AZ ÁRAMLÁSTAN VÁLOGATOTT FEJEZETEI - ÁRAMLÁSMÉRÉS. Dr. Vad János docens

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "AZ ÁRAMLÁSTAN VÁLOGATOTT FEJEZETEI - ÁRAMLÁSMÉRÉS. Dr. Vad János docens"

Elvira Soósné
7 évvel ezelőtt
Látták:

1 AZ ÁRAMLÁSTAN VÁLOGATOTT FEJEZETEI - ÁRAMLÁSMÉRÉS Dr. Vad János docens 1: Elıadás. Bevezetés. Idıbeli átlagnyomás és idıben változó nyomás mérése. Sebességmérık. Hımérsékletmérés. Lézer Doppler anemometria. Lézersíkos áramlás vizualizáció. Particle Image velocimetry. Hıdrótos sebességmérés. Térfogatáram mérése. Különleges ipari áramlásmérık. 2: Ipari esettanulmányok. Gázmotoros erımő légellátó rendszerének hibafeltárása. Aerob szennyvízkezelı telep zajcsökkentése. Szárítótorony rezgésének vizsgálata. Gyógyszeripari fermentációs folyamat optimalizálása. Földgázkút vezetékébe épített áramlásmérı mérési zajának hatása a gázkitermelésre. 3: Laborbemutató. Nyomás, sebesség, hımérséklet mérésének eszközei. Térfogatáram mérése. Lézerek. Lézer Doppler Anemometria. Hıdrótos sebességmérés. 4: Ipari esettanulmányok. Kazán-aláfúvó ventilátor rezgésdiagnosztikája. Élelmiszeripari hőtırendszer kapacitásnövelése. Gázturbinás erımő áramlástechnikai felülvizsgálata. Cementipari füstgázvezetékbe beépített hangtompító mérése. 5: Ipari esettanulmányok. Erımővi égésilevegı-ellátó ventilátor üzemállapotának megállapítása. Távhıellátó rendszer méréstechnikai felülvizsgálata. Vegyipari tartálypark szivattyú-rendszerének rekonstrukciója. Acélipari lemezhőtı rendszer hatékonyságnövelése.

Gázmotoros erımő légellátó rendszerének hibafeltárása. Aerob szennyvízkezelı telep zajcsökkentése. Szárítótorony rezgésének vizsgálata. Gyógyszeripari fermentációs folyamat optimalizálása.

2 BEVEZETÉS Az áramlástani mérések célja Globális (integrál) jellemzık Áramlástechnikai gépek és a csatlakozó rendszer üzemének általános megítélése, hibafeltárás (eseti vizsgálatok) Tömegáram: n qm = ρ v da ρ v Aduct i =1 i Ai

csatlakozó rendszer üzemének általános megítélése,

3 Mérési adatok biztosítása folyamatirányításhoz és automatizáláshoz q Térfogatáram: V = A duct v da

4 Lokális jellemzık, az áramlási szerkezet jellemzése Hibafeltárás, üzemállapot ellenırzése

5 Mérési adatok biztosítása ipari folyamatirányításhoz

6 Mérés-alapú kutatás-fejlesztés (K+F)

7 Numerikus áramlástani (Computational Fluid Dynamics, CFD) eszközök mérési validációja LDA: R P A 0.1u c O C U CF H PV θ [deg] S ST T W V P R CFD: P A O 0.1 u C CF c H U PV θ [deg] S ST T W P

1u c O C U CF H PV 5 10 15 20 25 30 35 40 θ [deg] S ST T W V P 1.00 0.95 0.

8 1.2. Tárgyalt mennyiségek Ipari alkalmazásokhoz és K+F-hez kötıdıen: Globális jellemzık: Térfogatáram Tömegáram Lokális jellemzık: Skalárjellemzık: Nyomás (idıben átlagolt és ingadozó) Hımérséklet Másik fázis koncentrációja Vektorjellemzık: Sebesség (idıben átlagolt és ingadozó)

Skalárjellemzık: Nyomás (idıben átlagolt és ingadozó) Hımérséklet

9 1.3. Igényes áramlásmérés : mitıl igényes? Igény Kis mérési bizonytalanság Széles mérési tartomány Példák mőszerezettségre Lézer Doppler Anemometria (LDA): sebességmérés 0.1 % relatív bizonytalansággal LDA gyors adatgyőjtı kártyával ellátva, elıjeles sebesség mérésére: 0 m/s-tıl szuperszónikus áramlásig Nagy térbeli felbontás Nagy idıbeli felbontás idıfüggı folyamatok vizsgálatára (pl. turbulencia) LDA: mérıtérfogat mérete: 0.1 mm nagyságrendő ( Prandtl-csı) Hıdrótos áramlásmérés (Constant temperature anemometry: CTA) ( Prandtl-csı)

