MÉRÉSI SUGÁRSZIVATTYÚ ÉPÍTÉSE ÉS VIZSGÁLATA

Átírás

1 MISKOLCI EGYETEM Gépészmérnöki és Informatikai Kar Áramlás- és Hőtechnikai Gépek Intézeti Tanszéke MÉRÉSI SUGÁRSZIVATTYÚ ÉPÍTÉSE ÉS VIZSGÁLATA SZAKDOLGOZAT Energetikai mérnöki szak, Gépészeti szakirány, BSC képzés, G4BEG tankör Készítette: ERŐSS GERGELY Neptun kód: DM0L5T Miskolc Egyetemváros 2015

2 MISKOLCI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR ÁRAMLÁS- ÉS HŐTECHNIKAI GÉPEK INTÉZETI TANSZÉKE 3515 Miskolc Egyetemváros Iktató szám: AH- -XXI-2013 BSC TERVEZÉSI FELADAT ERŐSS GERGELY IV. éves Energetikai mérnök szakos hallgató részére Neptun kód: DM0L5T A tervezés tárgyköre: A tervezési feladat címe:.... A FELADAT RÉSZLETEZÉSE: Tervezésvezető: Konzulens: név, titulus név, titulus A tervezési feladat kiadásának időpontja: A tervezési feladat beadási határideje: 2015.yy.zz 20xx.yy.zz Miskolc, 20 év hó nap Ph Dr. Szabó Szilárd tanszékvezető egyetemi tanár ii

3 1. A záró gyakorlat helye: 2. Instruktor: 3. A záródolgozat módosítása 1 : szükséges (módosítás külön lapon) nem szükséges dátum tervezésvezető 4. A tervezést ellenőriztem: dátum tervezésvezető 5. A záródolgozat beadható: i gen / nem 1 dátum tervezésvezetők konzulens 6. A záródolgozat szövegoldalt, és az alábbi mellékleteket tartalmazza: db rajz tervnyomtatvány egyéb melléklet (CD, stb.) 7. A záródolgozat bírálatra 1 bocsátható nem bocsátható A bíráló neve: dátum 8. A záródolgozat osztályzata betűvel (és számmal): tanszékvezető 1 Megfelelő rész aláhúzandó iii

4 A bíráló javaslata: A tanszék javaslata: A ZVB döntése: Kelt: Miskolc, Záróvizsga Bizottság elnöke iv

5 Eredetiségi nyilatkozat Alulírott (neptun kód: ) a Miskolci Egyetem Gépészmérnöki és Informatikai Karának végzős szakos hallgatója ezennel büntetőjogi és fegyelmi felelősségem tudatában nyilatkozom és aláírásommal igazolom, hogy a című komplex feladatom/ szakdolgozatom/ diplomamunkám 2 saját, önálló munkám; az abban hivatkozott szakirodalom felhasználása a forráskezelés szabályi szerint történt. Tudomásul veszem, hogy plágiumnak számit: szószerinti idézet közlése idézőjel és hivatkozás megjelölése nélkül; tartalmi idézet hivatkozás megjelölése nélkül; más publikált gondolatainak saját gondolatként való feltüntetése. Alulírott kijelentem, hogy a plágium fogalmát megismertem, és tudomásul veszem, hogy plágium esetén a szakdolgozat visszavonásra kerül. Miskolc, 20 év hó nap Erőss Gergely 2 Megfelelő rész aláhúzandó v

6 I. ÖSSZEFOGLALÁS A dolgozatomban bemutatom egy adott sugárszivattyú mérőrendszerének tervezését a tanszéki műhelycsarnokban rendelkezésre álló szélcsatornához. A Göttingen típusú szélcsatorna mérőszakaszába egy injektoros légbefúvó rendszert készítek és méréseket fogok végezni rajta. A szélcsatorna mérőszakaszába illeszkedő egyedi sugárszivattyú mérő rendszert építek be. A tervezés első fázisában feldolgozom a rendelkezésre álló nemzetközi szakirodalmat, a különböző PIV és Schlieren mérési módszerekről, melyeket alkalmazni fogok az általam választott épületenergetikai berendezés méréséhez. Példaként említem meg az egyes társasházak szellőztetésében használatos sugárszivattyús megoldást is. Öszszefoglalom a különféle sugárszivattyú típusokat, működési elvüket és részletesebben leírom a megépíteni kívánt sugárszivattyú típus működéséhez szükséges alapismereteket és összefüggéseket. A rendelkezésre álló adatok alapján a célnak megfelelően átméretezem, valamint elkészítem a sugárszivattyú mérethelyes 3D-s számítógépes rajzát. Elkészítem a sugárszivattyú beépítéséhez szükséges darabjegyzéket is. Jelen dolgozatomban bemutatom a tervezés fázisait, valamint az elkészült tervek alapján a sugárszivattyú megépítését, illetve szélcsatornába való beépítését és a mérőrendszer összeállítását. A sugárszivattyú elsődleges célja, hogy vizsgálati segítséget nyújtson például a szellőztetéstechnikában is használatos elszívási lehetőségek vizsgálatára. A tanszéken rendelkezésre álló PIV (Particle Image Velocimetry) és Schlieren méréstechnikákat valamint TESTO gömbszondás sebességmérőt használok fel a sebesség meghatározásához és a későbbi mérésekhez, kutatásokhoz. A mérések és a kiértékelések elvégzése után a különböző áramlási sebességek esetén kialakuló sebességprofilokat vizsgáltuk, amelyekből következtetéseket vontunk le. Megállapítható volt, hogy a fúvókában lévő sebesség mikor lépi túl az elszívó csatornában lévő áramlási sebességet, ezáltal az esetleges későbbi tervezéshez/üzemeltetéshez szereztünk tapasztalatokat. vi

7 II. SUMMARY In my essay I explain the design of a given jet pumps measurement system for the wind tunnel in the University of Miskolc Energetics labor. I will create an air injecting system into the measurement section of the Göttingen-type wind tunnel, and also will do the measurements using it. I am going to build a specific jet-pump measurement system into the wind tunnel. In the planning stage I am going to process the available international literature about the different PIV and Schlieren measurement methods which are going to be facilitated for the measurement of the chosen building energetics equipment. For example I mention the ventilation of certain condominiums that use this kind of jet-pump solution. The different types of jet-pumps, their working principles are going to be summarized, with a more comprehensive description of the facilitated jet-pump. Based on the available data, the geometric properties of the jet-pump will be resized and its computer-based drawing will be completed along with the bill of materials required for the actual construction. In this thesis I am going to demonstrate the phases of the design, the construction of the jet-pump, its installation into the wind-tunnel and the assembly of the measurement system. The main goal of the jet pump is to provide an opportunity to examine the suction opportunities used in ventilation solutions. The available PIV and Schlieren measurement, also a TESTO speed gauge will be used to determine the values of velocity components for the further measurements and investigations. Following the measurements and the evaluation the velocity profiles of different scenarios involving various flow rate have been investigated. The time when the velocity inside the nozzle exceeds the velocity inside the exhaust duct could have been determined. Therefore, experiences for further design and maintenance have been obtained. vii

