Добрый день, уважаемые специалисты. По ходу моей работы (изготовление технологических приспособлений) возникла необходимость соорудить стенд для сушки. По результатам экспериментов было решене использовать теплый воздух. У нас есть калорифер ЭКОЦ-5 (купили пару лет назад, под несостоявшуюся задачу) вот с такими хар-ками:

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

требуется поток от него разделить на много стеклянных трубок, то есть так, чтобы во всех трубках скорость потока была примерно одинакова (около 5 м/с). Примерно так выглядят начальные условия - четыре "коллектора-распределителя" и одна калориферная установка:

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

это примерный эскиз, и я не стал размещать все трубки в гнездах, но предполагается, что они там будут.
Первым делом, я залез в книжку Талиева, и посмотрел как распределить равномерно поток (от одного "коллектора" на много трубок). Нашел параграф 66 "Воздухораспределитель переменного прямоугольного сечения, с щелью постоянной ширины" вычитал там формулу:

Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

забив которую в маткад получил даже нечто похожее на правду. Примерно так (это пока просто эскиз)

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

размер на входе - 50х50.

На этом легкая работа и закончилась, дальше пошли трудностями, с которыми я не смог справиться, поэтому и задаю несколько насущных вопросов:

1. можно ли делать "коллектор-распределитель" с такими размерами? На входе это 50х50 мм, длина - пока не определился точно, около полутора метров. То есть его объем сравним с объемом одной трубки. У Талиева про объем распределителя я ничего не нашел, а в нашей конструкции этот распределитель, помимо собственно распределения воздуха служит для нанесения покрытия, которое и надо сушить. То есть вся эта система (распределители и трубки)должна заполняться раствором (от отдельной системы, которой нет на моем эскизе) который потом сливается, и в дело вступает калорифер, теплый воздух от которого прогоняется через трубки и сушит таким образом наше покрытие. Поэтому увеличение объема распределителя влечет за собой и увеличение баков с раствором (для заполнения системы) чего не хотелось бы, почему - поясню ниже.

2. второй вопрос - как подсчитать сопротивление такого распределителя? У Талиева в расчетах фигурирует скорость на входе в распределитель, и скорость на выходе, то есть из щели:

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Но ведь на начальном этапе я не знаю отношения этих скоростей. Пока я прикинул только потребную скорость в одной трубке, и через равенство расходов прикинул некую среднюю скорость в начале распределителя, а эта скорость уже и участвовала в расчете числа Рейнолдса, которое, в свою очередь, потребовалось для расчета лямбды, что входит в формулу расчета геометрии коллектора.

3. Следующий вопрос не менее важный - как равномерно распределить поток от одного вентилятора на четыре распределителя? Дело в том, что калорифер и система, которая будет распределять поток от него на четыре "коллектора" должна быть отделена от "сушильного объема" в некий служебный модуль. Я так представляю, это будет что-то вроде шкафа, с двумя отделениями - сушильным и вспомогательным, для агрегатов.
На первом эскизе виден вертикальный размер - это примерная высота служебного отсека, ширина около метра, глубина ~ 700 мм.

Первое что пришло в голову - сделать камеру давления:

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Но помимо воздухораспределительного хозяйства, в служебном отсеке должен быть еще бак с раствором, примерно на 200 литров, плюс система фильтрации. Именно поэтому не хочется сильно раздувать объем "коллектора-распределителя", о чем я писал в пункте 1. - лишние добавочные литры к баку. К тому же, если увеличатся размеры этого "коллектора-распределителя" то придется увеличивать и размеры камеры давления, чтобы соблюсти требуемое отношение площадей.

На эскизе видно, что раствор диффузора от вентилятора к камере давления около 70 градосув, что конечно же слишком много. А впихнуть диффузор с раствором 5-7 градусов совершенно невозможно.

Второй мыслью было сделать просто прямую трубу от вентилятора, которую затем, плавно разделить на четыре, после стабилизации потокаю Но порывшись в поисках формулы стабилизации потока, нашел у Эккерта следующее:

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Даже в этом случае длина трубопровода получается около 5 метров, а далее по тексту у него написано (Эккерт, Дрейк "Теория тепло и массобмена") что в случае ламинарного течения длина стабилизации увеличивается до 100*d, а при таком расходе, скорость в трубе, имеющей размеры выходного отверстия вентилятора составляет примерно 5 м/с (общий расход на все примерно равен производительности калориферной установки - 500 м3/ч). А это уже около 20 метров.
Правда я не уверен, что я правильно применяю это соотношение.


Вот примерное такие вопросы:
как подсчитать сопротивление распределителя,
оказывает ли влияние на равномерность распределения объем распределтеля,
и как можно равномерно развести поток от вентилятора на четыре распределителя и запихнуть его при этом в размеры служебного отсека - 3000х1000х700.

Буду очень благодарен за любые идеи.

как-то сомнение меня берет, что такой теплообменник можно продуть вентилятором. Обдуть можно, а вот продуть сомнительно. Я даже считать не хочу, у вас железо в полном объеме наличествует. Соберите стенд и продуйте его.

