Експериментальне порівняння виміряної продуктивності акваріумних пропелерних насосів
Експериментальне порівняння виміряної продуктивності акваріумних пропелерних насосів
Метою цього дослідження було вивчення методу більш точного визначення вихідного потоку декількох акваріумних гвинтових насосів. Для завершення цього дослідження була побудована тестова установка в акваріумі об’ємом 350 галонів з використанням акустичного допплерівського велосиметра Sontek 10-МГц для збору даних. Профіль швидкості вихідного потоку насоса вимірювався на відстані одного діаметру нижче за течією від виходу насосів і використовувався для визначення об’ємної швидкості потоку на виході. Результати цього дослідження показують, що може існувати значна варіабельність між заявленими виробником витратами для пропелерних насосів та витратами, виміряними за допомогою цього методу. Результати свідчать про необхідність створення стандартизованого підходу до вимірювання швидкості потоку, щоб виробники могли більш точно рекламувати правильну швидкість потоку, щоб споживачі могли вибрати відповідний насос для свого акваріума.
Течія в акваріумі
Відомо, що достатній рух води в акваріумах є важливим компонентом для здоров’я тварин і довгострокового успіху. Як правило, більшість любителів рифів намагаються максимізувати рух води в акваріумі (швидкість потоку), використовуючи насоси, силові насадки або хвильові пристрої, одночасно мінімізуючи максимальну швидкість “удару” води по сидячим тваринам. Це запобігає здиранню тканин і порушенню здоров’я коралів. Швидкість потоку визначається як кількість або об’єм води, що переміщується за одиницю часу, і зазвичай надається в таких одиницях, як галони на годину або літри на годину.
Однак не існує простих правил щодо того, як адекватно кількісно визначити кількість і тип руху води, необхідний для успішного утримання акваріума. Причини цього полягають у відсутності детальних даних та реального розуміння необхідного руху води або типу руху, необхідного для конкретних тварин. Загалом, кількість руху води для коралів пов’язана з розташуванням екземплярів відносно рифової зони (наприклад, перед рифом, рифові рівнини, лагуна тощо). Однак насправді рух води в океані дуже хаотичний як в коротких (секунди, хвилини), так і в довгих (години, дні і довше) часових масштабах. В акваріумі величина досяжного потоку в будь-якій точці ще більше ускладнюється і на неї впливають як естетичні (неживі), так і живі (наприклад, корали) структури, розміщення насосів і стінок акваріума; всі вони додають тертя, змінюють напрямок потоку і стримують або обмежують рух води. Також будь-яка структура на шляху потоку води може викликати зміну напрямку потоку, вторинні потоки, втрати імпульсу, нестійкість і турбулентність.акваріумістика характеризує насоси, використовуючи швидкість потоку – кількість води, що переміщується за одиницю часу (наприклад, галони/год). Однак, більш точним визначенням об’ємної витрати є “об’єм рідини, який проходить через задану площу поверхні за одиницю часу” Це визначення вказує на те, що в потоці присутня швидкісна складова. Для фіксованої площі поверхні об’ємна витрата може бути збільшена або зменшена шляхом зміни швидкості потоку. Крім того, фіксована витрата може бути досягнута шляхом збільшення швидкості і зменшення площі поверхні або зменшенням швидкості і збільшенням площі поверхні.При наявності площі А і рідини, що протікає через неї з рівномірною швидкістю V під кутом, що відхиляється від перпендикуляра до напрямку А, витрата має вигляд:
В окремому випадку, коли швидкість перпендикулярна до площі A,
У загальному випадку швидкість течії в будь-якій точці океану (або в акваріумі) може мати будь-який напрямок і може бути визначена вектором або
(3)
Оскільки напрямок і величина швидкості можуть змінюватися в часі, швидкість води також може бути визначена за допомогою
(4)
де – середня складова швидкості рідини, а V’ – нестаціонарна складова або складова, що змінюється в часі. Величина і напрямок нестаціонарної складової V'(t) є функцією часу. Нестаціонарна складова також може бути класифікована як детермінована (наприклад, періодичні або когерентні зміни руху води через хвилі або хвилі від лопатей гребного гвинта, що обертаються) або недетермінована (випадковий рух або турбулентність). Турбулентність ініціюється зсувом або градієнтами в проточній воді і характеризується хаотичним перемішуванням води через великомасштабні вихори, які породжують все більш дрібні вихори.