8 MISKOLCI EGYETEM Gépészmérnöki és Informatikai Kar Áramlás- és Hőtechnikai Gépek Intézeti Tanszéke 1. TARTALOMJEGYZÉK 1. Tartalomjegyzék Jelölések és indexek jegyzéke Bevezetés Irodalmi áttekintés Sugárszivattyúk működési elve Bernoulli-törvény Bernoulli-egyenlet alkalmazása Sebesség és nyomás alakulása Sugárszivattyúk alkalmazása Erőművekben Hűtési rendszerekben Tűzoltásban Szennyvízkezelésben Injektoros hegesztőpisztoly Gőzsugárszivattyú alkalmazása geotermikus erőműben Mérési módszer PIV Alapelve Fajtái Segédberendezései Gyakorlati alkalmazása Képfeldolgozás Rendszer beállításai Mérési elrendezés Mérési környezet Rendszer komponensei Kísérleti sugárszivattyú Konfúzor és diffúzor Szélcsatorna Olajköd generátor Kompresszor PIV rendszer... 31

9 Testo gömbszondás sebesség és hőmérsékletmérő Mérési rendszer beállítása Mérés elvégzése Mérési eredmények kiértékelése Kiértékelő program: Eredmények Első mérési eset (20 Hz) Hatodik mérési eset (50 Hz) Sebességprofilok összehasonlítása Schlieren tesztmérés Következtetések Köszönetnyílvánítás Irodalomjegyzék F1. Sugárszivattyú terv F2. Mérési eredmények Második mérési eset (26 Hz) Harmadik mérési eset (32 Hz) Negyedik mérési eset (38 Hz) Ötödik mérési eset (44 Hz) F3. Matlab kiértékelő program M1. Kiértékelő program és a kiértékelt eredmények M2. Átlagolt sebességprofil táblázat és diagram 2

10 2. JELÖLÉSEK ÉS INDEXEK JEGYZÉKE Jelölések: p [Pa] sztatikai nyomás A [m 2 ] keresztmetszet ρ [kg m 3 ] közeg sűrűsége v [m s] közeg sebessége v [m s] közeg átlagsebessége v [m s] sebességvektor D [m] külső átmérő d [m] belső átmérő h [m] magasság F [N] erő m [kg s] tömegáram g [m s 2 ] nehézségi gyorsulás Q [m 3 s] térfogatáram p 0 [Pa] környezeti nyomás Y [kj kg] fajlagos energianövekmény Y p [kj kg] nyomáspotenciál megváltozás Y v [kj kg] sebességi energia megváltozás l [m] sugárszivattyú hossza X, Y [mm] koordináták t [ms] képek készítése között eltelt idő x [mm] időegység alatti elmozdulás vektor x [mm] iterációs területre eső részecskék helykoordinátája s [pix mm] szeparációs vektor I A [pix] vizsgált iterációs terület d IA [mm] iterációs terület oldalhossza U [m s] X irányú sebesség V [m s] Y irányú sebesség Indexek: 1 fúvóka belépési pont 2 szívócsonk, belépési pont 3 nyomó csonk, kilépési pont 0 környezeti max maximális érték min minimális érték p nyomásra vonatkoztatva v sebességre vonatkoztatva 3

11 3. BEVEZETÉS A sugárszivattyú, mint olyan nyomásnövelő- vagy csökkentő szerkezet, amely sokfajta közeg szállítására alkalmas. Régóta ismerik és használják ezeket a berendezéseket elsősorban a vegyiparban, levegőztető rendszerekben, autóiparban valamint számos más területen. Működése közben a benne lejátszódó folyamatok bonyolult matematikai összefüggésekkel írhatók le, nem beszélve arról, ha a leírni kívánt közegünk halmazállapota légnemű [1]. Ezen bonyolult számításokat kiküszöbölendő, más megközelítésből vizsgáljuk meg ezeket az áramlási képeket. Jelen munkában elsődleges feladatként tűztük ki célul egy kísérleti sugárszivattyú tervezését. A tervezés során felhasználva az irodalomban található információkat és technikákat, Autodesk Inventor tervezőprogramban elkészítettük a sugárszivattyú geometriai modelljét és kiegészítő elemeit. A tervek alapján plexiből megépítettük a sugárszivattyú kísérleti modelljét, valamint a szélcsatornához való adaptálási lehetőséghez szükséges konfúzort és diffúzort. A kísérleti szélcsatornánál található áramlásmegjelenítő eszközök közül a beavatkozás mentes módszereket részesítettük előnyben. Ilyen mérési technika például a Particle Image Velocimetry (későbbiekben: PIV) részecske megfigyelésen alapuló méréstechnika, mely a közeg sebességmezejét jeleníti meg, vagy a Schlieren módszer, - változó fénytörés mutatóból következtet a sűrűségváltozásra - kvalitatív és kvantitatív felhasználása [2]. Ezeken kívül találkozhatunk még hasonló méréstechnikákkal, mint például az Laser Doppler Velocimetry (LDV) és a Laser Doppler Anemometry (LDA). A mérések során szerettük volna kimutatni különböző üzemállapotok esetén a sugárszivattyúban kialakuló áramlási viszonyokat. Ezek meghatározásához a PIV méréstechnikát alkalmaztuk. 4