Спасибо.
Насчет калорифера, я уже понял - не подходит. У него в характеристиках общее сопротивление сети - не более 200 Па, а у моих "гребенок", я прикинул, только у одной под 150 Па.
Я просто раньше никогда не сталкивался с аэро-гидродинамикой, по работе, а тут пришлось, за неимением специалистов.
А что скажете про распределитель? верно ли я выбрал "идею", так сказать? у Талиева, когда речь заходит о равномерном распределении, нарисована картинка, векторы скоростей, из отверстий распределителя



там видно, что по величине скорости одинаковы, но не по вектору. Я сделал пару картонных моделей распределителя, с постоянным и уменьшающимся к заглушенному концу сечениями. Стороны коробв - 35х35, длина - около 1000 мм. 7 отверстий диаметром 20 мм, с шагом 70 мм от заглушенного конца. Их общая площадь заведомо больше площади входного отверстия. Так вот, стал измерять маленьким крыльчатым анемометром скорости ( диметр крыльчатки ок 10 мм). Действительно, когда крыльчатка перпендикулярна плоскости отверстия, разница в скоростях между ближайшим к заглушке отверстием и самым дальним - почти двукратная на коробе постоянного сечения, у короба с переменным сечением она уменьшается 1,25-кратной. Но стоило повернуть плоскость крыльчатки так, чтобы она стала перпендикулярна предполагаемым векторам скоростей (как на рисунке из книжки Талиева), то разница между скоростями и на коробе с постоянным, и на коробе с переменным сечением практически исчезла.
А ведь в моем случае у распределителя не отверстия а цилиндрические насадки (колбы), конечно сильно отклоненные векторы потока, у дальних от заглушки отверстий, будут создавать большие завихрения, "врезаясь в стенку колбы, и скорость выровненного потока в этих дальних колбах будет меньше, но насколько? вот сижу - мучусь)) Наверное лучше, все-таки, сразу более-менее выровнять эти скорости..

Вам нужен обычный коллектор, т.е. воздуховод большого сечения.

ну и чтобы трубки не болтались, их явно придется закрепить еще в одном коллекторе. Ну или просто в направляющей плите.

Спасибо!
К сожалению, большой диаметр коллектора совсем нет возможности использовать, этот будущий девайс должен делать несколько операций, и у некоторых из них взаимоисключающие требования - так для нанесения покрытия, желательно иметь коллектор поменьше, а для сушки побольше. Но как всегда, пришлось идти на компромисс)) чуть увеличил размеры коллектора для уменьшения потерь давления, спрофилировал его, как и хотел сначала. Продул это все дело в Солиде, вроде получилось сносно.
Спасибо за комменты

Есть и другой способ: сопротивление трубок должно быть на порядок выше чем коллектора. Это можно добиться, устанавливая диафрагмы на каждую трубку. Естественно, давление вентилятора тоже должно быть больше. Распределение на 4 коллектора можно выполнить через автоматические клапана постоянного расхода CAV.
Математиеский расчёт показал слабые места системы и приблизительно характер процесса. Для точного иатмоделирования нужно значительно больше вводных. И расчёты не простыми уравнениями.....
Поэтому надо определиться принципиально и строить, а потом доводить. В принципиальном решении должны присутствовать элементы доводки, н.п. регулируемый вентилятор, клапана постоянного расхода c изменением уставки, набор сменных диафрагм, контрольные манометры, дифманометры и т.д.
После наладки, сможете выполнить и математическую модель, т.к. вводных будет уже достаточно - задача этой модели: определение поправочных коэффициентов. И всё, диссер на защиту....

Там гидравлика неплохая вроде выползает. И как-то сжатый воздух просится. Хотя бы низкого давления, от воздуходувок. Но можно и вентиляторы высокого давления попробовать применить.

Российская обитаемая станция на луне?

Не уверен, что начальство одобрит создание такого стенда, взамен единичного изделия)) Но конечно на некоторые доп. траты пришлось пойти - регулируемые вентиляторы, по одному на каждый распределитель, пока такой минимум, плюс анемометр (правда это у нас уже есть )
Продувка в Flow simulation с маленькой сеткой, вроде, показала жизнеспособность такой идеи. Теперь практика покажет, что тут не так

Не возьму в толк, вам трубки крашенные изнутри чем то интересны, или что?
Поставьте в барабан приличного размера соски, в которые будет вставляться для просушки трубка уже окрашенная. Может быть и сразу пачкой трубок вставляться, как и окрашиваться пачкой. Тут просто кроме скорости воздуха в трубке вам важней задаче соблюдения условий сушки. Может вам их снаружи чем сушить, может горелкой газовой равномерного прогрева(как у шаурмистов) и неторопясь протягивать трубки вдоль них, может и по другому как. Вы вполне зря может быть зациклили на рассматриваемую вами технологию.
Или же по этим трубкам собираетесь воздух подавать на какую то другую окрашенную поверхность? Хотя , да, тут скорее компрессор вам понадобится.