В акваріумі рух води, як правило, досягається за допомогою напірних головок або зворотних труб, що приводяться в дію насосом, і замкнутих контурів. Вихідна частина кожного з цих пристроїв призводить до утворення зануреного струменя, подібного до того, що показано на рисунку 1 для простого зануреного турбулентного струменя. Занурені струмені – це струмені води, які впадають в резервуар (бак) з водою. Всупереч поширеному акваріумному міфу, в більшості випадків, за винятком, можливо, найменших потужностей насадок, струмінь є турбулентним, а не ламінарним. Також, як буде показано в цій статті, вихідні потоки з пропелерних насосів набагато складніші, ніж простий струмінь, показаний нижче.
Рисунок 1. Схема простого турбулентного струменя [1].
Вступ
Використання пропелерних лопатевих насосів/насосів для переміщення води в акваріумістиці значно розширилося за останні кілька років з появою наборів для самостійної збірки, комплектів для модернізації та спеціальних комерційних ліній. Перший пропелерний насос, доступний для споживачів рифових акваріумів, був створений Джиммі Ченом у 2002 році і продавався як комплект для модернізації для встановлення на занурювальний насос Little Giant [2]. Забезпечуючи високу швидкість потоку при мінімальному енергоспоживанні, цей продукт не мав переваг довготривалих досліджень та розробок і зазнавав невдач. У травні 2002 року компанія Tunze представила перші широкодоступні комерційні пропелерні насоси на виставці Interzoo під назвою “Tunze Stream”. Синхронні моделі Stream були доступні в роздрібній торгівлі в липні 2002 року, а керовані моделі з’явилися в листопаді. Вони також пропонували безщіткові моделі постійного струму, які могли контролювати швидкість за допомогою власного запатентованого контролера.
У 2005 році компанія EcoTech Marine представила наскрізний акваріумний насос з магнітним з’єднанням, що використовує безщітковий керований двигун постійного струму. Зовсім недавно компанія Hydor представила лінійку пропелерних насосів Koralia, а також зробила доступними керовані версії. Лінійка керованих помп Hydor чітко відрізняється від продукції Tunze та EcoTech Marine, оскільки використовує низьковольтний змінний струм для приводу насосів, а контролери використовують частотну модуляцію для зміни частоти обертання. Основна відмінність цих двох підходів полягає в тому, що безщіткові насоси постійного струму, як правило, дорожчі, але їх контролери відносно недорогі, тоді як низьковольтні насоси змінного струму є більш економічними, але їх контролери є дорогими у виробництві. Як правило, безщіткові насоси постійного струму здатні більш точно змінювати частоту обертання, що дозволяє збільшувати потік, наприклад, пульсуючи для генерації хвиль.
Метою даного експерименту було дослідження більш точного методу визначення об’ємних витрат для широко доступних моделей гвинтових насосів. Перевагою пропелерних насосів є те, що вони здатні переміщувати великі об’єми води при дуже низьких тисках з мінімальним споживанням енергії. Деякі саморобні методи вимірювання швидкості потоку малих насосів включають експерименти із заповненням мішків за певний час, перекачування з одного резервуару в інший та розміщення силових головок в обмеженій системі (на вході або виході трубопроводу) з витратоміром. Однак ці типи випробувань можуть створювати нереальні гідродинамічні навантаження на гвинтові насоси, змінюючи вхідні та/або вихідні потоки таким чином, що зазвичай не спостерігається в наших акваріумних установках. Додавання трубопроводів та інших обмежень, таких як мішки на вихідному струмені, може створити протитиск, який може вплинути на продуктивність насоса. Ці методи “зроби сам” додають додаткове блокування (подібно до покриття вихідного струменя або вхідної решітки), що негативно відображає справжню швидкість потоку насоса. Крім того, потік вихідного струменя насоса має тенденцію до радіального розширення при виході з сопла, як показано на малюнку 1. Будь-який інтрузивний метод (наприклад, мішок, додаткові трубопроводи, підвищений напір між резервуарами) додає імпульс і втрати на тертя, які не враховуються більшістю методик вимірювання. Тому для отримання точних показань витрати від гвинтових насосів необхідно застосовувати більш досконалі методи. Було розроблено експериментальний метод, що включає технологію акустичної доплерівської велосиметрії (ADV), яка була використана для вимірювання потоку у відкритому каналі. Перевагою цього методу є те, що він майже не інтрузивний і не створює протитиску на насос. Вона також вимірює швидкість потоку безпосередньо, на відміну від методів дифузії/розчинення, які лише визначають швидкість потоку [3].