12 4. IRODALMI ÁTTEKINTÉS Sugárszivattyúkról pár szót: Az elvet már régóta ismerik és alkalmazzák. Először 1570-ben Vitruv és Philibert de Lorme ismertette, majd 1820-ban Stephenson is felhasználta a gőzmozdonyának megalkotásában [3]. Persze kezdetben nem a legjobb hatásfokkal üzemeltek ezek a gépek, de a napjainkban használt fúvókák a technológiai fejlődéseknek köszönhetően azonban már jóval, nagyobb hatásfokkal működnek, mint elődeik. Gondolunk itt a pontosabb anyagmegmunkálásra és a bonyolultabb geometriákra. A működési elve a fúvókáknak viszont azóta sem változott. Számos kialakítású, más és más geometriájú sugárszivattyúkkal találkozhatunk a többrétű felhasználásának és alkalmazásainak köszönhetően. Alapvetően kétfajta típus szerint különböztethetjük meg. Vannak szívó és nyomó sugárszivattyúk. A szívó sugárszivattyúkat más néven ejektorokat többnyire speciális felhasználási területeken alkalmazzák, ilyen speciális terület például az ipari szennyvíztisztítás. A másik típusú nyomó sugárszivattyúkkal más néven injektorokkal leggyakrabban a gépjárműiparban találkozhatunk. Ilyen berendezést alkalmaznak például a gépkocsikban megtalálható üzemanyag befecskendező rendszerekben is. Arra az esetre, ha nagyobb szállítási teljesítményre lenne szükség több fokozatú sugárszivattyúkat is kifejlesztettek, melyekben már fokozatonként különböző geometriájú fúvókasorok találhatók, ezzel biztosítva a nagyobb energia egyenletesebb átadását. Működtethető folyadék, gőz vagy gáz közeggel, mely szállíthat szemcsés anyagot, folyadékot, illetve gázokat [4]. Fajtái ezek kombinációjából alakultak ki. A téma, mellyel foglalkozni kívántunk a Miskolci Egyetem, Áramlás- és Hőtechnikai Gépek Intézeti Tanszékre vezethető vissza. A Tanszéki műhelycsarnokban rendelkezésre álló lézeres méréstechnikák - mint a PIV és LDA valamint a sűrűségkülönbség vizsgálatára alkalmazott Schlieren méréstechnika használata, valamilyen épületenergetikai berendezés mérésére témakörben több ötlet született. Az ötletek közül - Tanszékvezető Úr javaslatára - a sugárszivattyú került középpontba. Ebből adódóan, a dolgozatban a sugárszivattyúval azon belül is gázt szállító gázsugár-szivattyúval kívánunk foglalkozni, melynek 3D-s számítógépes modellezését, megépítését, illetve próbamérését hajtottuk végre. Célja a munkánknak, 5

13 hogy az elkészült sugárszivattyú segítségével további tudományos méréseket, különböző méréstechnikákkal lehessen végezni rajta, így adva lehetőséget a későbbi hasonló jellegű vizsgálati, kutatási munkákra Sugárszivattyúk működési elve A sugárszivattyú (4.1. ábra) működési szempontból tekintve egy mozgó alkatrészek nélküli nyomásnövelő szerkezet. A működtető közeget Q 1 térfogatárammal bejuttatjuk, a szivattyúba, ahol az a fúvóka szűkülő keresztmetszetén áthaladva felgyorsul, így nyomása lecsökken, melynek következtében a Q 2 térfogatáramú szállítandó közeget magához ragadja. A két közeg a keverőtérben egymással egyenletesen keveredik miközben a hordozó közeg energiájának egy részét átadja a szállítandó közegnek és a diffúzor végén a berendezést Q 3 térfogatárammal hagyják el. A bevitt térfogatáramok összege megegyezik a keveredett közeg térfogatáramával ρ = állandó esetén. Leegyszerűsítve magának az injektornak a működése abban rejlik, hogy egy kúp geometriájú csőből kiáramló kisebb vagy nagyobb nyomás alatt álló közeg ömlik ki, egy nagyobb keresztmetszetű a kúp felöli oldalról nyitott csőbe, ahol ezen kiáramlás légritkítást (huzamot) eredményez. Ilyen módon teszi lehetővé a szivattyúzni kívánt közeg felszívását és szállítását [5] ábra: A sugárszivattyú elvi rajza Bernoulli-törvény A fizikai elvét magyarázó törvényt a svájci matematikus Daniel Bernoulli mondta ki 1738-ban. Ha például veszünk egy változó keresztmetszetű csővezetéket, melyben vizet áramoltatunk, akkor a víznek ott lesz a legnagyobb sebessége, ahol a keresztmetszet a legkisebb. A folyadék nyomása a sebesség növekedésével lecsökken [6]. 6

14 Az áramlási cső bármely pontján az energia: p ρv2 = állandó (4.1.) Ahol p a sztatikai nyomás, ρ a közeg sűrűsége, v a sebessége. Ez a Bernoulli egyenlet, amely gyakorlatilag az energia megmaradás törvényének hidrodinamikai megfogalmazása [6] Bernoulli-egyenlet alkalmazása Állandó sűrűségű közegek esetén 4.2. ábra: A sugárszivattyú elvi váza folyadékok szállítására Bernoulli egyenletet felírva a sugárszivattyú (4.2. ábra) egyes és kettes pontjaira [6] p 1 ρg + v 2 1 2g = p 2 ρg + v 2 2 2g (4.2.) A p 2 nyomásra rendezve az egyenletet p 2 = p 1 + ρ 2 (v 1 2 v 2 2 ) = p 1 ρ 2 (v 2 2 v 1 2 ) (4.3.) 7

15 A kontinuitási egyenletből v 2 a sebességet kifejezve A 1 v 1 = A 2 v 2 (4.4.) A = d2 π 4 d 2 1 π 4 v 1 = d 2 2 π 4 v 2 v 2 = v 1 ( d 2 1 ) d 2 (4.5.) (4.6.) Ebből meghatározható a szűkületen a p 2 nyomás: p 2 = p 1 ρ 2 v 1 2 ( d 1 4 1) (4.7.) d 2 4 Látható, hogy a p 2 nyomás kisebb lesz, mint a p 1 nyomás. Megfelelő p 1 nyomás, v 1 sebesség és d d 2 szűkítési arány megválasztásával elérhető, hogy a p 2 nyomás a környezeti p 0 alá csökkenjen. Így a szűkülethez csatlakoztatott függőleges csőben szívóhatás alakul ki [6]. p 0 p 2 = ρgh (4.8.) h = p 0 p 2 ρg (4.9.) Az így kapott összefüggések csak ideális, súrlódásmentes, leválás mentes átömlésű sugárszivattyúkra használhatók. Ezen szivattyúk hatásfokát a keveredési és súrlódási veszteségek jelentősen lerontják [6] Változó sűrűségű közegek esetén Összenyomható, azaz változó sűrűségű közeg esetén a következőképpen alakulnak az összefüggések: A folytonosságból (kontinuitásból) kiindulva az A felületen átáramló közeg idő szerint felírva: m = ρv da A (4.10.) 8

16 Az előző összefüggésből meghatároztuk a folytonosság tételét differenciális alakban: ρ t + div(ρv ) = 0 (4.11.) A kontinuitási egyenletből v 2 átlagsebesség meghatározása: A 1 v 1ρ 1 = A 2 v 2ρ 2 (4.12.) A = d2 π 4 d 2 1 π 4 v 1ρ 1 = d 2 2 π 4 v 2ρ 2 v 2 = v 1 ( ρ 2 1d 1 ) ρ 2 d 2 (4.13.) (4.14.) 4.3. ábra: A sugárszivattyú elvi váza gázok szállítására Bernoulli egyenletet felírva a sugárszivattyú (4.3. ábra) egyes és kettes pontjaira p 1 ρ 1 g + v 2 1 2g = p 2 ρ 2 g + v 2 2 2g (4.15.) 9

