MÉRÉSI JEGYZŐKÖNYV M07. számú mérés KÖNYÖKIDOM ÁRAMKÉPÉNEK VIZSGÁLATA ÉS VESZTESÉGTÉNYEZŐJÉNEK MEGHATÁRZOZÁSA

Átírás

1 Értelemszerűen töltendő! Tanév,félév 010 / 011 II. Tantárgy Áramlástan GEÁTAG01 Képzés egyetem X fősola Mérés A X B C Nap edd 1-16 szerda 1-16 X szerda szerda 18-0 csütörtö pénte pénte 10-1 pénte 1-1 Hét páros páratlan X A mérés dátuma A MÉRÉSVEZETŐ OKTATÓ TÖLTI KI! DÁTUM PONTSZÁM MEGJEGYZÉS MÉRÉSI JEGYZŐKÖNYV M07. számú mérés KÖNYÖKIDOM ÁRAMKÉPÉNEK VIZSGÁLATA ÉS VESZTESÉGTÉNYEZŐJÉNEK MEGHATÁRZOZÁSA Mérőcsoport: 0. sz. mérőcsoport NEPTUN ód (A) Császár Levente JQMQ8Q (B) (C) Kjelentem, hogy a jegyzőönyvet a fentebb megnevezett mérőcsoport által végzett mérés alapján én észítettem. Jegyzőönyvet észítette /mérésvezető/: Császár Levente (A) csaszar.levente1@gmal.com Mérésvezető otató: Gulyás András Mérés helye: BME Áramlástan Tanszé, Nagy Laboratórum Mérés jegyzőönyv beadásána dátuma: Budapest, 011 hónap 03 nap. A mérés jegyzőönyv csa ezzel a borítólappal együtt adható be! Kérjü, csa a pros betűs részeet töltsé!

2 1. A mérés célja A csővezetéeben az áramlás rányváltozását önyödomoal, csőíveel oldjá meg. Az rányváltozás jelentős áramlás veszteségeel jár, amelyne csöentésére számos módszert dolgozta. A jelen mérés célja önyödom áramlás veszteségéne meghatározása több geometra változatra, a veszteségtényező szempontjából legedvezőbb alaítás választása.. A mérés rövd leírása A vzsgált önyödom egy négyzetes, mm eresztmetszetű dom, melyen eresztül levegőt áramoltatun át egy ventlátor segítségével. A csatorna, melybe a önyödomot szereltü a ventlátor szívóoldalára csatlaoz. A önyödomba a ülső nyugalomban levő légtérből áraml be a levegő egy özel veszteségmentesne tenthető, leereített beszívó domon eresztül. Ezzel elérhető, hogy a önyö előtt áramlás megfelelően egyenletes legyen. A önyö után hosszabb egyenes csatorna mndét oldalfalán status nyomásmérés helyeet találun. A csatorna felső fala plexből észült, így lehetőség van az áramép. megfgyelésére s, amennyben a rövd cérnával ellátott gombostűet beleszúrju a csatorna alsó, parafával borított lapjába 3. Mérés feladato Veszteségtényező A önyödom nyomásveszteségét egy mérőszámmal a veszteségtényezővel jellemeztü. A veszteségtényező értée a alauló áraméptől, főleg a levált zóná nagyságától függ. A önyödomban áramló özeg rányeltereléséhez, a súrlódás veszteség fedezéséhez a szeunder áramlás és a levált zóná áramlásána fenntartásához a vezeté elején többletnyomásra van szüség. A fente módosításával jelentősen csöenthető. A csöentést a önyöbe (1. ábra) épített ülönféle eleme beépítésével érhetjü el a jelen mérés során: - a ülső és/vagy belső éles saro ülönböző leereítés sugarú ívelt lapora, vagy 5º-os lapra való cseréjével, a önyö ülső belső sara özött térbe helyezett egymással párhuzamos ívelt terelőlapo alalmazásával. - más mód az oldalfalról az áramlásba benyúló s légterelővel ("aadállyal") a levált áramép módosítása (L alaú fémlapo oldalfalhoz való rögzítésével). Ezzel a módszerrel a leválás zóna alaját, helyét, méretét módosíthatju. Ezzel a nagy nyomásveszteséget oozó leválás zóna csöenthető, így gaz, a helyleg bevtt s többlet nyomásveszteség árán sebb veszteségtényezőt aphatun, a önyö ellenállása csöenhet. Ebben az esetben a veszteségtényező szempontjából legoptmálsabb L alaú légterelő választása a feladat. A veszteségtényező a dnamus nyomással dmenzótlanított önyö előtt és után össznyomás ülönbség: p st, e ξ = v g m 3 -sűrűség, v m a eresztmetszetben az átlagsebesség. s Az átlagsebességet Prandtl-csővel, a pontonént sebességmérésre vonatozó előíráso szernt határozhatju meg a önyö előtt csatornaszaasz eresztmetszeténe x= pontjában mérve (lásd. pontonént sebességmérés). A Prandtl-cső pozícónálásához a önyö előtt plexlapon ét furat található, ahol ét mélységben végezzü el a mérést. A v átlagsebesség a p st, u - 1 -