Насоси, включені в це дослідження, перераховані в Таблиці 1 разом із заявленою виробником швидкістю потоку. Через високу вартість деяких з цих продуктів та обмеженість бюджету, кожен продукт на ринку не міг бути включений до цієї оцінки. Дослідження було обмежено наступним переліком насосів, наведеним у Таблиці 1.
| Насос | Рекламований вихідний потік (галони/год) |
|---|---|
| Aqueon 2400 | 2400 |
| Coralife CP 2900 | 2900 |
| Ecotech Marine MP-10 | 1575 |
| Ecotech Marine MP-40 | 3200 |
| Ecotech Marine MP-60 | 7500 |
| Hydor Koralia 5 | 1650 |
| Hydor Koralia 6 | 2200 |
| Hydor Koralia 7 | 2700 |
| Hydor Koralia 8 | 3250 |
| Maxijet 1200 | 295 |
| tunze 6105 | 3434 |
| tunze 6205 | 5811 |
| tunze 6305 | 7925 |
Більшість насосів, включених до цього тесту, призначені для ринку морських акваріумів високого класу. Для порівняння з гвинтовими насосами в цей тест було включено менш дорогу традиційну насадку Maxijet 1200 з приводом від крильчатки.
Малюнок 2. Розподіл потоку на основі радіального положення
Теорія
Оскільки ці пропелерні акваріумні насоси працюють між двома резервуарами з рідиною, які знаходяться під однаковим тиском, не можна просто перекачувати воду з одного резервуара в інший без негативного впливу на точність вимірюваної об’ємної швидкості потоку. З цієї причини для визначення істинної об’ємної витрати через насос необхідне вимірювання швидкості потоку. Для гвинтових насосів недостатньо одного вимірювання швидкості, оскільки швидкість потоку змінюється в поперечному перерізі вихідного патрубка великого діаметру. Для точного вимірювання швидкості потоку по всьому вихідному профілю було зроблено кілька вибіркових вимірювань в місцях, починаючи від зовнішньої сторони струменя потоку і закінчуючи центром струменя потоку. Для цілей цього експерименту потік був розділений на n окремих областей, як показано на рисунку 2.
Після вимірювання швидкості потоку в цих областях, подальша об’ємна витрата потоку в області може бути знайдена за формулою
де, VFRi об’єм води, що протікає за одиницю часу через додаткову площу Ai зі швидкістю Vi . Цей розрахунок можна повторити по профілю швидкості, щоб отримати загальну об’ємну витрату води в системі. Ця ідея може бути виражена наступним чином
Площа кожної області може бути розрахована за допомогою
Цей тип розрахунку відомий як сума Реймана і використовується для наближеного інтегрування в реальних умовах. Точність цього методу сильно залежить від кількості виконаних ітерацій.
Рисунок 3. Опорна конструкція риштування для позиціонування АДВ
Експериментальна установка
Для проведення даного експерименту необхідно було розробити випробувальну установку, яка б точно вимірювала швидкість потоку води в ряді точок по всьому профілю потоку. Для виконання цього завдання було обрано 10-МГц акустичний допплерівський велосиметр Sontek завдяки його здатності вимірювати швидкість течії у відкритому каналі в об’ємі води всього 0,25 куб.см. Обраний АДВ також мав можливість вимірювати 3-вимірний потік. Таблиця 2 взята з літератури компанії Sontek для використовуваного 10 МГц ADV.
ADV, який використовувався для збору вимірювань швидкості, був розміщений за допомогою системи екструдованих алюмінієвих риштувань, показаних на Рисунку 3. Система була спроектована таким чином, щоб її можна було регулювати у трьох показаних вимірах, позначених X, Y та Z. Показані вектори відповідають вимірам ADV, зробленим для напрямків X, Y та Z.