17 Ebből meghatározható a szűkületen a p 2 nyomás p 2 = p 1 ( ρ 2 ρ 1 ) + ρ 2 2 (v 1 2 v 2 2 ) (4.16.) Értelemszerűen, ha a p 2 nyomás a környezeti p 0 alá csökken, akkor a szűkülethez csatlakoztatott függőleges csőben szívóhatás alakul ki [7] Sebesség és nyomás alakulása A működtető és szállítandó közegek energiájának változását a sugárszivattyúban az alábbi 4.4. ábra mutatja. A hangsebesség felett működő sugárszivattyúkban Laval fúvókát alkalmaznak a közeg szállításához ábra: Energiaváltozások a sugárszivattyúban 10

18 4.2. Sugárszivattyúk alkalmazása Régebben a gépkocsik üzemanyagának adagolásához karburátort (4.5. ábra) használtak, melyeket napjainkban a modern üzemanyag befecskendező rendszerek váltottak fel. Egyszerű, olcsó és nem igényel áramellátást. Napjainkban leginkább a motorkerékpárokon alkalmazzák ezt a megoldást. A kémiai atomspektroszkópiás vizsgálatok során jelentős szerepet játszó porlasztók (4.6. ábra), a vegyipari berendezésekben található különböző adagolórendszerek, valamint a hétköznapi sűrített levegős festékszóró pisztolyok (4.7. ábra) működése is ezt az elvet követik ábra: Karburátor működése [8] 4.6. ábra: Porlasztó működés közben [9] Ha megfigyeltük a kémiaórákról már ismert Bunsen égőt (4.8. ábra) ami szintén ezen az elven működik akkor láthatjuk, hogy igen széleskörű a sugárszivattyúk alkalmazása. Másik ilyen nyílt lánggal üzemelő berendezés még a Teclu égő is. 11

19 4.7. ábra: Festékszóró pisztoly metszete [10] 4.8. ábra: Bunsen égő működése A gyártók széles választékot kínálnak ezen berendezésekből, melyeket széles körben alkalmaznak is. Az alábbi 4.1. táblázat a gyártó által kínált, különböző közeggel működtetett és működő sugárszivattyú típusokat, és azok ajánlott felhasználási területeit mutatja be. 12

20 4.1. táblázat: Sugárszivattyúk típusai és felhasználása [11] Szállító anyag Folyadék Gőz Gáz Folyadék szállításra Folyadék szállításra Folyadék szállításra Szivattyúzás tartályból vagy Szivattyúzás tartályból Szivattyúzás tartály- medencéből vagy medencéből ból vagy medencéből Folyadék Keverés vagy vegyítésre Folyadékok emelésére Centrifugál szivattyú szívóol- Folyadékok emelésére Tartályban történő melegítésére Folyadékok emelésére dali nyomás erősítésére Hígításra Tartályban való keverésre Rétegződés mentesítésre Szállított anyag Gőz Folyadék melegítésre Tartály ürítésére Vákuum előállítására Tartályból való elszívásra Tartály levegőztetésére Tartályból való elszívásra Tartály ürítésére Tartályból való elszívásra Vákuum előállítására Tartály ürítésére Tartályból való elszívásra Tartály ürítésére Tartályból való elszívásra Vákuum előállítására Tartály ürítésére Tartályból való elszí- Gáz Elsődleges szivattyúként Tartály ürítésére Vákuum előállítására Elsődleges szivattyúként vásra Vákuum előállítására Elsődleges szivattyúként Zagy szállítására Zagy szállítására Pneumatikus szállí- Hígítás vagy keverés csőben Párásításra tásra Porok szállítására Tartályban történő mele- Szilárd Tartályon belüli keverés Szuszpenzió előállítására Folyadék tartályok cirkuláltatá- gítésére sára Szilárd anyagok nedvesítésére 13

21 Erőművekben Az erőműveknél használatos kondenzátorok a gőzturbinából érkező forró, magas entalpiájú gőzt hivatottak lehűteni és vízzé kicsapatni. Működési elve a hőcserélőkével azonos. A kondenzátorokból gőzsugár szivattyú segítségével szívják el a levegőt és tartják fent a vákuumot [5] Hűtési rendszerekben Egy 2005-ös tanulmány alapján, kifejlesztettek egy jobb hatásfokú hűtő rendszert sugárszivattyú alkalmazásával (4.9. ábra). A COP szám, melyet az elpárologtató hőelvonása és a kompresszor által bevitt munka hányadosa ad meg, úgy növelhető a tanulmány szerint, hogy a meglévő ejektor mellé egy sugárszivattyút építenek be. Így a gőzgőz ejektor teljesítménye megnövelhető a folyadék-gőz sugárszivattyú segítségével, ami egy plusz fokozatként szolgál a jelen rendszerben [12] ábra: Hűtő körfolyamat elvi felépítése 14

22 Tűzoltásban Feladata a szivattyú nyomócsonkjára kapcsolt tömlőben meghatározott nyomással áramló vízhez keverje a habképző anyagot. (Venturi-elven alapul). A léghab-sugárcsövek feladata a léghab előállítása. A vízsugárszivattyúból a nyomótömlőn keresztül jut a léghab-sugárcsövek speciális fúvóka rendszerébe a víz-, és a habképző anyag oldata. A fúvókarendszer környezetében kialakuló nyomáscsökkenés eredményezi a levegő sugárcsőbe való jutását, de a habképzést más, egyedi jellemzők is segítik. Egyes sugárcsövekben a beáramló oldatmennyiséget több kisméretű fúvókába vezetik, és az azokból kiáramló kis sugarakat egymással ütköztetik. Az ütközés hatására jön létre a porlasztás, illetve a buborékképződés. Más sugárcsövekben, egy vagy több fúvókában terelő lemezeket is elhelyeznek. Ezek a lemezek az oldatsugarat perdületbe hozzák és ez ugyancsak a buborékképződés és az elporlasztás irányába hat [13] Szennyvízkezelésben A szennyvíztisztítás - a teljesség igénye nélkül - három részre bontható. Először a szennyvíz mechanikai tisztításon megy keresztül, ahol a szűrőrácson fennakadt szennyeződést eltávolítják. Ezt követően jut el a szennyvíz az úgynevezett biológiai medencébe, ahol oxigénnel keveredik, és ülepítés után jut a végső harmadik szakaszba. Itt történik a derítés és fertőtlenítés. Számunkra a biológiai medencében történő tisztítás menete fontos. Ezeknél a biológiai medencéknél más néven eleveniszapos tisztítók használatos berendezések tervezése során, nagy figyelmet kell fordítani a szennyvízben található mikroorganizmusok oxigénellátására. A szennyvízzel működtetett sugárszivattyúk, injektorok ezt az igényt hivatottak kiszolgálni (4.10. ábra). Levegőt keverve a szennyvízhez, ellátja a mikroorganizmusok oxigénigényét és folyamatos, gyorsabb keveredést tesz lehetővé. Gyakran alkalmazzák az injektoros levegőztetést viszonylag kedvező üzemeltetési energiaköltsége és igénytelensége miatt [14]. 15

