Экспериментальное сравнение измеренной производительности аквариумных пропеллерных насосов
Целью данного исследования было изучение метода более точного определения выходного потока нескольких аквариумных пропеллерных насосов. Для завершения исследования была создана испытательная установка в аквариуме объемом 350 галлонов с использованием акустического доплеровского велосиметра Sontek 10-MHz для сбора данных. Профиль скорости выходного потока насоса был измерен на расстоянии одного диаметра вниз по течению от выхода насосов и использован для определения выходного объемного расхода. Результаты данного исследования показывают, что между заявленным производителем расходом для насосов с приводом от пропеллера и расходом, измеренным данным методом, может быть большая разница. Результаты показывают, что необходимо разработать стандартизированный подход к измерению расхода, чтобы производители могли более точно рекламировать правильные значения расхода, чтобы потребители могли выбрать подходящий насос для своего аквариума.
Течение в аквариуме
Известно, что достаточное движение воды в аквариумах является важным компонентом для здоровья животных и долгосрочного успеха. В целом, большинство любителей рифов стараются максимально увеличить движение воды в аквариуме (скорость потока) с помощью помп, насадок или волновых устройств, при этом минимизируя максимальную скорость воды, “ударяющей” по сидячим животным. Это предотвращает отрыв тканей и нарушение здоровья кораллов. Скорость потока определяется как количество или объем воды, перемещаемой за единицу времени, и обычно указывается в таких единицах, как галлоны в час или литры в час.
Однако не существует простых правил, как адекватно определить количество и тип движения воды, необходимые для успеха аквариума. Причины этого заключаются в отсутствии подробных данных и реального понимания необходимого движения воды или типа движения, необходимого для конкретных животных. В целом, количество движения воды для кораллов было связано с расположением образцов относительно зоны рифа (например, передний риф, рифовая отмель, лагуна и т.д.). Однако в действительности движение воды в океане очень хаотично как в коротких (секунды, минуты), так и в длинных (часы, дни и более) временных масштабах. В аквариуме объем достижимого потока в любой точке еще более усложняется и на него влияют как эстетические (неживые), так и живые (например, кораллы) структуры, размещение насосов и стенки аквариума; все они добавляют трение, изменяют направление потока и сдерживают или ограничивают движение воды. Кроме того, любая структура на пути потока воды может вызвать изменение направления потока, вторичные потоки, потери импульса, неустойчивость и турбулентность. В аквариумистике насосы характеризуются с помощью скорости потока – количества воды, перемещаемой в единицу времени (например, галлоны/час). Однако более точным определением объемного расхода является “объем жидкости, проходящий через заданную площадь поверхности в единицу времени” Это определение указывает на наличие скоростного компонента в потоке. При фиксированной площади поверхности объемный расход может быть увеличен или уменьшен за счет изменения скорости потока. Кроме того, фиксированный расход может быть достигнут путем увеличения скорости и уменьшения площади поверхности или путем уменьшения скорости и увеличения площади поверхности. Учитывая площадь A , и жидкость, протекающую через нее с равномерной скоростью V под углом от перпендикулярного направления к A , скорость потока равна:
В частном случае, когда скорость перпендикулярна A,
В общем случае скорость потока в любой точке океана (или аквариума) может быть направлена в любую сторону и может быть определена вектором или
(3)
Поскольку направление и величина скорости могут меняться во времени, скорость воды также может быть определена через
(4)
где – средняя составляющая скорости жидкости, а V’ – нестационарная или изменяющаяся во времени составляющая. Величина и направление нестационарной составляющей V'(t) является функцией времени. Нестационарная составляющая также может быть подразделена на детерминированную (например, периодические или когерентные изменения движения воды из-за волн или волнения от вращающихся лопастей гребного винта) и недетерминированную (случайное движение или турбулентность). Турбулентность инициируется сдвигом или градиентами в текущей воде и характеризуется хаотическим перемешиванием воды посредством крупномасштабных вихрей, которые порождают все более мелкие вихри.
В аквариуме движение воды обычно достигается с помощью насадок или возвратных труб с приводом от насоса и замкнутых контуров. На выходе каждого из этих устройств образуется погруженная струя, подобная той, что показана на рис. 1 для простой погруженной турбулентной струи. Подводные струи – это струи воды, которые поступают в резервуар (бак) с водой. Вопреки распространенному аквариумному мифу, в большинстве случаев, за исключением, возможно, самых маленьких насадок, струя является турбулентной, а не ламинарной. Кроме того, как будет показано в данной статье, выходные потоки из насосов с приводом от пропеллера гораздо сложнее, чем простая струя, показанная ниже.
