfrom 0.01 m2 to 0.034 m2, the dynamic pressure reduces to 18%, 9% and 6%, wind velocity dropped to 49%, 32% and 21% corresponding to fan speed of 700, 1400 and 2100 rpm In addition, the experimental models relating to the distribution of pressure and wind velocity in the tunnelare also built Keywords: dynamic pressure, wind velocity, pressure distribution, wind distribution, distribution of pressure and wind in the tunnel 519 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV GIỚI THIỆU Sự phân bố tốc độ gió tiết diện ngang dọc theo thành ống phụ thuộc vào chế độ chuyển động dòng lưu chất xác định theo áp suất động [1] Áp suất tổng dòng khí thổi qua ống gồm thành phần: (1) áp suất động phần áp suất có khả tạo nên chuyển động luồng khí, hướng tác động áp suất động hướng chuyển động dòng không khí; (2) áp suất tĩnh phần áp suất không gây chuyển động Trong trường hợp dòng không khí chuyển động áp suất tĩnh áp suất tổng Áp suất tĩnh có tác động đồng theo hướng ống Tuy nhiên, thực tế khó đo trực tiếp áp suất động đường ống, mà cần phải đo đồng thời áp suất tổng Pt áp suất tĩnh Ps ống pitot nanomet Sự phân bố áp suất tốc độ gió đường ống gió thường bị chi phối nhiều yếu tố khác hình dạng ống, chiều dài ống, tốc độ quay quạt [2-4] Việc nghiên cứu phân bố áp suất vận tốc dòng khí đường ống có ý nghĩa quan trọng cho trình tính toán thiết kế đường ống gió hệ thống sấy hệ thống khác Bài báo trình bày kết nghiên cứu phân bố áp suất tốc độ gió hệ thống ống gió Hampden vị trí khác PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Nghiên cứu phân bố áp suất tốc độ gió đường ống thực thiết bị ống gió (Wind Tunnel) Hampden– Model H-6910 Trong đó, hai mô hình thí nghiệm với tiết diện ống ngang vị trí, mô hình thí nghiệm với hình dạng tiết diện ống thay đổi dọc theo ống vị trí khác Hai thông số đầu vào làtốc độ quay quạt tiết diện ống, thông số xác định áp suất tốc độ dòng khí 2.1 Mô hình thí nghiệm tiết diện ngang ống Sự phân bố áp suất tốc độ gió tiết diện ngang ống vuông 200 x 200 mm nghiên cứu, với ba tốc độ quay quạt 700, 1400 2100 vòng/phút Các vị trí xác định áp suất tốc độ gió xác định vị trí 0, 2, 4, 8, cách vị trí tâm ống 0, 20, 40, 60 80 mm (Hình 1) Các giá trị đo thực lần lặp lại giá trị trung bình xác định Hình 1: Bố trí thí nghiệm theo tiết diện ngang ống Hampden – Model H-6910 520 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Hình 2: Bố trí thí nghiệm theo tiết diện ngang ống venture (Hampden) 2.2 Mô hình thí nghiệm theo tiết diện thay đổi dọc theo chiều dài ống Để nghiên cứu thay đổi áp suất vận tốc gió ống, thí nghiệm thực dọc theo chiều dài ống mô hình ống venturi, tiết diện ống thay đổi từ 0.01 m2 đến 0.034 m2, tương ứng với vị trí từ đến 10 Hình 2, với ba tốc độ quay quạt 700, 1400 2100 vòng/phút Các giá trị đo lần lặp lại vị trí thí nghiệm KẾT QUẢ THẢO LUẬN 3.1 Sự phân bố áp suất tốc độ gió tiết diện ngang ống vuông 3.1.1 Sự phân bố áp suất động dòng khí tiết diện ngang Sự phân bố áp suất động dòng không khí ống vuông ứng với vị trí trung tâm ống vị trí cách tâm ống 20, 40, 