KORSZERŐ ÁRAMLÁSMÉRÉS TECHNOLÓGIAI FOLYAMATOK ÉS MODELLEZÉSÜK. Dr. Vad János docens

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "KORSZERŐ ÁRAMLÁSMÉRÉS TECHNOLÓGIAI FOLYAMATOK ÉS MODELLEZÉSÜK. Dr. Vad János docens"

Gábor Jónás
8 évvel ezelőtt
Látták:

1 KORSZERŐ ÁRAMLÁSMÉRÉS TECHNOLÓGIAI FOLYAMATOK ÉS MODELLEZÉSÜK Dr. Vad János docens 1: Bevezetés. Áramlástani mérések szükségessége. Gyakorlati / ipari igények. Mérendı mennyiségek. A korszerő áramlásmérés szempontjai. Különleges megjegyzések. Idıben átlagolt mérések: statikus, dinamikus, össznyomás. Szondák, módszerek. IE: gázmotoros erımő légellátó rendszerének hibafeltárása. Dinamikus tőzoltási technika. Víz kúposodásának modellezése olajkútban. 2: Manométerek. Sebesség nagyságának és irányának nyomás-alapú mérése. Anemométerek, hıszondák. Hımérsékletmérés. Idıben változó nyomások mérése. Akusztikai és vibrációs mérések. IE: bazaltgyapot-gyártás optimalizálása. Nagy vetıtávolságú axiálventilátor kifejlesztése. 3: Laborbemutató: nyomás, sebesség, hımérséklet mérésének eszközei. Pneumatikus mérések. Elektro-pneumatikus rendszerek. Szélcsatorna technikák. IE: aerob szennyvízkezelı telep zajcsökkentése. Szárítótorony rezgésének vizsgálata. 4: Hıdrótos áramlásmérés. Áramlások láthatóvá tétele. Lézerek, lézeres áramlásmérés. Laser Doppler Velocimetry (LDV). Phase Doppler Anemometry (PDA). Particle Image Velocimetry (PIV). IE: Gyógyszeripari fermentációs folyamat optimalizálása. Kazánaláfúvó ventilátor rezgésdiagnosztikája. Élelmiszeripari hőtırendszer kapacitásnövelése.

Dinamikus tőzoltási technika. Víz kúposodásának modellezése olajkútban. 2: Manométerek. Sebesség nagyságának és irányának nyomás-alapú mérése. Anemométerek, hıszondák. Hımérsékletmérés.

2 5: Laborbemutató: Modell-szivattyú mérése. Hıdrótos áramlásmérés. Lézerek. LDV. 6: Sebességmérésre visszavezetett és szőkítıelemes tömegáram-mérés; összehasonlítás. 1. zárthelyi A rész: elmélet, B rész: gyakorlati problémamegoldás. 7: Laboratóriumi elıkészületek. 1. labormérés. 8: 2. labormérés. 9: 3. labormérés. 10: Különleges áramlásmérık: ultrahangos, magneto-hidrodinamikus, kapacitív keresztkorrelációs, Coriolis. IE: Gázturbinás erımő áramlástechnikai felülvizsgálata. Cementipari füstgázvezetékbe beépített hangtompító mérése. Erımővi égésilevegı- ellátó ventilátor üzemállapotának megállapítása. 11: Különleges áramlásmérık: vortex, rotaméter, turbinás, volumetrikus. IE: távhıellátó rendszer méréstechnikai felülvizsgálata. Vegyipari tartálypark szivattyú-rendszerének rekonstrukciója. 12: IE: Acélipari lemezhőtı rendszer hatékonyságnövelése. Földgázkút vezetékébe épített áramlásmérı mérési zajának hatása a gázkitermelésre. Légkondicionáló berendezésekbe épített kompresszorok gáztömörségi tesztje. 2. zárthelyi A rész: elmélet, B rész: gyakorlati problémamegoldás. 13: Numerikus áramlástani és áramlásmérési technikák együttmőködése; validáció. IE. A labormérési eredmények prezentációja.

8: 2. labormérés. 9: 3. labormérés. 10: Különleges áramlásmérık: ultrahangos, magneto-hidrodinamikus, kapacitív keresztkorrelációs, Coriolis. IE: Gázturbinás erımő áramlástechnikai felülvizsgálata.

3 HARDCORE ÁRAMLÁSTAN

4 Keep your blood clean, your body lean, and your mind sharp. Tartsd a véred tisztán, a tested fitten, az eszed pedig legyen a helyén.

5 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,

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

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

8 Mérési adatok biztosítása ipari folyamatirányításhoz

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

10 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: 0.1 u P A O 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.

11 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

12 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

13 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,

14 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 (

15 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

16 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,

17 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

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

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

20 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

21 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]

22 2. SZONDÁK ÉS ÉRZÉKELİK AZ IDİBELI ÁTLAGNYOMÁS MÉRÉSÉRE 2.1. Statikus nyomás A zavartalan közeg nyomása Gyakorlati alkalmazások: példák Áramlási veszteségek megítélése K+F

23 2. SZONDÁK ÉS ÉRZÉKELİK AZ IDİBELI ÁTLAGNYOMÁS MÉRÉSÉRE 2.1. Statikus nyomás A zavartalan közeg nyomása Gyakorlati alkalmazások: példák Áramlási veszteségek megítélése K+F

25 A dinamikus nyomás meghatározásához p dynamic = 2 v ρ 2 = p t p Mérési elv Az Euler egyenlet normális komponens egyenlete: 2 v p p ρ = R n Példák mérési konfigurációkra és eszközökre Belsı statikus nyomás megcsapolása fali furaton keresztül

26 Az áramvonal-görbületi hatás elhanyagolható, ha: v ρ 2 2 < p p ref measured

27 Statikus nyomásszonda

28 Ser-tárcsa

29 Érmeszonda

30 Nyomásmultiplexer

31 2.2. Össznyomás A megállított közeg nyomása (torlóponti nyomás) Gyakorlati alkalmazások: példák Áramlási veszteségek megítélése

33 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

34 Mérési elv A közeget meg kell állítani a mérıeszközzel Példák mérési konfigurációkra és eszközökre Pitot-csı

35 Kiel szonda Iránymérı szondák

36 2.3. Dinamikus nyomás Gyakorlati alkalmazások: példák v = 2 ρ 2 ( p ) = ( p p) dynamic ρ t ρ = p RT Mérési elv

37 Példák mérési konfigurációkra és eszközökre Egyetlen Pitot-csıvel

38 Pitot-csıvel és fali statikus nyomásmegcsapolással

39 Pitot-statikus szonda (Prandtl-csı)

40 Venturi szonda (dinamikus nyomás-sokszorozó) v = k 2 p ρ

41 S-szonda v = k 2 p ρ

42 Spitz-szonda

43 6/ Nem-szabványos geometria v = k 2 p ρ

Hasonló dokumentumok

ÁRAMLÁSTANI MÉRÉSTECHNIKA. Dr. Vad János

ÁRAMLÁSTANI MÉRÉSTECHNIKA. Dr. Vad János ÁRAMLÁSTANI MÉRÉSTECHNIKA Dr. Vad János Bevezetés. Áramlástani mérések szükségessége. Gyakorlati / ipari igények. Mérendı mennyiségek. A korszerő áramlásmérés szempontjai. Különleges megjegyzések. Idıben