Рисунок 1. Схема простой турбулентной струи [1].
Введение
Использование насосов/головок с лопастями пропеллера для перемещения воды в аквариумистике значительно расширилось за последние несколько лет с появлением DIY, комплектов для модернизации и специальных коммерческих линий. Первый пропеллерный насос, доступный для потребителей рифовых аквариумов, был создан Джимми Ченом в 2002 году и продавался в виде комплекта для установки на погружной насос Little Giant [2]. Хотя этот продукт обеспечивал высокую скорость потока при минимальном потреблении энергии, он не имел преимуществ долгосрочных исследований и разработок и был подвержен отказам. Компания Tunze представила первые широко доступные коммерческие пропеллерные помпы на выставке Interzoo в мае 2002 года под названием “Tunze Stream”. Синхронные модели Stream поступили в розничную продажу в июле 2002 года, а управляемые модели последовали за ними в ноябре. Они также предлагали бесщеточные модели постоянного тока, которые могли регулировать скорость с помощью собственного запатентованного контроллера.
В 2005 году компания EcoTech Marine представила аквариумную помпу с магнитной связью через стекло, использующую бесщеточный управляемый двигатель постоянного тока. Совсем недавно компания Hydor представила линейку пропеллерных помп Koralia и также выпустила управляемые версии. Линия управляемых насадок Hydor заметно отличается от продукции Tunze и EcoTech Marine, поскольку для привода насосов используется переменный ток низкого напряжения, а для изменения скорости в контроллерах применяется частотная модуляция. Основное отличие этих двух подходов заключается в том, что бесщеточные насосы постоянного тока обычно дороже, но их контроллеры относительно недороги, в то время как низковольтные насосы переменного тока более экономичны, но их контроллеры дороги в производстве. Как правило, бесщеточные насосы постоянного тока способны более точно изменять обороты, что позволяет увеличить поток, например, пульсировать для создания волн.
Цель текущего эксперимента заключалась в исследовании более точного метода определения объемного расхода для широко доступных моделей винтовых насосов. Преимущество пропеллерных насосов заключается в том, что они способны перемещать большие объемы воды при очень низком давлении с минимальным потреблением энергии. Некоторые DIY методы измерения расхода небольших насосов включают эксперименты по заполнению мешка по времени, перекачивание из одного резервуара в другой и размещение головок в ограниченных системах (входной или выходной трубопровод) с расходомером. Однако эти типы тестов могут создать нереалистичные гидродинамические нагрузки на пропеллерные насосы, изменяя входные и/или выходные потоки таким образом, который обычно не встречается в наших аквариумных установках. Добавление трубопроводов и других ограничений, таких как мешки на выходной струе, может создать противодавление, которое может повлиять на производительность насоса. Эти методы “сделай сам” добавляют дополнительную блокировку (подобно закрытию выходной струи или решетки на входе), которая негативно отражает истинную скорость потока насоса. Кроме того, поток выходной струи насоса имеет тенденцию к радиальному расширению при выходе из сопла, как показано на рис. 1. Любой интрузивный метод (например, мешок, дополнительный трубопровод, увеличение напора между резервуарами) добавляет потери на импульс и трение, не учитываемые большинством методик измерения. Поэтому для получения точных показаний расхода насосов с приводом от пропеллера необходимо использовать более сложные методы. Был разработан экспериментальный метод, включающий технологию акустической доплеровской велосиметрии (ADV), которая использовалась для измерения потока в открытом канале. Преимущество этой методики заключается в том, что она практически не требует вмешательства и не создает противодавление в насосе. Она также измеряет скорость потока напрямую в отличие от методов диффузии/растворения, которые позволяют лишь сделать вывод о скорости потока [3].
