Áramlástechnikai mérések

Átírás

1 Áramlástehnikai mérések Mérés Prandtl- ső segítségével. Előző tanulmányaikból ismert: A kontinuitás elve: A A Ahol: - a közeg sebessége az. pontban - a közeg sebessége a. pontban A, A - keresztmetszetek az előző pontokban

2 A A A -a ső keresztmetszete az.pontban A -a ső keresztmetszete a. pontban p p A közeg térfogatárama: 3 / q A m s v A közeg tömegárama: m v ü [ / ] q q ρ kg s Keressük az ismeretlen átlagsebességet!

3 Ismétlés: Fizika II. 5. előadás A Bernoulli- egyenlet, ideális gázok esetén: + ρ+ρ + ρ+ρ p gh p gh Ahol a szint magasság h h A közeg sűrűsége: ρ kg / m 3

4 H H Ha a Bernoulli-egyenletbe behelyettesítjük a 0 értéket és a közeg üzemi állapotát is figyelembe vesszük: ( p p ) ρ ü ρ ü [kg/m 3 ] a közeg üzemi állapotú sűrűsége 3 / q A m s v p din n ρ n i ü i

5 Ha a közegbe, az áramlás irányára merőlegesen egy torlóelemet helyeznek el, a torlóponton a közeg sebessége 0 lesz, a nyomása megnövekszik: p ö.,p. p s A megnövekedett nyomás a két nyomásmérő segítségével mérhető: p ö ( h + h )ρg 0, p p ö h h h 3 h 4 p s ( h 3 + h 4 )ρg A megnövekedett nyomás: p ö p s p din dinamikus nyomásnak nevezzük.

6 A gyakorlatban az egyszerűbb mérés érdekében a két nyomásvételi helyet egyesítették és egy nyomásmérő két ágába kötötték be, így közvetlenül a dinamikus nyo- Más mérhető. Ebből alakult ki a Prandtl-ső konstrukiója.,p p p s P din p ö p s ( h +h )ρg [ Pa ] 0, p p ö h h

7 . Szabványmelléklet. Félgömb végű Prandtl-ső szerkezeti kivitele p össz p s Mivel a mérésnél kialakult nyomáskülönbség kisi, a pontosság érdekében mikromanométer a mérőeszköz.

8 A Prandtl-sővel a közeg helyi sebessége mérhető. A mérés során, a Prandtl-sövön elhelyezett egyenletes beosztások segítségével felvesszük a keresztmetszet megfelelő pontjaiban kialakult nyomáskülönbségeket és ebből számoljuk a helyi sebességeket. Ha az átlagsebességet ezekkel az értékekkel képeznénk, eltorzítanánk a mérési eredményt, mert a helyi sebesség értékét, az önkényesen felvett egyenlő távolságra lévő rádiuszpontokban vettük fel. A szabvány tartalmazza azokat a mérési pontokat, amelyek abból adódtak, hogy a kör keresztmetszetét egyenlő területű körgyűrűkké alakították. Így minden helyi sebesség azonos nagyságú területhez tartozik. A mérést elvégezve, a helyi sebességek nagyságát felrajzolva a keresztmetszet egy síkjában, az áramlásra

9 jellemző parabolát kapunk. A szabványos helyeken a parabolából kimetszhetők az új helyi sebességek, melyeknek számtani átlagával a térfogatáram számítható.

10 Szabványos mérőhelyek kijelölése Prandtl - söves mérésnél. A nagyméretű pontok a Prandtl-ső mozgatásával felvett értékek

11 Térfogatáram mérés Prandtl-ső segítségével, ellenőrzése mérőperemmel. Laboratóriumi mérés.

12 Áramlástehnikai mérések. Térfogatáram mérés mérőperemmel. D a ső átmérője D d m p p megsapolás D d m D a mérőperem átmérője az áramvonal kontrahált átmérője Ebből számolva az átömlési keresztmetszeteket:

13 A D π 4 Ennek alapján számítható az A m és az A 0 keresztmetszet Itt is érvényes az alapátfolyási egyenlet: A A 3 / q A m s v m v ü [ / ] q q ρ kg s

14 A Bernoulli- egyenlet: + ρ+ρ + ρ+ρ p gh p gh A közeg teljes mennyisége átáramlik a mérőperem szűkített furatán, a mérés helyén sebessége megnő, nyomása lesökken. Ezt a törvényt használjuk ki a mérés elvégzésénél. Néhány egyszerűsítést bevezetve: A szűkítési tényező: m A A m

15 A kontrakiós tényező: µ A A m A kontrahált keresztmetszet: A µ A µ ma m A közeg sebessége az. pontban: A A µ ma A

16 Behelyettesítve a Bernoulli- egyenletbe: p µ m + ρ p + ρ p p ρ µ m ( ) m µ ( ) p p ρ

17 Bevezetve az átfolyási tényező fogalmát: α m µ Mivel a mérés helye a mérőperem két oldalán, van kialakítva, a térfogatáram: q A v m

18 q v αε d m 4 π ( ) p p ρ ü ε - expanziós tényező, összenyomható közegek estén figyelembe kell venni. A p p értéke jelölhető: pmérőp A levegő üzemi sűrűsége, az általános gáztörvény segítségével, a normál állapotú ( 0ºC, 0 5 Pa)közeg sűrűségének ismeretében:

19 T p ü ρ T p N ρ ü ü N N ρ ü ρ N T p N Tp ü ü N Sok esetben szükség van arra, hogy a különböző állapotú közegek mennyiségét összehasonlítsák. Ez sak a normál állapotban lehetséges, ezért a mért és számított térfogatáram: p q ü vü N N T ü p q vn ün T N T p q q N Tp ü ü N

20 Áramlási sebesség mérése ultrahang segítségével adó vevő v L v a közeg áramlási sebessége az ultrahang sebessége t az idő L az ultrahang sebessége t L v t k a közeg sebessége

21 Az L hosszúságot a közegre ráült ultrahang t idő alatt tette meg: t L v + Az ultrahang hőmérséklet-függő, ezért a mérés átalakítva, differeniál-típusú mérőeszközzel elvégezve:

22 adó/vevő vevő/adó Az idő nagysága a fordított irányú ultrahanggal: v L L t v A hangfrekvenia a sebességnél egyszerűbben mérhető: f t f t

23 + v v f f f L L f v L A frekvenia-különbség mérésével a közeg sebessége számolható.

24 Turbinás áramlásmérők. Mágneses jelátalakító A közeg áramlási sebessége megforgatja a lágyvasból készült lapátokat, Amelyek megszakítják az induktív érzékelő mágneses erővonalait. Az érzékelő a megszakítások számát leszámlálja.

25 Áramlási sebesség mérése indukiós jelátalakítóval. tekersek állandó mágnes A tekerseken keletkezett feszültség: U [ ] BDv V

26 D qv v m s 4 π 3 / a közeg térfogatárama Dπ q U v 4 B