3 ülönböző alalmazott terelőeleme esetén ssé változhat, mvel azo a ventlátor üzemállapotát s mértében megváltoztathatjá a önyödom veszteségtényezőjéne befolyásolása által. A mérés során a térfogatáramot először Prandtl-csővel mért dnamus nyomásoból határozzu meg, albrálás céljából: q v = A v = L = 1 v p δu = L = 1. p dn, Ezután a dgtáls nyomásmérő egy csonját a önyö előtt, a ét status nyomásvezető furatot összeötő örvezetéhez ötjü, míg a másal a légör nyomást mérjü. Az így apott nyomásérté jó özelítéssel a önyöben lévő dnamus nyomással egyez meg. A fal súrlódásna és a beszívó elem veszteségéne és áramlásmódosító hatásána fgyelembevétele matt azonban egy orrecót ell alalmazzun. Mlyen paramétereet ell majd mérn. Mlyen sorrendben mértü a paramétereet. Az összes fza paramétert rögzíten ell. A status nyomásvezető furatnál számítható térfogatáram: q = A v p mért A orrecó: pdn, p = 1 dn. L = = 1 = p mért pmért A A orrecós tényező smerete után, a mérés tovább részében Prandtl-cső használata nem szüséges. A térfogatáramoat a p mért nyomás és a orrecós tényező smeretében határozzu meg. A veszteségtényező meghatározásához fent fejezés alapján az össznyomás-ülönbséget ell mérnün: (pössz.e-pössz.u). Mvel azonban az állandó csatorna-eresztmetszet (folytonosság tétele) matt az átlagsebesség a önyö előtt és után megegyez, így az abból számolt dnamus nyomáso ülönbsége zérus (ld. alább átalaítást). Eor a veszteségtényező meghatározása a önyödom előtt ll. után mért status nyomáso ülönbségéne mérésére reduálható. A fejezés nevezőjében pedg az átlagsebséggel számolt dnamus nyomás szerepel. ξ = p st, e p v st, u = p st, e p p mért st, u A önyödom után nyomásmérés hely megválasztásában az a érdés, hogy a önyö zavarásána hatása meddg terjed a csatornában, a önyö után mely pontban mért oldalfal status nyomással ell számoln? Erre a feladatra a önyö - -

4 után csatornaszaasz oldalfalan, mndét oldalon status 8-10 nyomásvezetés van elhelyezve egymás után, melyeen a csatorna nyomásmegoszlása mérhető. A nyomásmegoszlást ábrázolva és egyeztetve a fonalas rajzzal meghatározható az a eresztmetszete a csatornána, ahol a önyö matt leválás zóná már megszűntne tenthető, az áramlás eor mndét ( ülső / belső vagy jobb / bal ) oldalon smét vsszafesz az oldalfalra, jó özelítéssel a csatorna eresztmetszetben az áramvonala smét párhuzamosa, így a étoldal status nyomáso megegyezne. A sebességprofl azonban ezen a helyen még nem szmmetrus, így azt a helyet ell megeresn, ahol már a mért status nyomás nem növesz tovább. Ebben a eresztmetszetben mondható, hogy az áramlás vsszafeüdt az oldalfalra, lletve hogy a sebességprofl s szmmetrus. Ehhez a eresztmetszethez tartozó nyomásértéet tentjü a önyö után status nyomásna, ez alapján ell számítan a önyö ellenállás-tényezőjét.. Kértéelés A mérés előtt mért hőmérsélet a laboratórumban T 0 =,7 o C a nyomás: P 0 = Pa. A levegő p0 sűrűsége a levegó = egyenlet alapján lett számolva. RT Alapadato t 0 =,7 o C p 0 = Pa R= 87 J/(gK) 0 = 1,18 g/m 3 ν= 9,11 m /s mf = g/m 3 g= 9,81 N/g A Prandtl-csöves átlagsebesség-mérés adata: Prandtl-csővel mért nyomáso: Pdn,=50 Pa Pdn,1=8 Pa Pdn,3=50 Pa Pdn,=8 Pa p = 1 A v = egyenlet alapján az átlagsebesség v =9,11 m/s. A fentebb leírt egyenlet alapján ebből az ebből albráláshoz számítható térfogatáram q v = 0,0 m 3 /s. A status nyomásvezető furatnál számítható térfogatáram számításához a orrecós tényező: - 3 -