Насосы, включенные в данное исследование, перечислены в Таблице 1 вместе с заявленным производителем расходом. В связи с дороговизной некоторых из этих продуктов и ограничениями бюджета, все продукты, представленные на рынке, не могли быть включены в данную оценку. Исследование было ограничено следующим списком насосов, приведенным в Таблице 1.
| Насос | Рекламируемый выходной поток (галлоны/час) |
|---|---|
| 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 |
| Гидор Коралия 7 | 2700 |
| Hydor Koralia 8 | 3250 |
| Maxijet 1200 | 295 |
| tunze 6105 | 3434 |
| тунце 6205 | 5811 |
| тунце 6305 | 7925 |
Большинство насосов, включенных в этот тест, предназначены для рынка морских аквариумов высокого класса. Менее дорогая традиционная головка Maxijet 1200 с приводом от крыльчатки была включена в этот тест для сравнения с пропеллерными насосами.
Рисунок 2. Разделение потока в зависимости от радиального положения
Теория
Поскольку эти пропеллерные аквариумные насосы работают между двумя резервуарами с жидкостью, находящимися под одинаковым давлением, нельзя просто перекачать воду из одного резервуара в другой без негативного влияния на точность измеренного объемного расхода. По этой причине для определения истинного объемного расхода через насос необходимо измерение скорости потока. Для пропеллерных насосов одного измерения скорости недостаточно, поскольку скорость потока изменяется в поперечном сечении выходного патрубка большого диаметра. Для точного измерения скорости потока по всему профилю выходного патрубка было проведено несколько выборочных измерений в местах от самой внешней части струи до центра струи. Для целей данного эксперимента поток был разделен на n отдельных областей, показанных на рис. 2.
После измерения скорости потока в этих областях, последующий объемный расход в этой области может быть найден с помощью функции
где, VFRi это объем воды, протекающей в единицу времени через приращение площади Ai со скоростью Vi . Этот расчет можно повторить по всему профилю скоростей, чтобы получить общий объемный расход воды в системе. Эта идея может быть выражена как
Площадь каждой области может быть рассчитана с помощью
Этот тип расчета известен как сумма Реймана и используется для приближенного интегрирования в реальном мире. Точность этого метода сильно зависит от количества выполненных итераций.
Рисунок 3. Опорная конструкция лесов для позиционирования АДВ
Экспериментальная аппаратура
Для данного эксперимента необходимо было разработать испытательную установку, которая бы точно измеряла скорость потока воды в ряде точек по профилю потока. Для выполнения этой задачи был выбран акустический доплеровский велосиметр Sontek 10-МГц, поскольку он способен измерять поток в открытом канале в объеме воды до 0,25 см3. Выбранный ADV также имел возможность измерения трехмерного потока. Таблица 2 взята из литературы Sontek для используемого АДВ 10 МГц.
ADV, который использовался для сбора измерений скорости, был установлен с помощью системы лесов из экструдированного алюминия, показанной на рисунке 3. Система была спроектирована таким образом, чтобы ее можно было регулировать в трех измерениях, обозначенных X, Y и Z. Показанные векторы соответствуют измерениям АДВ в направлениях X, Y и Z.
Для точного измерения положения АДВ в ходе каждого испытания конструкция лесов на рисунке 3 была оснащена цифровыми датчиками позиционирования Wixey модели WR510 по осям Z и Y. Технические характеристики используемых датчиков приведены в таблице 3.
Рисунок 4. Интеграция цифровых датчиков позиционирования в конструкцию строительных лесов
| Sontek 10 МГц ADV | |
|---|---|
| Частота дискретизации | от 0,1 до 25 Гц |
| Объем выборки | 0,25 см3 |
| Расстояние до объема выборки | 10 см |
| Разрешение | 0,01 см/с |
| Запрограммированный диапазон скоростей | 3, 10, 30, 100, 250 см/с |
| Точность | 1% от измеренной скорости, 0,25 см/с |
| Максимальная глубина | 60 m |
| Датчик температуры | 0.1°C |
| Разрешение – направление, тангаж, крен | 0.1° |
| Точность – направление | ±2° |
| Точность – тангаж, крен | ±1° |
Рисунок 5. Начальное позиционирование АДВ во время тестирования
| Wixey Модель WR 510 | |
|---|---|
| Разрешение: | Десятичное = .005 дюйма. |
| Дробь = 1/32 дюйма. | |
| Метрический = 0,1 мм | |
| Точность: | Десятичная = .0025 дюйма. |
| Дробь = 1/500 дюйма. | |
| Метрический = .05 мм | |
На рисунке 4 показана установка для позиционирования и интеграции одного из используемых датчиков. Эта испытательная установка позволяла точно регистрировать положение ADV с точностью до 0,05 мм, как указано в спецификации. Поскольку позиционирование в направлении X было менее критичным, использовалась рулетка для позиционирования АДВ приблизительно на один диаметр вниз по потоку от торца насоса, +/- 1/32 дюйма.