23 4.10. ábra: Sugárszivattyúk alkalmazása a szennyvíztisztításban [14] Injektoros hegesztőpisztoly A hegesztés során a hegesztőpisztolynál biztosítania kell a kisnyomású égőgáz megfelelő keveredését, amelyre az injektoros megoldást alkalmazzák. Itt a működtető közeg az oxigén, melynek szívóhatásával jut be az égőgáz a hegesztőpisztolyba, e-nélkül az égőgáz nyomása nem lenne elegendő a gáz biztosítására a pisztolyban. Az égés visszafelé terjedésének megakadályozása miatt, a gázáramlás sebességének az égőfejnél nagyobbnak kell lennie, mint az égési sebesség. Ennek elkerülésére injektoros hegesztőpisztolyokat használnak (4.11. ábra). Az oxigén az A vezetékből az F jelű fúvókán keresztül áramlik a G keverőszárba és nagy sebességgel az L térbe, és a G térben keveredik az oxigénnel. A gázmennyiség változtatását az égőfejek cseréjével lehet biztosítani [15] ábra: Injektoros hegesztőpisztoly [15] 16

24 Gőzsugárszivattyú alkalmazása geotermikus erőműben A csőköteges-köpenyes gőz-kondenzátor alkalmazásánál, amikor a hűtővíz ellátása körülményes, akkor legtöbbször léghűtéses kondenzátorokat alkalmaznak. A léghűtéses kondenzátorral nem lehet elérni ugyan azt az alacsony nyomást és hőmérsékletet, mint vízhűtésnél. A legtöbb csőköteges kondenzátorban a hűtővíz a csőkötegen keresztül áramlik, a kiömlő gőz pedig a köpenyen belül áramolja körül a csőköteget. A szükséges vákuum fenntartása a köpeny belsejében egy külső gőz-ejektorral (gőzsugárszivattyú) történik (4.12. ábra). A gőz-ejektor használható a gőz tisztítására oly módon, hogy az elszívás során a nem kondenzálódó gázokat - például a széndioxidot - eltávolítja a kondenzálódó gőzből [16] ábra: Gőzsugárszivattyú vázlata [16] A bemutatott alkalmazásokból következik, hogy a sugárszivattyúkat előszeretettel alkalmazzák egyszerűsége, könnyű gyártása, kis előállítási költsége és karbantartási igénytelensége miatt, viszont kompromisszumot kell kötni az alacsony hatásfokkal. Az évek során a gyártási technológiák fejlődésével és az innovatív mérnöki megoldásokkal a napjainkban használt sugárszivattyúk hatásfoka 35%-ra tehető Mérési módszer PIV Alapelve A PIV méréstechnika a közegek áramlására nyújt beavatkozás mentes vizsgálati lehetőséget. A mérés elve azon alapul, hogy a vizsgálni kívánt áramló közeghez nyomjelző részecskéket adagolunk, melyek az áramlással együtt mozognak. Ehhez a folyadékéval nagyjából megegyező sűrűségű nyomjelző részecskékre van szükség, ami a 17

25 gyakorlatban néhány mikron átmérőjű poliamid/polisztirol szemcséket alkalmazását jelenti. A nyomjelző szemcsék sebességének meghatározása lézeres sebességméréssel történik (4.13. ábra). A mérés során nagy sebességű impulzus üzemű lézerrel rövid időre megvilágítjuk a folyadékot egy síkban. A megvilágított részben digitális kamerával a nyomjelző részecskéken szóródó lézerfényről képet készítünk. Amennyiben két, egymást követő lézer-felvillanás között igen kis idő (néhány ms) telik el, matematikai és statisztikai módszerekkel meghatározható az egyes szemcsék elmozdulása az eltelt idő alatt, így a megvilágított terület sebességmezője meghatározható [17] ábra: Általános PIV elrendezés [18] 18

26 Fajtái Normál PIV (2D) Térhatású (stereoscopic) PIV (3D) Micro PIV Holografikus PIV Szkenner PIV Tomográfiás PIV Termográfiás PIV Segédberendezések Átlátszó üveglapokkal határolt zárt mérőtér Nagy sebességű impulzus lézerfényt kibocsátó egység (duál impulzus lézer) Optikai berendezések (tükrök, polarizátorok, lencsék, prizmák, lézersík optika) CCD érzékelős nagysebességű digitális kamera TTL egység (időzítő) Adatfeldolgozó egység (számítógép) Kiértékelő szoftver Gyakorlati alkalmazása Orvostudományban a biológiai áramlások vizsgálatára CFD szimulációk hitelesítésére Összetett aerodinamikai vizsgálatokra Szuperszonikus áramlások vizsgálatára Autóiparban végzett mérésekre Képfeldolgozás Az alapelvben leírtak szerint dupla impulzus lézerrel történik a X Y [mm 2 ] mérési terület megvilágítása. A megvilágított területen átáramló részecskékről visszaverődő fényt egy nagysebességű kamera rögzíti. A kamera a lézerimpulzusokkal egy időben készít képet, melyek között t idő telik el. Ez idő alatt a részecskék x elmozdulást végeznek. A két változásból differenciálással megkapjuk a részecske sebességét: v = x t (4.16.) 19

27 A kamera által készített képeket a hozzá csatlakoztatott számítógépen lévő program dolgozza fel. A program módosít a képeken, ha szükséges (nagyít, méretez, látószöget állít) és egy rács segítségével felosztja iterációs területekre. A rácsok méretét pixelek szerint lehet megadni (18x18, 32x32, 64x64, 128x128), ahol a nagyobb szám kevesebb iterációs négyzetet eredményez. A képfeldolgozáson javíthatunk, ha a számítási területeket egymás közti átfedéssel vesszük fel. Ekkor kiküszöbölhetők az ugrásszerű értékek [19]. A keresztkorreláció során, a két kép ugyanazon számítási területeit a program vizsgálja és a számítási területeken található pontokat a másik számítási terület pontjaival egyenként összehasonlítja, és eközben a pontok intenzitását is figyeli. A korrekciós eljárás minden számítási területen meghatározza az azonos részecskék legvalószínűbb x elmozdulását. Miután a program ezeket meghatározta egy úgynevezett szubpixel interpolációt hajt végre. Ez a feldolgozási rész a meghatározott értékek közötti értékeket számolja ki, javítva ezzel az eljárás pontosságát (4.14. ábra) [19]. A két kép egyazon pixelének (I 1 és I 2 ) keresztkorrelációs eljárás a következő korrelációs függvénnyel történik: R(s ) = I 1 I A (x ) I 2 (x s ) dx (4.17.) ahol: s a szeparációs vektor (a felületet végigpásztázó különbség) x az iterációs területre eső részecskék helykoordinátája I A a vizsgált iterációs terület R(s ) a függvény maximumát adja és a hozzá tartozó s érték határozza meg a részecske elmozdulásának legvalószínűbb x értékét: x = s Rmax (4.18.) A keresztkorreláció eredményes használatához elengedhetetlen, hogy az iterációs területen minimum részecske legyen. Ezen alapszabályt figyelembe véve kell megválasztani a terület nagyságát és a részecskék mennyiségét [19]. 20