Для точного вимірювання положення АБТ під час кожного випробування конструкція риштування на Рис. 3 була оснащена цифровими датчиками позиціонування Wixey Model WR510 як по осі Z, так і по осі Y. Технічні характеристики використовуваних датчиків наведені в Таблиці 3.
Малюнок 4. Інтеграція цифрових позиційних датчиків в конструкцію риштування
| Sontek 10 МГц ADV | |
|---|---|
| Частота дискретизації | від 0,1 до 25 Гц |
| Обсяг вибірки | 0,25 куб.см |
| Відстань до об’єму вибірки | 10 см |
| Роздільна здатність | 0,01 см/с |
| Програмований діапазон швидкостей | 3, 10, 30, 100, 250 см/с |
| Точність | 1% від вимірюваної швидкості, 0,25 см/с |
| Максимальна глибина | 60 m |
| Датчик температури | 0.1°C |
| Роздільна здатність – курс, тангаж, крен | 0.1° |
| Точність – курс | ±2° |
| Точність – Кут повороту, тангаж, диферент | ±1° |
Рисунок 5. Початкове позиціонування БПЛА під час тестування
| Модель Wixey WR 510 | |
|---|---|
| Роздільна здатність: | Десяткова = .005 дюйма. |
| Дробова = 1/32 дюйма. | |
| Метрична = 0,1 мм | |
| Точність | Десяткова = .0025 дюйма. |
| Дробова = 1/500 дюйма. | |
| Метрична = 0,05 мм | |
На рисунку 4 показана установка позиціонування та інтеграції одного з використаних датчиків. Це випробувальне обладнання дозволило точно зафіксувати положення АДВ з точністю до 0,05 мм, як зазначено в технічних характеристиках. Оскільки позиціонування в напрямку X було менш критичним, для позиціонування ADV використовувалася рулетка приблизно на один діаметр нижче за течією від торця насоса, +/- 1/32 дюйма.
На рисунку 5 показано остаточне позиціонування ADV для випробування насоса Tunze 6305. Як показано на рисунку, ADV розташований на центральній лінії торця насоса і на один діаметр нижче за течією від торця.
На рисунку 5 також показано тверді частинки, які були зважені в резервуарі протягом випробувань. Ці частинки були посівним матеріалом, наданим компанією Sontek для того, щоб збільшити співвідношення сигнал/шум, що повертається велосиметром.
Рисунок 6. Ватметр, що використовувався в тестуванні
Крім компонент швидкості та середньоквадратичного відхилення осьової швидкості, реєструвалися споживана потужність та частота обертання кожного насоса. Споживана потужність контролювалася за допомогою ватметра, який показаний на рисунку 6. Частота обертання кожного насоса визначалася за допомогою стробоскопа, показаного на рисунку 7. На рисунку 8 показано тахометр, який використовувався під час тестування Coralife CP 2900.
Малюнок 7. Стробоскопічний тахометр, що використовувався при тестуванні
Малюнок 8: Насос Coralife при стробоскопічному освітленні
Процедура тестування
Перед початком тестування будь-якого з насосів необхідно було встановити відповідну тривалість вимірювання, щоб забезпечити відбір достатньої кількості зразків для точного відображення виміряної швидкості потоку і мінімізувати похибку вимірювання. Для визначення цієї тривалості було визначено значення інтенсивності турбулентності для декількох випробувань з різною тривалістю часу. Інтенсивність турбулентності FT розраховується за допомогою рівняння 11, де – середньоквадратичне відхилення осьової швидкості, а Vavg середнє значення швидкості зразка.
Інтенсивність турбулентності – це величина, що відображає ступінь нестаціонарності або флуктуацій вимірюваного поля потоку. Ідеальний стаціонарний потік з абсолютною відсутністю флуктуацій буде мати значення інтенсивності турбулентності, що дорівнює нулю. При вимірюванні нестаціонарних потоків необхідно подбати про те, щоб флуктуації були враховані і не призводили до часового зсуву вимірювань середньої швидкості. Теоретично, середня швидкість та інтенсивність турбулентності наближаються до постійних значень при збільшенні часу вибірки до нескінченності. Причиною цього є те, що зі збільшенням часу дискретизації будь-яка часова похибка вимірювання зменшується.