60, 80 mm thể qua Hình 3, tốc độ quay quạt tương ứng với 700, 1400 2100 vòng/phút Hình 3: Sự phân bố áp suất động tương ứng với vị trí ống (trái) tỷ lệ giảm áp suất vị trí so với vị trí trung tâm (phải) Kết nghiên cứu cho thấy phân bố áp suất gió thay đổi theo vị trí ống mặt cắt; vị trí xa trung tâm ống áp suất động giảm Độ giảm áp suất lớn tốc độ quay quạt lớn Với tốc độ quay quạt 2100 vòng/phút, so với vị trí tâm ống áp suất vị trí 2, 4, 6, 83%, 79%, 72% 62% Trong đó, tốc độ quay quạt 700 vòng/phút, áp suất vị trí 87%, 84%, 78% 70% so với vị trí tâm ống 521 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV 3.1.2 Sự phân bố tốc độ gió tiết diện ngang ống Sự phân bố tốc độ gió tiết diện ngang ống ứng với vị trí trung tâm ống vị trí cách trung tâm ống 20, 40, 60, 80 mm thể qua Hình Vận tốc dòng khí xác định sau có áp suất động tương ứng (P d ) vị trí công thức (1) Áp suất động dòng khí (mmH O) xác định: Pd = 2.v ρ Trong ρ khối lượng riêng không khí (kg/m3) Vận tốc dòng khí (m/s) vị trí xác định: v = 2.Pd ρ = 4,04 Pd (1) Hình 4: Biểu đồ phân bố tốc độ gió tương ứng với vị trí ống (trái), tỷ lệ giảm tốc độ gió vị trí so với vị trí trung tâm (phải) Giống phân bố áp suất động, thay đổi tốc độ gió tỉ lệ với vị trí ống mặt cắt ngang, xa vị trí tâm ống tốc độ gió giảm So với vị trí tâm ống, tốc độ gió vị trí xa nhất, cách tâm ống 80 mm đạt 79%, 82% 84% tương ứng với tốc độ quay quạt 700, 1400 2100 vòng/phút (Hình 4) Với tốc độ quay quạt lớn, giảm tốc độ gió vị trí quan sát nhiều so với tốc độ quay quạt nhỏ 3.2 Phân bố áp suất tốc độ gió tương ứng với tiết diện ống 3.2.1 Phân bố áp suất tương ứng với tiết diện ống Nghiên cứu áp suất động dòng không khí thực ống venturi với tiết diện ngang ống thay đổi từ 0.024 m2 giảm xuống 0.01 m2, tương ứng với vị trí từ đến 3; sau tăng từ 0.01 m2đến 0.034 m2, tương ứng vị trí từ đến 10 hình Các kết nghiên cứu tương ứng thể đồ thị (Hình 5) Hình 5: Sự phân bố áp suất động tương ứng tiết diện dọc theo ống 522 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV Tại vị trí có tiết diện nhỏ (0.01 m2), áp suất động tăng lên đáng kể với giá trị tương ứng 8.97, 24.03 56.4 mmH O Với áp suất ban đầu vào ống venture tương ứng với tốc độ quay quạt 700, 1400 2100 vòng/phút 1.0, 2.95 6.38 mmH O (có tiết diện 0.024 m2) Sau qua khỏi tiết diện nhỏ nhất, áp suất động dòng khí giảm đi, tương ứng với giá trị xa với tiết diện ống 0.034 m2, áp suất giảm 1.60, 2.27 3.28 mmH O; tương đương 6%, 9% 18% so với vị trí áp suất lớn tiết diện 0.01 m2 Khi tốc độ quay quạt gió lớn, tỷ lệ giảm áp suất nhiều (chỉ 6% tương ứng) Khi tiết diện xa vị trí nhỏ nhất, nghĩa diện tích ống thay đổi đi, áp suất thay đổi không nhiều Điều cho thấy ổn định áp suất đường ống thiết bị diện tích ống không thay đổi 3.2.2 Phân bố tốc độ gió tương ứng với tiết diện ống Tốc độ dòng khí dọc ống venturi với diện tích tiết diện ngang khác ống thay đổi gần giống quy luật thay đổi áp suất (Hình 6) Vận tốc gió cực đại đạt 12.10 m/s, 19.81 m/s 30.34 m/s ứng với vận tốc quạt 700, 1400 2100 vòng/phút Tại vị trí phía sau