На рисунке 5 показано окончательное позиционирование АДВ для испытания tunze 6305. Как показано на рисунке, АДВ установлен на центральной линии торца насоса и на один диаметр вниз по течению от торца.
На рисунке 5 также показаны твердые частицы, которые находились во взвешенном состоянии в резервуаре в течение всего периода испытаний. Эти твердые частицы были посевным материалом, предоставленным компанией Sontek для увеличения соотношения сигнал/шум, передаваемого велосиметром.
Рисунок 6. Ваттметр, использованный при тестировании
Кроме компонентов скорости и стандартного отклонения осевой скорости, регистрировались потребляемая мощность и скорость вращения каждого насоса. Потребляемая мощность контролировалась с помощью ваттметра, который показан на рисунке 6. Скорость вращения каждого насоса определялась с помощью стробоскопического тахометра, показанного на рисунке 7. На рисунке 8 показан тахометр, используемый во время тестирования Coralife CP 2900.
Рисунок 7. Стробоскопический тахометр, используемый при тестировании
Рисунок 8: Насос Coralife под светом стробоскопа
Процедура тестирования
Прежде чем начать тестирование любого из насосов, необходимо было установить соответствующую продолжительность измерения, чтобы гарантировать, что было отобрано достаточно проб для точного представления измеренной скорости потока и минимизации погрешности измерений. Чтобы определить эту продолжительность, было определено значение интенсивности турбулентности для нескольких испытаний с различной продолжительностью времени. Интенсивность турбулентности FT рассчитывается с помощью уравнения 11, где стандартное отклонение осевой скорости и Vavg среднее значение скорости образца.
Интенсивность турбулентности – это величина, отражающая степень нестационарности или флуктуаций в измеряемом поле потока. Идеальный устойчивый поток, не имеющий абсолютно никаких колебаний, имеет значение интенсивности турбулентности, равное нулю. При измерении нестационарных потоков необходимо следить за тем, чтобы флуктуации были учтены и не привели к временному смещению измерений средней скорости. Теоретически, значения средней скорости и интенсивности турбулентности будут приближаться к постоянным значениям при увеличении времени выборки до бесконечности. Причина этого заключается в том, что при увеличении времени выборки любое временное смещение в измерении будет уменьшаться.
В ходе испытания два испытания были усреднены по различным временным интервалам, чтобы получить данные, показанные в Таблице 4. Затем данные были построены на рисунке 9, чтобы найти “плечо” кривой, или точку, которая позволит получить надежные и точные данные о скорости.
Рисунок 9. Интенсивность турбулентности, построенная для различных временных интервалов
| Время (сек) | Сигма (фут/сек) | V (фут/сек) | 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 |
Как показано на рисунке 9, точка, в которой кривая интенсивности турбулентности выравнивается, составляет около 45 секунд. Эта продолжительность была признана достаточной для представления данных о скорости для насосов. В ходе испытания образцы скорости были отобраны с использованием этой продолжительности времени для отбора проб в каждом месте.
Рисунок 10. Иллюстрация мест измерения скорости
После определения времени отбора каждой пробы можно было приступать к испытаниям насосов на расход. Диаметр выходного патрубка был измерен для каждого насоса и записан для последующего использования. Испытания потока были разбиты на два набора испытаний для каждого насоса: горизонтальный набор и вертикальный набор. Эти два набора данных позволили разделить поток на четыре квадранта, обеспечивая более точное измерение всего профиля скорости. Взятые точки данных показаны на рисунке 10.
Для начала сбора данных АДВ был установлен таким образом, чтобы объем выборки измерений соответствовал центру выходного отверстия насоса и находился на один диаметр ниже по течению от сопла, как показано на рисунке 5. Сначала АДВ был расположен далеко за пределами диапазона потока, который был определен как застойная или близкая к нулю скорость X. Затем велосиметр был перемещен в область измерения. Затем велосиметр перемещался в положительном направлении Y по профилю скорости с шагом 5 мм до тех пор, пока не наблюдалась нестационарная скорость по X. Затем измерения скорости регистрировались с последовательным шагом 5 мм на всем протяжении профиля до достижения застойной скорости в соответствующем месте на противоположной стороне струи потока. Этот процесс повторяли, перемещая АДВ по вертикали, чтобы получить результаты измерений, показанные на рис. 10.
