Влияние некоторых параметров на коэффициент трения и коэффициент сопротивления в воздуховодах фирмы Diaflex, а так же на изгибах воздуховодов было исследовано организацией TNO,отчет № 90042/R.24/LIS. Исследовалось влияние следующих параметров: тип воздуховода, диаметр воздуховода, сжатие (по длине), направление потока, скорость воздуха и форма изгиба.Результаты этого исследования показали:

• Тип воздуховода влияет на коэффициент трения только в тех воздуховодах, которые былиполностью растянуты (сжатие 0%).
• Степень сжатия оказывает большое влияние на коэффициент трения. 5%ное сжатие можетпривести к удвоению коэффициента трения. И тогда влияние типа воздуховода оказываетсяпренебрежимо малым.
• Влиянием диаметра воздуховода (102 мм – 305 мм), скорости воздуха (2 м/с – 6 м/с) и направления потока на коэффициент трения можно пренебречь.
• Коэффициент сопротивления сильно зависит от типа воздуховода.

Результаты исследования показаны на графиках падения давления.

1. Введение

Падение давления в воздуховоде, состоящем из одного или нескольких прямых участков и нескольких изгибов, зависит в числе прочего от коэффициентов трения воздуховода и коэффициентовсопротивления изгибов.

Для определения падения давления в воздуховоде необходимо знать эти коэффициенты. Влияние некоторых параметров на эти коэффициенты было измерено организацией TNO.

При исследовании воздуховодов оценивали влияние на коэффициент трения следующих параметров:

• Тип воздуховода
• Диаметр воздуховода
• Степень сжатия
• Направление потока
• Скорость воздуха

При исследовании изгибов оценивали влияние на коэффициент сопротивления следующихпараметров:

• Форма колена
• Тип воздуховода

При проведении исследований использовали измерительный стенд.

Далее рассмотрим влияние диаметра воздуховода, шероховатости внутренних стенок воздуховода ичисла Рейнольдса на коэффициент трения, а затем будет рассмотрена эквивалентная длина изгибов.

2. Падение давления

Как правило, смонтированный воздуховод имеет несколько прямых участков и несколько изгибов. При протекании газа через такой воздуховод на каждом прямом участке и на каждом изгибе будет наблюдаться падение давления. Для определения напора вентилятора необходимо определить падение давления на каждом прямом участке и на каждом изгибе воздуховода.

Прямой участок воздуховода

Из этой формулы вытекает следующее:

• Падение давления пропорционально коэффициенту трения.
• Падение давления пропорционально плотности газа.
• Коэффициент трения слабо уменьшается при увеличении числа Рейнольдса (Re = U.D/v).
• Коэффициент трения уменьшается при уменьшении относительной шероховатости k/D.

Отсюда вытекает, что:

• Коэффициент трения слабо уменьшается при увеличении скорости (за счет увеличения числа Рейнольдса).
• Коэффициент трения уменьшается при увеличении диаметра, если шероховатость стенокостается той же самой (за счет увеличения числа Рейнольдса и уменьшения относительной шероховатости).

Шероховатость стенок определяется

• типом воздуховода;
• степенью сжатия.

Влияние воздуховода на коэффициент трения определяли при сжатии 0%, поэтому фактическая длинавоздуховода была равна максимальной длине.

Изгибы

Падение давления на изгибе воздуховода больше, чем падение давления в сварном колене с таким же диаметром и радиусом кривизны, так как потери на трение в изгибе значительно больше. В металлическом колене внутренняя стенка является гладкой, в отличие от изгиба воздуховода, особенно,если внутренняя часть изгиба сильно сжата. В связи с этим обтекаемая потоком поверхностьстановится меньше, и скорость потока возрастает.

Эквивалентная длина

Эквивалентная длина изгиба представляет собой длину прямого участка, падение давления на которойравно падению давления на данном изгибе.

Эквивалентные длины подвергавшихся испытаниям воздуховодов DFA 102 мм определялипо этой формуле.

3. Диаметр

У четырех типов воздуховодов из пяти, подвергавшихся испытаниям, коэффициент трения практически не зависел от диаметра воздуховода.

4. Скорость

В гибких воздуховодах коэффициент трения слабо уменьшается при возрастании скорости.

5. Направление потока

Коэффициент трения воздуховодов DFA измеряли для обоих направлений потока. Вследствие способа изготовления поток в одном направлении испытывает внезапное (очень небольшое) сужение на каждом нахлесте витков, а в другом направлении внезапное (очень небольшое) расширение. В результате этих измерений было показано, что среднее значение коэффициента трения в одном направлении отличается от коэффициента трения в другом направлении на 5%. Как правило, этой разницей можно пренебречь.

6. Сжатие

Сжатие воздуховода оказывает большое влияние на коэффициент трения. Установлено, что есливоздуховод сжат всего на 5%, это уже вызывает примерно удвоение коэффициента трения.

Очевидно, что шероховатость внутренней стенки воздуховода сильно возрастает, даже если сжатие является очень маленьким. На рис. 4 показано также, что при сжатии коэффициент трения возрастает почти линейно, пока сжатие не превышает 20%. На каждый процент сжатия коэффициент тренияувеличивается примерно на 0,01. Если воздуховод сжат всего на 3%, коэффициент трения увеличитсяпримерно на 0,03. Увеличение является одинаковым для пяти типов воздуховодов, прошедшихиспытания, несмотря на различия между ними.

7. Коэффициент трения

Из вышесказанного следует, что влиянием диаметра воздуховода, скорости воздуха и направления потока на коэффициент трения можно пренебрегать. Установлено также, что степень сжатия оказывает большее влияние, чем тип воздуховода. Для определения степени сжатия по формуле 4 необходима информация о максимальной длине соответствующего воздуховода. Однако максимальная длина зависит от величины усилия, прикладываемого для определения этой длины. Кроме того, определенное усилие в воздуховоде малого диаметра вызывает большие напряжения растяжения, чем в воздуховоде большего диаметра с той же толщиной стенки. В проведенном исследовании коэффициенты трения для различных типов воздуховодов применяли только для воздуховодов, растянутых до той же длины,что и воздуховод, подвергавшийся испытаниям.

5.8. Коэффициент сопротивления изгибов

Установлено, что скорость воздуха почти не оказывает влияния на величину коэффициента сопротивления. Увеличение радиуса кривизны 90°ного изгиба приводит к уменьшению коэффициента сопротивления. Однако 180°ный изгиб демонстрирует увеличение сопротивления.

Это противоречит всем ожиданиям. Вероятно, это обусловлено незначительной разницей в шероховатости поверхности у данных изгибов, так как степень сжатия у них будет разной. Причиной могут быть и различия в модели потока у этих изгибов. Тип воздуховода, повидимому, оказывает лишь незначительное влияние на коэффициент сопротивления данных изгибов. Этого следовало ожидать. Внутренняя сторона изгиба всегда сжата таким образом, что ее шероховатость гораздо больше шероховатости воздуховода (максимально растянутого).

График падения давления для гибких воздуховодов

Падение давления при изгибе    90°