Під час випробування два випробування були усереднені через різні часові інтервали для отримання даних, наведених у Таблиці 4. Потім дані були нанесені на рисунок 9, щоб знайти “плече” кривої, або точку, яка дасть надійні та точні дані про швидкість.
Рисунок 9. Інтенсивність турбулентності для різних періодів часу
| Час (сек) | Сигма (ft/sec) | V (ft/sec) | FT |
|---|---|---|---|
| 0 | 0.30 | 2.5 | 0.120 |
| 20 | 0.21 | 2.2 | 0.095 |
| 30 | 0.14 | 2.4 | 0.058 |
| 40 | 0.12 | 2.3 | 0.052 |
| 45 | 0.11 | 2.5 | 0.044 |
| 50 | 0.11 | 2.5 | 0.044 |
| 60 | 0.11 | 2.4 | 0.046 |
Як показано на рисунку 9, точка, в якій крива інтенсивності турбулентності вирівнюється, становить близько 45 секунд. Ця тривалість була визначена достатньою для представлення даних про швидкість для насосів. Для визначення обсягу випробувань були відібрані зразки швидкості з використанням цієї тривалості часу для відбору проб у кожному місці.
Рисунок 10. Ілюстрація місць вимірювання швидкості
Після встановлення часу кожної проби можна було розпочати випробування потоку на насосах. Діаметр вихідного сопла вимірювався для кожного насоса і записувався для подальшого використання. Випробування потоку було розбито на два набори випробувань для кожного насоса: горизонтальний набір і вертикальний набір. Ці два набори даних дозволили розбити потік на чотири квадранти, що забезпечило більш точне вимірювання всього профілю швидкості. Зняті точки даних показані на Рисунку 10.
Для початку збору даних, ADV був розміщений таким чином, щоб об’єм вибірки для вимірювання відповідав центру вихідного отвору насоса і був розташований на один діаметр нижче за течією від сопла, як показано на Рисунку 5. Спочатку ADV розташовувався далеко за межами діапазону потоку, який визначався як застійна, або близька до нуля, швидкість X. Потім віскозиметр переміщувався в позитивному напрямку Y по профілю швидкості з кроком 5 мм, поки не спостерігалася нестаціонарна швидкість X. Потім вимірювання швидкості реєструвалися з послідовним кроком 5 мм для всього профілю до тих пір, поки не була досягнута стаціонарна швидкість у відповідному місці на протилежному боці струменя потоку. Цей процес повторювався при вертикальному переміщенні ADV для досягнення вимірювань, показаних на рисунку 10.
Первинні дані, отримані під час тестування, необхідно було відкоригувати, перш ніж їх можна було використовувати для розрахунку об’ємної швидкості потоку. Для початку, вимірювання швидкості, отримані за допомогою віскозиметра, були у вигляді компонент. Три компоненти швидкості (по осях X, Y та Z) необхідно було об’єднати шляхом додавання векторів, щоб отримати остаточне вимірювання швидкості для даного місця. Цей процес описується рівнянням 12, де Vповна це об’єднана швидкість, а Vx,y,z швидкості окремих компонентів. Це важливий крок, оскільки лопаті пропелера, що обертаються в багатьох випробуваних конструкціях, закручують потік подібно до гвинта. Вихідний струмінь також розширюється при виході з насоса. […]
[…] […]
Наступна модифікація даних була зроблена для “центрування” виміряних точок. Цей процес був зроблений для того, щоб забезпечити правильну відповідність виміряних швидкостей їх радіальному розташуванню, яке використовувалося в розрахунках потоку. Центрування даних включало набір критеріїв, описаних нижче:
- Якщо дані містили очевидний дефіцит потоку (“порожнечу”), яка представляла собою центр гвинта, дані центрувалися таким чином, що порожнечі присвоювалося радіальне положення 0 мм.
- Якщо виміряні дані не містили явного дефіциту потоку, дані центрувалися симетрично над радіальним положенням 0 мм.