1 % relatív bizonytalansággal LDA gyors adatgyőjtı kártyával ellátva, elıjeles sebesség mérésére: 0 m/s-tıl szuperszónikus áramlásig

10 Nagy irányérzékenység vektorjellemzık mérésekor Kis irányérzékenység skalárjellemzık mérésekor Többkomponenső mérések Mérsékelt kalibrációs igény / nincs kalibráció (stabil belsı paraméterek) LDA: interferencia-csíkozat: definiálja a mért sebességkomponens irányát ( Prandtl-csı) Prandtl-csı a dinamikus nyomás méréséhez: irányérzéketlen ±15 tartományban (ez hátrány, ha a sebességadatból térfogatáramot számítunk) 1D, 2D, 3D LDA és CTA, PIV, stereo PIV LDA: NINCS kalibráció, black box : NEM SZABAD állítani ( CTA) Könnyen használható, plug and play Szárnylapátos anemométer ( LDA)

a dinamikus nyomás méréséhez: irányérzéketlen ±15 tartományban (ez hátrány, ha a sebességadatból térfogatáramot számítunk) 1D, 2D, 3D LDA és CTA,

11 Megbízható üzem széles alkalmazási körben: nehéz körülmények között (poros, forró, nedves, agresszív ipari környezet) Más módszerekkel nem elérhetı zónák mérése, távoli mérés A mérendı áramlás mérsékelt megzavarása: érintésmentes, nembeavatkozó, nem-invazív technika A mérendı berendezés minimális módosítási igénye S-szonda ( LDA) Lézer vibrométer ( piezoelektromos gyorsulásmérı) Ultrahangos áramlámérı ( Szilárdtest-szondák) Lézer vibrométer, ultrahangos áramlásmérı ( átfolyó mérıperem)

nembeavatkozó, nem-invazív technika A mérendı berendezés minimális módosítási igénye S-szonda ( LDA) Lézer vibrométer (

12 Elektronikus kimenıjel az adatok igényes bemutatásához és folyamatirányításhoz Számítógéppel támogatott, automatizált mérés (kalibráció, mozgatás, adatgyőjtés, adatfeldolgozás, adattárolás, adatmegjelenítés ) Mérsékelt költségek Elektronikus nyomásszenzor ( U- csöves manométer) Particle Image Velocimetry (PIV) ( Prandtl-csı) Prandtl-csı ( LDA)

adatfeldolgozás, adattárolás, adatmegjelenítés ) Mérsékelt költségek Elektronikus

13 1.4. Igényes áramlásmérés: általános tudnivalók A/ Mérési módszerek: a követelmények szerint Sebességmérés: Technika Prandtl-csı 1-komponenső CTA vagy LDA Mérés Átlagsebesség nagysága, pontszerő 1 átlag (és ingadozó) sebességkomponens, pontszerő 2- komponensőlda 2 sebességkomponens, pontszerő Költség nagysr. 0.5 keur 25 keur 100 keur

Mérés Átlagsebesség nagysága, pontszerő 1 átlag (és ingadozó) sebességkomponens,

14 Technika Mérés 3-komponenső LDA 2-komponenső PIV Stereo PIV 3 sebességkomponenskomponenskomponens, 2 sebesség- 3 sebesség- pontszerő síkban síkban Költség nagysr. 200 keur 200 keur 400 keur

15 B/ Igényes csak HA: a teljes kísérleti eljárás és kiértékelés is igényes Hangsebesség feletti szélcsatorna: Belsıégéső tesztmotor

16 C/ Paradoxon: Tudnunk kell az eredményt, mielıtt nekikezdünk. Elmélet nélkül hallgatnak a tények.

17 Throttle Rotary encoder ϕ = c x uk Fan with torque meter Rotor x - y Traversing mechanism y x Lapátnyom 0.3 Csatornafal LDA system Downstream windows Upstream windows Spray nozzle Inlet cone Járókerékagy Tangenciális koordináta [deg] Lapátmozgás R air inlet