Исходные данные, полученные в ходе испытаний, необходимо было скорректировать, прежде чем их можно было использовать для расчета объемного расхода. Для начала измерения скорости, полученные с помощью велосиметра, были представлены в виде компонентов. Три компонента скорости (вдоль осей X, Y и Z) должны быть объединены путем векторного сложения, чтобы получить окончательное измерение скорости для данного места. Этот процесс описывается уравнением 12, где Vобщая это суммарная скорость, а Vx,y,z это скорости отдельных компонентов. Это важный этап, так как вращающиеся лопасти пропеллера во многих испытанных конструкциях закручивают поток подобно винту. Выходящая струя также расширяется при выходе из насоса. Простое измерение скорости по одному компоненту может недооценить фактическую скорость воды.
Рисунок 11. Профиль скорости Ecotech Marine vortech MP-60
Следующее изменение данных было сделано для “центрирования” измеренных точек. Этот процесс был выполнен для обеспечения правильного соответствия полученных измерений скорости их радиальному расположению, используемому в расчете потока. Для центрирования данных использовался ряд критериев, описанных ниже:
- Если данные содержали явный дефицит потока (“пустоту”), который представлял собой центр пропеллера, данные центрировались таким образом, чтобы пустоте было присвоено радиальное положение 0 мм.
- Если измеренные данные не содержали очевидного дефицита потока, данные центрировались симметрично по радиальному положению 0 мм.
Для измерения скорости вращения насосов на одной стороне пропеллера нарисовали небольшую метку, включили насос и установили его на максимальную скорость. Тахометр со стробоскопом располагался снаружи аквариума напротив насоса. Скорость тахометра регулировали до тех пор, пока метка на пропеллере не становилась неподвижной, и записывали отображаемое значение оборотов.
Для измерения мощности, потребляемой каждым насосом, источник питания пропускался через ваттметр, показанный на рисунке 6. Часто наблюдался период “успокоения”, когда насос сначала потреблял немного больше мощности, поэтому значение мощности записывалось после измерения скорости.
Рисунок 12. Профиль скорости насоса tunze 6305
Исключением из этой процедуры были измерения, проведенные на MaxiJet 1200. Диаметр выходного отверстия этого насоса составляет менее ½ дюйма, что затрудняет измерения на один диаметр вниз по потоку. Чтобы компенсировать малый радиус выхода и обеспечить получение достаточного количества точек данных, АДВ был расположен на 1″ ниже по течению от торца насоса. Из-за отсутствия визуального пропеллера на MaxiJet скорость насоса не измерялась.
Результаты
Используя собранные данные, были рассчитаны профили потока насосов в направлениях Z (вертикаль) и Y (горизонталь). Большинство испытанных насосов выдавали почти симметричные профили скорости. На рисунках 11, 12 и 13 показаны насосы Ecotech Marine MP-60, Tunze 6305 и Hydor Koralia 8, соответственно, которые являются примерами насосов, демонстрирующих несколько симметричные поля потока. На этих рисунках показаны результаты горизонтального и вертикального наборов данных для каждого насоса. В этих примерах видно, что MP-60 и Tunze 6305 создавали широкий и сравнительно пологий поток, в то время как Koralia 8 создавал более концентрированную струю с более высокой пиковой скоростью. Профили потока для всех насосов представлены в Приложении 2. Читатель должен обратить внимание на различия в сложности потока, создаваемого насосами с пропеллером, по сравнению с традиционной насадкой с приводом от крыльчатки, такой как Maxijet 1200 (см. рис. Приложение 2.7). Сложность их поля потока на выходе делает простые методы измерения в одной точке ненадежными для определения номинального расхода.
Рисунок 13. Профиль скорости Hydor Koralia 8
Неопределенность и погрешность
Хотя в технических характеристиках Sontek указана точность измерения +/- 1% от показаний, в реальных ситуациях эта погрешность будет выше. Существует несколько источников ошибок и неопределенностей, которые вносят вклад в расчеты расхода, некоторые из них перечислены ниже
- Приближения, используемые для интегрирования, зависят от зернистости данных и количества отобранных точек
- Нестационарный характер поля потока, обусловленный прохождением лопаток, асимметричным или блокированным притоком, взаимодействием входной и выходной решеток, вибрациями ADV и т.д.