28 4.14. ábra: A képfeldolgozás folyamata [19] A beállítás előtt nem szabad figyelmen kívül hagyni a következő szabályt sem: az iterációs terület oldalhossza d IA és a kép nagyításának s s arányosnak kell lennie az áramlás struktúrájával. A feltétel teljesítéséhez az iterációs területen belül a sebesség gradiensnek kicsinek kell lennie: s s v max v min A t d IA < 5% (4.19.) A PIV mérés megkezdése előtt egy kalibrációt kell végrehajtanunk, mellyel meghatározzuk az s s arányt. Erre azért van szükség, hogy ismerjük a digitális képen lévő pixelek a valóságban mekkora távolságot jelentenek (egy milliméter hány pixelnek felel meg). Az v max v min A értéke megegyezik a sebesség gradiens értékével az iterációs területen, továbbá az iterációs terület d IA oldalhosszát kell megválasztanunk a területen lévő pixelek számával, (32 32, 64 64, stb.) változtatásával. A képletben szereplő t a két kép között eltelt időt jelenti, melyet elsőként tudunk állítani a mérés során. A legnagyobb mérési sebességhez ismernünk kell a részecskék áramláskövető tulajdonságát, az iterációs terület nagyságát a mérési időn t belül. 21

29 A sebesség gradiens nehézkes meghatározása miatt a könnyebben megbecsülhető, az áramlásban előforduló legnagyobb v max mérendő sebességet érdemes használni a t idő meghatározásához. Az alapszabály tehát a következő: s s v max t d IA < 25% (4.20.) Az elkészült két képet külön-külön a PIV-s feldolgozó program négyzetrácsokra osztja fel. Ezekben a kis rácsokban vizsgálja a nyomjelző részecskéket és számítja az elmozdulását [20]. A PIV hasonlítása a pillanatnyi mérési módokhoz képest: Hagyományos módszer (HWA, LDV) Pontbeli mérést tesz lehetővé Az áramlási tartományban mozog Időbeli változást csak az adott pontban lehet vele követni Turbulencia statisztikákra elsődlegesen használható módszerek Particle Image Velocimetry Térrészt vizsgál Nem befolyásolja az áramlást Pillanatnyi áramlási és örvényességi mező meghatározására használható Az eredményes mérés végrehajtásához nélkülözhetetlen a PIV rendszer összehangolása és részegységeinek helyes beállítása. Itt a mérési mód két fő hardveres és szoftveres részére térnék ki [20] Rendszer beállításai A képalkotáshoz tartozik a megfelelő nyomjelző részecske megválasztása, ahol feltétel, hogy a részecske könnyen detektálható legyen, és ne befolyásolja a vizsgálni kívánt fluidum áramlását. Ebből kifolyólag kisméretű, a térfogathányadnak kisebb, mint 10 4 kell, hogy legyen. Emellett feltételezzük, hogy a nyomjelző részecskék homogén eloszlásúak, tökéletesen követik az áramlást és egységesen mozdulnak el a vizsgált tartományon [20]. Egy számítási területen belül legalább 15 részecskének kell lennie, ha ennél kevesebb, akkor a számítási eljárás megbízhatósága csökkeni fog. A fényforrás - esetemben a lézer - intenzitása a környezeti fényviszonyoktól függően változhat. Cél, hogy a nyomkövető részecskéket a kamera érzékelni tudja, megfelelő 22

30 intenzitással legyenek megvilágítva. A mérés során célszerű a környezeti fényt kiszűrni (például: sötétítő függönyökkel, zárt helyiség választásával vagy napszak választással). A fény kívánt pontba történő eljuttatására nagyteljesítményű lézerfényhez készült speciális tükrök kerültek alkalmazásra, valamint egy lézersík optika. A lézersík optika beállításánál ügyelnünk kell arra, hogy a lézerfény az optika közepébe érkezzen, lehetőleg merőleges, különben a lézersík intenzitása inhomogén lesz, amely a mérőtérben lévő részecskék egyenetlen megvilágítását fogja eredményezni. A PIV kamera látószögét a mérési területre állítva, azt pozícionálva, fókuszálva, a blende nyílását a fényviszonyoknak megfelelően kell beállítani. Az alkalmazási módok közül használt Off-axis PIV esetén, egy kalibrációs táblát kell a mérendő síkra helyezni és kalibrációs képet kell készíteni, amelyre a későbbiekben a feldolgozás során lesz szükségünk. Célszerű a PIV kamera objektív elé egy olyan színszűrőt elhelyezni, amely csak a lézerfény hullámhosszát engedi át, így javíthatunk a mérési képek minőségén. Ahhoz, hogy a rendszerünk összehangoltan és pontosan működjön, szükségünk van egy szinkronizáló egységre, amely összeköttetésben áll a feldolgozó számítógéppel és az impulzus lézerrel egyaránt. Ez a berendezés felelős azért, hogy a képek készítése a lézer felvillanásával egy időben történjen. A PIV kamera és a szinkronizáló egység közvetlenül csatlakozik a számítógéphez. A számításokat a számítógép a rajta futó képfeldolgozó program segítségével végzi el az előre megadott feldolgozási beállítások alapján. 23

31 5. MÉRÉSI ELRENDEZÉS A rendszer az 5.1. ábrán látható módon került összeállításra. A korábban már említett Göttingen típusú szélcsatorna és a hozzá tartozó frekvenciaváltós vezérlés adott volt ábra: Teljes mérőrendszer elrendezés A fenti elrendezésből kiemelve a következő 5.2. ábrán látható a szélcsatorna mérőszakaszának nagyított képe a benne található sugárszivattyúval ábra: Szélcsatorna mérőszakasza a benne elhelyezett kísérleti sugárszivattyúval 24