Для вимірювання частоти обертання насосів з одного боку гребного гвинта наносилася невелика мітка, насос включався і встановлювався на максимальну частоту обертання. Строб-тахометр розташовували зовні акваріума обличчям до насоса. Швидкість обертання тахометра регулювали до тих пір, поки мітка на пропелері не ставала нерухомою, і фіксували значення обертів, що з’являлися на дисплеї.
Для вимірювання потужності, споживаної кожним насосом, джерело живлення пропускали через ватметр, показаний на рисунку 6. Часто спостерігався період “осідання”, коли насос спочатку споживав дещо більшу потужність, тому значення потужності фіксувалося після вимірювання швидкості.
Рисунок 12. Профіль швидкості насоса Tunze 6305
Винятком з цієї процедури були вимірювання, проведені на насосі MaxiJet 1200. Цей насос мав вихідний діаметр менше ½”, що ускладнювало вимірювання на одному діаметрі нижче за течією. Щоб компенсувати малий радіус вихідного отвору та забезпечити достатню кількість точок збору даних, ADV було розміщено на відстані 1 дюйм нижче за течією від торця насоса. Через відсутність візуального пропелера на MaxiJet, швидкість насоса не вимірювалася.
Результати
На основі зібраних даних були розраховані профілі потоку насосів у Z (вертикальному) та Y (горизонтальному) напрямках. Більшість протестованих насосів показали майже симетричні профілі швидкості. На рисунках 11, 12 і 13 показані насоси Ecotech Marine MP-60, tunze 6305 і Hydor Koralia 8, відповідно, які є прикладами насосів, що демонстрували дещо симетричні поля течії. На цих рисунках показані результати як горизонтальних, так і вертикальних наборів даних для кожного насоса. На цих прикладах видно, що насоси MP-60 і tunze 6305 створювали широкий і порівняно пологий потік, тоді як Koralia 8 створював більш концентрований струмінь з вищою піковою швидкістю. Профілі потоку для всіх насосів представлені в Додатку 2. Читач повинен звернути увагу на відмінності в складності потоку, що генерується пропелерними насосами, порівняно з традиційною головкою з робочим колесом, такою як Maxijet 1200 (див. рисунок у Додатку 2.7). Складність їх вихідного поля потоку робить прості одноточкові методи вимірювання ненадійними при визначенні номінальних витрат.
Рисунок 13. Профіль швидкості гідроелектростанції Hydor Koralia 8
Невизначеність та похибка
Хоча в специфікаціях Sontek вказана точність вимірювання +/- 1% від показань, в реальних ситуаціях ця похибка буде вищою. Існує декілька джерел похибки та невизначеності, які впливають на розрахунки потоку, деякі з них перелічені нижче
- Наближення, що використовуються для інтегрування, залежать від деталізації даних та кількості відібраних точок
- Нестаціонарний характер поля течії, обумовлений проходженням сліду лопаті, асиметричним або заблокованим притоком, взаємодією вхідної та вихідної решіток, коливаннями АДВ тощо.
Хоча всі пов’язані з цим невизначеності важко піддаються кількісній оцінці без детального аналізу і величезних витрат часу і зусиль, виходячи з нашого досвіду вимірювань витрати, розумно очікувати, що діапазон похибок розрахункових об’ємних витрат буде обмежений 5-7% від зареєстрованих значень.
На основі цих профілів витрат були розраховані об’ємні витрати. Результати наведені в таблиці 5. У крайньому правому стовпчику, позначеному “% зміни від заявленого виробником”, наведено порівняння між розрахованою експериментальною витратою та заявленою виробником максимальною витратою на виході. Цей розрахунок виражається формулою
(13)
У таблиці 5 представлені дані таким чином, що позитивна зміна вказує на збільшення спостережуваного потоку від заявленого виробником, і навпаки. Дані представлені графічно на рисунку 15.