Хотя все сопутствующие неопределенности трудно оценить количественно без детального анализа и огромных затрат времени и усилий, на основании нашего опыта измерений расхода разумно ожидать, что диапазон погрешности рассчитанных объемных расходов будет ограничен 5-7% от заявленных значений.
На основе этих профилей потока был рассчитан объемный расход. Результаты представлены в Таблице 5. Крайний правый столбец с надписью “% изменения по сравнению с заявленным производителем” представляет собой сравнение между рассчитанным экспериментальным расходом и заявленным производителем максимальным выходным расходом. Этот расчет выражается следующим образом
(13)
В таблице 5 данные представлены таким образом, что положительное изменение указывает на увеличение наблюдаемого расхода по сравнению с заявленным производителем и наоборот. Графически данные показаны на рисунке 15.
Рисунок 14. Сравнение рекламируемого и измеренного выходного потока
| Насос | Скорость насоса (об/мин) | Потребляемая мощность (Ватты) | Расчетный расход (гал/час) | % изменения среднего значения от нормы производителя |
|---|---|---|---|---|
| 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% |
| Гидор Коралия 7 | 3600 | 12 | 2659.1 | -1.50% |
| Hydor Koralia 8 | 3600 | 18 | 3188.3 | -1.90% |
| MaxiJet 1200 | Неизвестно | 20.7 | 405.7 | 37.50% |
| tunze 6105 | 3250 | 24 | 2358.2 | -31.30% |
| тунце 6205 | 3160 | 45 | 3234 | -44.30% |
| тунце 6305 | 3060 | 48 | 3597.3 | -54.60% |
| vortech MP-10 | 3270 | 19.8 | 2460.3 | 56.20% |
| vortech MP-40 | 2440 | 29 | 3781.2 | 18.20% |
| vortech MP-60 | 2100 | 53 | 8509.8 | 13.5% |
Еще одним показателем, который можно использовать для оценки насосов, является эффективность потока, измеряемая как отношение измеренного расхода к фактически потребленной мощности. В таблице 6 и на рисунке 15 приведены данные по эффективности потока в единицах GPH/ватт. Как показано, насосы делятся на три различные категории: AC (нерегулируемые), ACC (регулируемые) и DC (регулируемые). Хотя модели AC обеспечивают более высокую эффективность потока, они не обладают гибкостью модификации производительности или расширенным программированием. Самый высокий КПД для насосов ACC был у Hydor Koralia 7, а для насосов постоянного тока – у Ecotech Marine vortech MP-60.
Рисунок 15. Эффективность потока протестированных насосов
| Насос | Поток/мощность (GPH/ватт) | Тип питания (AC/DC) |
|---|---|---|
| Aqueon 2400 | 193.2 | AC |
| Coralife CP 2900 | 129.6 | AC |
| Hydor Koralia 5 | 118.8 | АКК |
| Hydor Koralia 6 | 101.2 | АКК |
| Гидор Коралия 7 | 221.6 | АКК |
| Hydor Koralia 8 | 177.1 | АКК |
| MaxiJet 1200 | 19.6 | AC |
| tunze 6105 | 98.3 | DC |
| тунце 6205 | 71.9 | DC |
| тунце 6305 | 74.9 | DC |
| vortech MP-10 | 124.3 | DC |
| vortech MP-40 | 130.4 | DC |
| Vortech MP-60 | 160.6 | DC |
Выводы
Был разработан стандартный метод оценки расхода насосов с помощью ADV, который был применен к измерению расхода нескольких популярных аквариумных пропеллерных насосов. Данные, полученные в ходе этого исследования, показывают, что создаваемое поле потока является более сложным, чем простая погруженная струя, и поэтому измерения в одной точке могут неточно отражать скорость потока. После завершения этого эксперимента стало ясно, что существует разница между многими результатами измерений и заявленными производителем характеристиками. Хотя большинство производителей аквариумов находятся в разумном диапазоне заявленных значений расхода, были и заметные исключения. Как показано на рисунке, измеренные значения объемного расхода для моделей Aqueon, MaxiJet и EcoTech Marine были в целом выше заявленных. Показатели Hydor 6, 7 и 8 были измерены с точностью до 2% от спецификаций производителя. Hydor 5 и vortech MP-10 представляли собой аномалию, поскольку они производили на 55-60% больше потока, чем было заявлено. На самом деле, протестированная Koralia 5 производила значительно больший поток, чем Koralia 6, и почти соответствовала производительности Koralia 7. Причина такой разницы в заявленных и экспериментальных измерениях расхода неизвестна.