32 5.1. Mérési környezet A mérést a Miskolci Egyetemen, az Áramlás és Hőtechnikai Intézeti Tanszék C/2-es műhelycsarnokában hajtottam végre, környezeti hőmérsékleten (~23,7-24,2 C) és közel 1 atm nyomáson. A szélcsatorna a műhelycsarnoktól mobilfalakkal volt elhatárolva. A bejárati részen egy speciális optikai méréstechnikában használatos függöny gondoskodott arról, hogy a külső fény ne jusson be, valamint a lézerfény ne jusson ki ábra: Elkülönített mérőtér 5.2. Rendszer komponensei Mint minden mérőrendszernél, a PIV mérés során is több berendezést, mérőegységet alkalmazunk. A mérés reprodukálhatóságnak érdekében, célszerű ezen rendszer egységeinek paramétereit rögzíteni Kísérleti sugárszivattyú Tervezése A kísérleti sugárszivattyú egyedi terv alapján készült el, melyet Tanszékvezető Úr ajánlott. A szélcsatorna méreteit figyelembe véve lett méretarányosan áttervezve az eredeti terv. A tervezést, modellezést, és műhelyrajzokat elkészítését számítógépen, az Autodesk Inventor Professional 2015 nevű tervezőprogrammal végeztük el (F.1. ábra). A sugárszivattyú összeszereléséhez darabjegyzék is készült. A szélcsatorna mérőszakaszába elkészítettük a kísérleti sugárszivattyú komplett beépítési modelljét 25

33 (5.4. ábra). A mérési módszer miatt fontos volt, hogy a sugárszivattyú anyaga átengedje a lézerfényt, ezért ezt polimetil-metakrilát más néven plexinek választottuk ábra: Modell a mérőszakaszba épített kísérleti sugárszivattyúról Építése A sugárszivattyú elkészült tervei alapján, a méreteket 5 mm vastagságú plexi táblára felmértük és megrajzoltuk a kivágandó alap- és fedlapot. A kivágáshoz dekopírfűrészt használtunk, és hogy a vágás egyenletes legyen, ne töredezzen le a plexi széle, a vágási vonalat vékony zsírréteggel kentük be. Az alap és fedlapot egyszerre vágtuk ki, melyek széleit egy flexre rögzített csiszolókoronggal csiszoltuk össze a szimmetrikus geometria kialakítása végett. Az ilyen anyagmegmunkálásoknál nagy figyelmet kellett fordítani a munkavégzés időtartamára is, mert ezen művelet során a plexi anyaga könnyen megolvadhat. A többi elem felrajzolása és kivágása után satu és hőlégfúvó együttes alkalmazásával végeztük az egyes elemek hajlítását. A hőlégfúvó melegítési hőmérséklete körülbelül C volt. Ennél magasabb hőmérsékleten a plexi anyagában buborékok keletkeztek, melyek akadályozták volna a lézerfény szabad átjutását. Az alkatrészek összeillesztése után rögzítettük a sugárszivattyút és állványos fúró segítségével kifúrtuk a furatokat. A furatokba stifteket helyeztünk, így rögzítettük egymáshoz az alkatrészeket. 26

34 5.5. ábra: Kísérleti sugárszivattyú elemei A szivattyú fúvóka részének végén az anyagvastagságot, precíziós marógéppel sikerült fokozatosan 1 mm-re csökkenteni. Ezt követően felváltva polírozó koronggal és fogpaszta dörzsölésével próbáltuk simává, és ebből adódóan átvilágíthatóvá tenni a megmunkált felületet, ami sikerült is. Az alapos tisztítás előtt az egész sugárszivattyút darabjaira szedtük (5.6. ábra). Sajnos a plexi takarításához használt denaturált szesz néhol hajszálrepedéseket okozott a plexiben. A hajszálrepedések leginkább a fúvóka végén láthatóak, emiatt erősen szóródik a lézerfény a sugárszivattyú ezen részén. Azért, hogy a sugárszivattyú hermetikusan zárjon az illesztéseknél a stiftek mellett naturális szilikon tömítő pasztát, más néven sziloplasztot használtunk. A ragasztás során ügyeltünk arra, hogy tömítőanyag a sugárszivattyú belsejébe ne juthasson be. 27

35 5.6. ábra: A kísérleti sugárszivattyú építése, ragasztás előtt Egy éjszakán keresztül - összeszorítva a szivattyú két lapját terhelés alatt hagytuk kötni a tömítő anyagot. Másnap ellenőriztük a tömítettséget és ahol kellett ott kívülről újra tömítettük. A beszerelés előtt eltávolítottuk a védőfóliát a plexi felületéről Konfúzor és diffúzor A sugárszivattyú szélcsatornába való illesztéséhez tervezni és építeni kellett egy keresztmetszet szűkítőt (konfúzort) és egy keresztmetszet bővítőt (diffúzort) is. Ennek anyagául 2 mm-es alumínium lemezt választottunk és használtunk fel. A tervek elkészítése és a műhelyrajzok méretezése után megkezdődött az építés. Egy 2 m 2 -es alumínium lapra került fel a szabásminta. A felrajzolását követően megtörtént az alkatrészek kivágása, melyeket a kijelölt helyeken meghajlítottunk. A lemezeket egymáshoz popszegecsekkel rögzítettük, majd sziloplaszttal tömítettük. Annak érdekében, hogy a konfúzor és diffúzor ne mozdulhasson el, kaptak egy-egy talapzatot. A belső keresztmetszetek köré vékony szivacsréteg került felragasztásra a tömítettség növelésének érdekében. 28

36 5.7. ábra: Kísérleti sugárszivattyú az elkészült konfúzorral és diffúzorral Szélcsatorna Korábban már említett Göttingen típusú szélcsatornát használtunk a mérések végrehajtásához. A nyomáskülönbség előállítására egy FALAX S 31.5 típusú axiális ventilátort használtunk (5.8. ábra) ábra: FALAX S 31.5 típusú axiális ventilátor 29

37 A csatornában uralkodó szélsebességet a ventilátor fordulatszámának változtatásával megvalósítottuk meg. A szabályozásra frekvenciaváltós megoldást használtunk. A frekvenciaváltó egységhez tartozó vezérlő potenciométerrel állítottuk be a kívánt frekvencia értékeket (a következő fejezetben találhatóak ezen értékek). A szélcsatorna mérőterének üveg oldallapjait eltávolítva került behelyezésre a sugárszivattyú. A szélcsatornában előállítható szélsebességet, szubszonikus tartományban, a mérőszakaszban 0,2 1,5 m/s között lehetett állítani. A mérőszakasz egy 500 mm x 500 mm keresztmetszetű, 2000 mm hosszú csatorna volt, amelyből 800 mm-t a mérőtér tett ki. A mérőszakasz előtt található több fémszövetű rács is, melyek a rendezett áramlást hivatottak biztosítani (5.9. ábra). Az 1200 mm x 1200 mm-es keresztmetszetű szakaszban és az előtte elhelyezkedő diffúzorban is három ilyen rács található. A két konfúzor között is található egy áramlásrendező fémszövet háló ábra: A szélcsatorna főbb méreteinek feltüntetésével készült sematikus rajz 30