3 Csatornafal LDA system Downstream windows Upstream windows Spray nozzle Inlet

18 D/ Az információ adta lehetıségek teljeskörő kihasználása ϕ r = c r u k Lapátnyom 0.09 Csatornafal ψ=2r cu u k Lapátnyom 1.5 Csatornafal R Járókerékagy Járókerékagy Tangenciális koordináta [deg] Lapátmozgás Tangenciális koordináta [deg] Lapátmozgás R ϕ = c x uk u k ω Lapátnyom Járókerékagy Tangenciális koordináta [deg] Csatornafal Lapátmozgás R R Tangenciális koordináta [deg]

8 15 Járókerékagy 20 25 Tangenciális koordináta [deg] 35 30 Lapátmozgás Tangenciális koordináta [deg] 35 0.7 0.750.8 Lapátmozgás R 0.95 0.85 0.9 ϕ = c x uk 1.

19 2. IDİBELI ÁTLAGNYOMÁS MÉRÉSE 2.1. Statikus nyomás A zavartalan közeg nyomása párhuzamos áramvonalak Gyakorlati alkalmazások: példák Áramlási veszteségek megítélése K+F A dinamikus nyomás sebesség meghatározásához

21 2.2. Össznyomás A megállított közeg nyomása (torlóponti nyomás) Gyakorlati alkalmazások: példák Áramlási veszteségek megítélése

22 Forgógépek teljesítményének és hatásfokának megítélése Euler-turbinaegyenlet: p t id η = t ( v u v u ) = ( v u v ) = ρ ρ p p t t id u 2 1uu1 Dinamikus nyomás meghatározásához

23 2.3. Dinamikus nyomás Gyakorlati alkalmazások: példák v = 2 ρ 2 ( p ) = ( p p) dynamic ρ t ρ = p RT Mérési elv

24 Pitot-statikus szonda (Prandtl-csı)

25 S-szonda v = k 2 p ρ

26 2.4. Sebesség-nagyság és irány mérése nyomásmérésre visszavezetve Hengerszonda v = k 2 ρ ( p p ) 3 2

27 Ötlyukú szondák (ötlyukú Pitot-csövek)

29 2.5. Nyomáskülönbség-távadók (nyomásszenzorok, manométerek) Folyadékos mikromanométerek Betz manométer

30 Membrános manométerek Villamos kapacitás-elv

35 3. IDİBEN VÁLTOZÓ NYOMÁS MÉRÉSE 3.1. Gyakorlati példák Idıben jelentısen változó technológiai v. egyéb ipari áramlási folyamatok szabályzásában Nehézgépjármővek elektro-pneumatikus fékrendszerei direct solenoid valve commands LOAD EXHAUST p supply p out p ch Piping Piping Air supply unit EBS modulator Diaphragm brake chamber Brake mechanism (compression spring)

36 Az esettanulmány AMESim szimulációs modellje

38 Akusztika, hangnyomásszint-mérések, hangnyomás spektrális eloszlása

39 3.2. Mőszerek Kondenzátor-elv (kondenzátor-mikrofon ) Q = C U L = 20 lg p p db: 6 nagyságrend!

40 Piezo-induktív elv Hidrofonok Belsıégéső motorok indikálása Acceleration canceling (gyorsulás hatásának kiiktatása) Gyorsulásmérık!

41 Piezo-rezisztív elv Nyúlásmérı bélyeg

42 Kulite szenzor

43 EBS modulátorok

45 4. SEBESSÉGMÉRİK 4.1. Propelleres mérık

46 Propelleres anemométerek

47 Szárnykerekes anemométer

48 Gyors átlépés Gyors átlépés

49 4.2. Termál anemométerek Hıgömbös anemométer

51 5. HİMÉRSÉKLETMÉRÉS 5.1. Példák ipari alkalmazásokra Áramlási folyamatok jellemzése: ipari technológia, K+F Sőrőségmérés számításának alapja: folyadékok jellemzése, sebesség számítása dinamikus nyomásból 5.2. Tipikus mérési elvek és kivitelek

Hasonló dokumentumok

AZ ÁRAMLÁSTAN VÁLOGATOTT FEJEZETEI - ÁRAMLÁSMÉRÉS. Dr. Vad János docens

AZ ÁRAMLÁSTAN VÁLOGATOTT FEJEZETEI - ÁRAMLÁSMÉRÉS Dr. Vad János docens 1: Elıadás. Bevezetés. Idıbeli átlagnyomás és idıben változó nyomás mérése. Sebességmérık. Hımérsékletmérés. Lézer Doppler anemometria.