С другой стороны, измеренные значения расхода для устройств tunze были постоянно ниже заявленных на тестируемых моделях. В случае с tunze 6305 измеренный расход был меньше заявленного производителем более чем в два раза. Возможно, потребуется дальнейшее расследование, чтобы определить, как этот производитель первоначально разработал заявленные значения расхода для каждой из своих моделей (см. Приложение).
Еще один вывод, который можно сделать из этого эксперимента, заключается в том, что существует широкий диапазон эффективности потока. Эффективность потока, или наблюдаемая единица потока на единицу потребляемой мощности, сильно варьируется от производителя к производителю и от модели к модели. Значения эффективности потока представлены в таблице 6.
За последнее десятилетие любители увидели значительный прогресс в ассортименте аквариумных циркуляционных насосов. Хотя все производители указывают скорость потока для насосов, неясно, какие методы были использованы для получения этих цифр. Кроме того, разные производители могут использовать разные методы. Мы представили стандартный метод, который, как мы надеемся, может быть принят производителями, что обеспечит более точный и проверяемый подход.
Дополнение
По завершении исследования документ был отправлен компаниям Tunze и Hydor до данной публикации. На основании этих результатов компания Tunze провела собственные независимые испытания насосов Tunze и подтвердила наши результаты. После дальнейших обсуждений с компанией Tunze мы не считаем, что ошибки были намеренной попыткой ввести в заблуждение, а скорее их ошибочной верой в теоретические расчеты, которые часто не очень хорошо соотносятся с реальным применением и использованием. В свете этих выводов компания Tunze работает над исправлением ситуации. Для получения любой информации о том, как Tunze будет решать эту проблему, пожалуйста, обратитесь на веб-сайт Tunze для получения дополнительной информации.
Благодарность
Мы хотели бы поблагодарить компанию EcoTech Marine за предоставленный большой аквариум и аренду оборудования, необходимого для проведения исследования. Работа была выполнена под техническим руководством и при консультациях Билла Страки и Санджая Джоши из Университета штата Пенсильвания. Данные были собраны Майком Сэндфордом во время его летней стажировки в EcoTech Marine.
Ссылки
- Блевинс, Р. Д., Справочник по прикладной гидродинамике, Van Nostrand Reinhold Co., Нью-Йорк, 1984.
- Харкер, Ричард. “Обзор продукции: Propeller Pumps In The Aquarium.” Advanced Aquarist . Pomacanthus Publications, LLC. Web., .
- Riddle, Dana. “”Feature Article: Измерение движения воды в вашем рифовом аквариуме менее чем за 100 долларов”. Advanced Aquarist. Pomacanthus Publications, LLC. Web., quarist.com/2011/1/aafeature.
- Тейлор, Джон Р. “Глава 3”. Введение в анализ ошибок: изучение неопределенностей в физических измерениях. Саусалито, Калифорния: Университетская наука, 1997. Печать.
Приложение 1: Пример выборочных данных (выборка данных из Ecotech Marine Vortech MP-40)
Примечание редактора: Оригинальная статья содержала встроенную таблицу, которая должна была отображаться в строке статьи. Из-за ограничений по ширине мы преобразовали эти данные в изображение и предоставляем их в виде таблиц Excel и Adobe PDF.
Приложение 2: Графики профилей скоростей
Приложение 2.1. Профили скоростей Aqueon 2400
Приложение 2.2. Профили скоростей Coralife CP 2900
Приложение 2.3. Профили скоростей Hydor Koralia 5
Приложение 2.4. Профили скоростей Hydor Koralia 6
Приложение 2.5. Профили скоростей Hydor Koralia 7
Приложение 2.6. Профили скоростей Hydor Koralia 8
Приложение 2.7. Профили скоростей MaxiJet 1200
Приложение 2.8. Профили скоростей tunze 6105
Приложение 2.9. Профили скоростей tunze 6205
Приложение 2.10. Профили скоростей tunze 6305
Приложение 2.11. Профили скоростей Ecotech Marine Vortech MP-10
Приложение 2.12. Профили скоростей Ecotech Marine Vortech MP-40
Приложение 2.13. Профили скоростей Ecotech Marine Vortech MP-60
Source: reefs.com