Рисунок 14. Порівняння заявлених дебітів з виміряними дебітами
| Насос | Швидкість насоса (об/хв) | Споживана потужність (Вт) | Розрахунковий потік (галонів/год) | % Зміна середнього значення від показника виробника |
|---|---|---|---|---|
| Aqueon 2400 | 3600 | 14.2 | 2744 | 14.30% |
| Coralife CP 2900 | 3600 | 18.8 | 2437.2 | -16.00% |
| Hydor Koralia 5 | 3600 | 22 | 2597.59 | 57.43% |
| Hydor Koralia 6 | 3600 | 21.8 | 2205.6 | 0.30% |
| Hydor Koralia 7 | 3600 | 12 | 2659.1 | -1.50% |
| Hydor Koralia 8 | 3600 | 18 | 3188.3 | -1.90% |
| MaxiJet 1200 | Невідомо | 20.7 | 405.7 | 37.50% |
| tunze 6105 | 3250 | 24 | 2358.2 | -31.30% |
| tunze 6205 | 3160 | 45 | 3234 | -44.30% |
| tunze 6305 | 3060 | 48 | 3597.3 | -54.60% |
| вихор МП-10 | 3270 | 19.8 | 2460.3 | 56.20% |
| вихор МП-40 | 2440 | 29 | 3781.2 | 18.20% |
| вихровий МП-60 | 2100 | 53 | 8509.8 | 13.5% |
Іншим показником, який може бути використаний для оцінки насосів, є коефіцієнт корисної дії (ККД), що вимірюється як відношення виміряної витрати до фактично спожитої потужності. У Таблиці 6 та на Рисунку 15 наведено коефіцієнт корисної дії потоку в одиницях GPH/ват. Як показано, насоси поділяються на три різні категорії: AC (некеровані), ACC (керовані) та DC (керовані). Хоча моделі змінного струму пропонують кращу ефективність потоку, вони не пропонують гнучкості модифікації потужності або розширеного програмування. Найвищу ефективність серед насосів ACC має Hydor Koralia 7, а серед насосів постійного струму – Ecotech Marine vortech MP-60.
Рисунок 15. Коефіцієнт корисної дії протестованих насосів
| Насос | Потік/потужність (GPH/ват) | Тип живлення (змінний/постійний струм) |
|---|---|---|
| Aqueon 2400 | 193.2 | AC |
| Coralife CP 2900 | 129.6 | AC |
| Hydor Koralia 5 | 118.8 | ACC |
| Hydor Koralia 6 | 101.2 | ACC |
| Hydor Koralia 7 | 221.6 | ACC |
| Hydor Koralia 8 | 177.1 | ACC |
| MaxiJet 1200 | 19.6 | AC |
| tunze 6105 | 98.3 | DC |
| tunze 6205 | 71.9 | DC |
| tunze 6305 | 74.9 | DC |
| вихор МП-10 | 124.3 | DC |
| вихор МП-40 | 130.4 | DC |
| Вихор МП-60 | 160.6 | DC |
Висновки
Розроблено стандартний метод оцінки витрат насосів з використанням ADV, який було застосовано для вимірювання витрат декількох популярних акваріумних пропелерних насосів. Дані, отримані в ході цього дослідження, показують, що генероване поле течії є більш складним, ніж простий занурений струмінь, і тому одноточкові вимірювання можуть неточно відображати швидкість потоку. Після завершення цього експерименту стало зрозуміло, що існує різниця між багатьма виміряними результатами і заявленими виробником характеристиками. Хоча більшість виробників акваріумів знаходяться в межах розумного діапазону заявлених ними витрат, були деякі помітні винятки. Як показано, виміряні значення об’ємної швидкості потоку для моделей Aqueon, MaxiJet та EcoTech Marine, як правило, були вищими за заявлені показники. Показники Hydor 6, 7 та 8 були виміряні з точністю до 2% від заявлених виробником. Моделі Hydor 5 та vortech MP-10 представляли собою аномалію, оскільки вони виробляли на 55-60% більше потоку, ніж було заявлено. Насправді, Коралія 5, яка була протестована, виробляла значно більший потік, ніж Коралія 6, і майже збігалася з продуктивністю Коралії 7. Причина такої різниці в заявлених і експериментальних вимірах витрати невідома.
З іншого боку, для приладів tunze виміряні витрати були постійно нижчими за заявлені витрати на протестованих моделях. У випадку з tunze 6305, виміряний потік був менше половини від заявленого виробником потоку. Може знадобитися подальше дослідження, щоб визначити, як цей виробник спочатку розробив заявлені витрати кожної зі своїх моделей (див. Додаток).