5 am alapján a térfogatáram q v =0, m 3 /s. = pdn, p mért = 0,99, P mért = = 0,98 50 Pa Status nyomás mért értée: 90 o -os saro után nyomás eloszlás: Furat száma "Belső" oldal P st,e - P st,u (Pa) Pa "Külső" oldal P st,e - P st,u (Pa) Pa A heted furat (10 mm a önyötől) örül megszűnne a önyö matt leválás zóná és az áramlás vsszafesz az oldalfalra, ezután még némleg nő a status nyomás 8. furatnál (56 mm) és nnentől valószínűleg stagnálna, de a csatorna oldalfala néhány mlméterre le van vállva, ematt szűül az áramlás eresztmetszet. Erre a pontra számított veszteségtényező: A gombos tűre aasztott fonala alapján észült rajz szernt - -

6 : A fent ábrán pros öröel jelzett területeen alaulna leválás zóná. Belső saro leereítésével: Furat száma "Belső" oldal P st,e - P st,u (Pa) Pa "Külső" oldal P st,e -Pst,u (Pa) Pa - 5 -

7 Az ábrán látható módon a belső leereítés hatására a bal oldalon megszűn a leválás zóna. A belső saro leereítéséne hatására a 9. furat (503 mm) eresztemetszetén fesz vssza az áramlás és a 10-től (550 mm) nem s nő nyomás. Ennél a megoldásnál a leválás zóná megszűnéséne helye már a szűűlő eresztmetszetre es, am zavarja amérés adatat. A 10. furatrnál mért adatora számított veszteségtényező: A belső és a ülső saro leereítésével: Furat száma "Belső" oldal P st,e -Pst,u (Pa) Pa "Külső" oldal P st,e -P st,u (Pa) Pa - 6 -

8 Mndét saro leereítéséne hatására a 6. furat (36 mm) eresztmetszetében már vsszaáll az áramlás és a 7. furat (09 mm) után nem s nőne a nyomáso. A heted furatnál uralodó nyomásra számolt veszteségtényező: A rajzon látható, hogy a másod elem elhelyezésével sznte teljesen megszűnne a leváláso. pst, e p, u A fent adato és aξ = st összefüggés alapján a ülönböző proflú önyöö esetén v számítható veszteség tényező és anna abszolút n dξ δ pst ( pst δx = + δpdn = 1 dx pdn pdn δξ δξ = lletve relatív hbája: δξ 90 foos önyödom Belső saro leereítése Belső és ülső saro leereítése P dn = Pa P st = Pa ξ = 1,16 0,59 0,380 δξ = 0,061 0,05 0,00 δξ = ξ 0, ,

9 A veszteségtényező az abszolút hbáal ábrázolva: A fent dagram alapján s megállapítható, hogy a harmad esetben a legedvezőbb a veszteségtényező, mvel ebben az esetben a terelő lemeze segítségével az áramlás önnyebben alalmazod az rányváltozáshoz

10 Irodalom Lajos Tamás: Az áramlástan alapja, Műegyetem Kadó, Budapest 00, (13. fejezet Hdraula) Áramlástan tanszé: Mérés segédlet Budapest, 011. márcus

11 - 10 -

12 - 11 -