ống venture, vận tốc gió giảm dần đạt giá trị thất 5.11 m/s, 6.08 m/s 7.32 m/s, tương ứng giá trị 42%, 31% 24% Với tốc độ quay quạt lớn, khả vận tốc dòng khí lớn, giá trị vận tốc đo đạt mô hình thí nghiệm thể đồ thị hình Hình 6: Sự phân bố tốc độ gió tương ứng tiết diện ống thay đổi Kết số liệu thí nghiệm cho thấy tốc độ gió ống venture tỉ lệ nghịch với tiết diện ống Diện tích ống tăng vận tốc gió giảm ngược lại Càng cuối đường ống venture, vận tốc gió có tính ổn định thay đổi không đáng kể Với vận tốc dòng khí nhỏ, tương ứng với tốc độ quay quạt 700 vòng/phút, thay đổi tốc độ không nhiều so với thay đổi vận tốc dòng khí lớn ứng với 2100 vòng/phút KẾT LUẬN Kết nghiên cứu phân bố áp suất tốc độ gió thực hệ thống ống gió Hampden Model H-6910, với ba giá trị tốc độ quay quạt khác 700 vòng/phút, 1400 vòng/phút 2100 vòng/phút Với ống tiết diện vuông, vị trí xa tâm ống áp suất động vận tốc gió giảm, áp suất động dòng khí giảm từ 62% đến 70%, tốc độ gió giảm 79 đến 84% so với giá trị cực đại đo tâm ống Đối với ống venturi, áp suất động tốc độ gió tỉ lệ nghịch với tiết diện ống, tiết diện ống tăng áp 523 Kỷ yếu hội nghị khoa học công nghệ toàn quốc khí - Lần thứ IV suất tốc độ gió giảm ngược lại; đoạn sau ống venturi, tiết diện tăng từ 0.01 m2 đến 0.034 m2, áp suất động giảm 18%, 9% 6%, tốc độ gió giảm 42%, 31% 24% tương ứng với tốc độ quạt 700, 1400 2100 vòng/phút Các kết nghiên cứu cho thấy rằng: triển khai việc chế tạo đường ống gió hệ thống thực tế, để hạn chế thất thoát đảm bảo áp suất tốc độ gió, cần phải ý đến tốc độ quạt gió thay đổi tiết diện đường ống gió để đảm bảo phân bố đồng ống TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hoàng Đình Tín, Bùi Hải Nhiệt động học kỹ thuật truyền nhiệt Nhà xuất Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, 2004 [2] James M Meyer, Venturi Induction for Heat Recovery and Flow Nox Interal Combustion Engines US 60191260, Feb, 28, 2005 [3] William B Brower etal., Improve Method For Deterning Flow Rates In Venturis, Orifices ang Flow Nozzles Involving US 5365795, May 20, 1993 [4] Rechart Fitzpatrick, Fluid Mechanics The University of Texas at Austin, 2012 THÔNG TIN TÁC GIẢ TS Nguyễn Văn Cương Bộ môn Kỹ thuật Cơ khí, Khoa Công Nghệ, Đại học Cần Thơ Email: nvcuong@ctu.edu.vn, Điện thoại: 0989909034 ThS Nguyễn Hoài Tân Bộ môn Kỹ thuật Cơ khí, Khoa Công Nghệ, Đại học Cần Thơ Email: nhtan@ctu.edu.vn, Điện thoại: 0907286660 524 ... kế đường ống gió hệ thống sấy hệ thống khác Bài báo trình bày kết nghiên cứu phân bố áp suất tốc độ gió hệ thống ống gió Hampden vị trí khác PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Nghiên cứu phân bố áp suất tốc. .. nanomet Sự phân bố áp suất tốc độ gió đường ống gió thường bị chi phối nhiều yếu tố khác hình dạng ống, chiều dài ống, tốc độ quay quạt [2-4] Việc nghiên cứu phân bố áp suất vận tốc dòng khí đường ống. .. 3.2 Phân bố áp suất tốc độ gió tương ứng với tiết diện ống 3.2.1 Phân bố áp suất tương ứng với tiết diện ống Nghiên cứu áp suất động dòng không khí thực ống venturi với tiết diện ngang ống thay