Інший висновок, який можна зробити з цього експерименту, полягає в тому, що існує широкий діапазон ефективності потоку. Ефективність потоку, або одиниця потоку, що спостерігається на одиницю споживаної потужності, значно варіюється від виробника до виробника та від моделі до моделі. Значення ефективності потоку представлені в таблиці 6.
За останнє десятиліття акваріумісти стали свідками значного прогресу в асортименті доступних циркуляційних насосів для акваріумів. Хоча всі виробники вказують швидкість потоку для насосів, незрозуміло, які методи були використані для отримання цих цифр. Крім того, різні виробники можуть використовувати різні методи. Ми представили стандартний метод, який, як ми сподіваємося, може бути прийнятий виробниками, що дозволить отримати більш точний і перевірений підхід.
Додаток
По завершенню дослідження документ був направлений в компанії Tunze і Hydor перед цією публікацією. На основі цих результатів компанія Tunze провела власні незалежні випробування насосів Tunze і підтвердила наші результати. Після подальшого обговорення з компанією Tunze ми вважаємо, що помилки не були навмисними спробами ввести в оману, а скоріше їх помилковою вірою в теоретичні розрахунки, які часто не відповідають реальному застосуванню та використанню в реальному світі. У світлі цих висновків компанія “Тунце” працює над виправленням ситуації. Для отримання додаткової інформації про те, як компанія Tunze буде вирішувати цю проблему, будь ласка, зверніться до веб-сайту компанії Tunze.
Подяка
Ми хотіли б подякувати компанії EcoTech Marine за надання великого акваріума та оренду обладнання, необхідного для дослідження. Робота була виконана під технічним керівництвом і консультаціями Білла Страка і Санджая Джоші з Університету штату Пенсільванія. Дані були зібрані Майком Сендфордом під час його літнього стажування в EcoTech Marine.
Список використаних джерел
- Блевінс, Р. Д., Посібник з прикладної гідродинаміки, Ван Ностранд Рейнхолд Ко, Нью-Йорк, 1984.
- Харкер, Річард. “Огляд продукції: Пропелерні насоси в акваріумі”. Просунутий акваріуміст. Pomacanthus Publications, LLC. Веб-сайт, .
- Ріддл, Дана. “Тематична стаття: Вимірювання руху води у вашому рифовому акваріумі менш ніж за 100 доларів”. Просунутий акваріуміст. Pomacanthus Publications, LLC. Веб-сайт, quarist.com/2011/1/aafeature.
- Тейлор, Джон Р. “Глава 3”. Вступ до аналізу помилок: дослідження невизначеностей у фізичних вимірюваннях. Саусаліто, Каліфорнія: University Science, 1997. Друк.
Додаток 1: Приклад вибірки даних (вибірка даних від Ecotech Marine Vortech MP-40)
Примітка редактора: Оригінальна стаття містила вбудовану таблицю, яка повинна була відображатися разом зі статтею. Через обмеження по ширині, ми замість цього перетворили ці дані в зображення і надаємо їх у вигляді електронної таблиці Excel та Adobe PDF.
Додаток 2: Графіки профілів швидкості
Додаток 2.1. Профілі швидкості Aqueon 2400
Додаток 2.2. Профілі швидкості Coralife CP 2900
Додаток 2.3. Швидкісні профілі Hydor Koralia 5
Додаток 2.4. Швидкісні профілі Hydor Koralia 6
Додаток 2.5. Профілі швидкостей на гідровузлі Коралія 7
Додаток 2.6. Профілі швидкостей на гідровузлі Коралія 8
Додаток 2.7. Швидкісні профілі літака MaxiJet 1200
Додаток 2.8. Швидкісні профілі літака Tunze 6105
Додаток 2.9. Швидкісні профілі тюнзе 6205
Додаток 2.10. Швидкісні профілі туннеля 6305
Додаток 2.11. Швидкісні профілі вихрового апарату Ecotech Marine Vortech MP-10
Додаток 2.12. Швидкісні профілі вихрового апарату Ecotech Marine Vortech MP-40
Додаток 2.13. Швидкісні профілі Ecotech Marine Vortech MP-60
Source: reefs.com