38 Olajköd generátor Egy TSI - Oil Droplet Generator 9307 típusú olajköd generátor szolgáltatta a nyomkövető részecskéket, melyek átmérője megközelítőleg 70 μm volt. A berendezés sűrített levegővel és extra szűz olivaolajjal működtettük 2 bar-os üzemi nyomáson Kompresszor Az olajköd generátor számára a sűrített levegő folyamatos ellátását az Orlik Kompressory 2 JVK-50 típusú kompresszor és a hozzá tartozó 200 literes légtartály biztosította (5.11. ábra) ábra: Olajköd generátor ábra: Kompresszor egység PIV rendszer Lézer A felhasznált berendezés egy nano L PIV nagysebességű és nagyteljesítményű dupla pulzáló Nd: YAG típusú lézer volt (5.12. ábra). A két lézerfényt a bene található optika közösíti, irányítja egy vonalba. A 4 ns-ig tartó lézer impulzus maximális frekvenciája 15 Hz és maximális energiája mj. A kibocsájtott fény hullámhossza 1064 nm 31

39 vagy 532 nm-esre állítható. Esetünkben a kibocsájtott lézerfény hullámhossza 532 nm volt ábra: Lézer egység ábra: Lézer tápegység Tápegység Ez az eszköz működteti a lézert. Használat előtt desztillált vízzel fel kell tölteni. Csak az üzemi hőmérséklet (95 C) elérése után kapcsolható be a lézer. Ehhez kapcsolódik a szinkronizáló és a kézi vezérlő egység. Az előlapon található billenő kapcsolókkal lehet beállítani a kézi vagy a szinkronizáló egység felöli lézer vezérlést (5.13. ábra). A lézerfény kibocsájtásához - biztonsági okokból - a tápegység kulcsának elfordítása szükséges Vezérlő egység A beállításhoz és vezérléshez szükséges gombok találhatók rajta. Két potenciométerrel a lézerek feszültségét (intenzitását) lehet külön-külön szabályozni (0-10 V-ig), valamint a felvillanás frekvenciát (0-10 Hz). A lézerfény kijutását megakadályozó blendét lehet vele nyitni és zárni, magát a lézert ki és bekapcsolni. A lézer működéséhez szükséges szivattyút is itt lehet bekapcsolni és a rendszert lekapcsolni. Egy visszajelző LED világít, ha a berendezés lézerfényt bocsájt ki (5.14. ábra). 32

40 5.14. ábra: Lézer vezérlőpanel ábra: Szinkronizáló egység Szinkronizációs egység A berendezés felelős azért, hogy akkor rögzítsen képet a kamera, mikor a lézer villan. A számítógép kommunikációs porttal kapcsolódik az eszközhöz, amely lehetővé teszi a szinkronizációs egység beállítását és vezérlését (5.15. ábra). Lehetőség van a szinkronizációs egységről kimenő trigger jel felhasználására is Kamera Az eszköz egy TSI gyártmányú POWERVIEW Plus 4MP-es digitális double frame CCD kamera (5.16. ábra), mely szürkeárnyalatos (grayscale), 12 bit felbontással, 15 Hz-es felvételi frekvenciával készít képeket a mérőtérről. A kamera objektíve egy NI- KON gyártmányú AF Nikkor 50 mm; f/1,8d; f-szám: 2,8 és a fókusz 935 mm-re volt állítva. A kamera objektívjén egy 532 nm-es színszűrő is található, annak érdekében, hogy lehetőleg a lézer által kibocsájtott fényt észlelje. A kamera lencséjét a vizsgálni kívánt részre kell fókuszálni és, arra hogy a kamera CCD/CMOS chipjére mennyi fény jusson, a blende nyitásával és zárásával tudjuk szabályozni. Közvetlen összeköttetésben van a számítógéppel. A beállításánál kalibrációs képet kell készíteni, hogy a későbbiekben a számítógépes képelemző program meg tudja határozni a valós sebességeket. 33

41 5.16. ábra: Digitális kamera színszűrővel ábra: Síkoptika Síkoptika A lézerfényt hivatott optikai tükrökön és lencséken keresztül síkká alakítani (5.17. ábra). Fontos, hogy a lézerfény a síkoptika közepébe jusson, különben nem lesz egyenletes a sík intenzitása. A lézersík mozgatásával jelölhetjük ki a vizsgálni kívánt területet Feldolgozó szoftver és számítógép A képek rögzítéséhez a számítógépben található egy PC frame grabber kártya. A számítógépen használt képfeldolgozó szoftver az Insight 3G Windows XP-re telepített változata volt. A program képes vezérelni a kamerát és a lézert egyszerre. A Capture fül beállításaiban lehetőség van a két kép készítése alatt eltelt időt megadni ms-ban (Timing setup). Erre akkor van szükség, ha a két képen a nyomjelző részecskék mozgása egymáshoz viszonyítva a sebességük miatt nem határozhatóak meg. A készítendő képek módját (Simple, Sequence, Continous), mennyiségét és azok számozásának beállítását is itt végezhetjük el (5.18. ábra). 34

42 5.18. ábra: Insight 3G képfeldolgozó program a képrögzítés előtt Az így elkészült képeket a Processing fülre kattintva feldolgozhatjuk. Ezen a felületen választhatjuk ki a feldolgozási módot, ahol a már korábban említett kalibráció alapján tudja a program viszonyítani a képen lévő pixelekben mért távolságokat a valós távolságokhoz képest. A kalibráció után lehetőség nyílik arra, hogy beállíthassunk egy Mask -ot amivel kijelöljük a számunkra kiértékelés szempontjából fontos területet. A Pre-processing beállításnál lehetőség van a képek korrekciójára, azaz a Dewarping -ra. Ez művelet nyers képeket a kamera betekintési szögétől függően melyet a kalibrációs tábla segítségével határoz meg - torzítja módosítja. A Processing beállításnál a számítási területek méretét, illetve a kiértékeléshez használt algoritmus típusát lehet kiválasztani. A Post-processing beállítás a kapott eredményekben található vélhetően hibás adatok eltávolítására szolgáltat különböző megoldási lehetőségeket. A feldolgozó program a folyamat végén létrehozza.vec kiterjesztésű adatfájlokat és hozzájuk tartozó korrigált képeket. A program eredményül a feldolgozott képeken megjeleníti a kapott sebességvektorokat (5.19. ábra). 35

43 5.19. ábra: Insight 3G képfeldolgozó program a képfeldolgozás után Testo gömbszondás sebesség és hőmérsékletmérő A mérés során a kísérleti sugárszivattyú fúvókájának elején elhelyezett teleszkópos gömbszondás érzékelővel mértük a kialakuló sebességeket és hőmérsékleteket három különböző pontban (5.20. ábra). A három kijelölt pont a kísérleti sugárszivattyú fúvóka szakaszának elejében, valamint a két szívócsonk belépő keresztmetszetén történt. Ezen mérések célja, hogy a PIV által mért sebességeket és a gömbszondákkal mért sebességeket összehasonlíthassuk egymással. 36

44 5.20. ábra: A konfúzor és a kísérleti sugárszivattyú fúvókájában elhelyezett teleszkópos gömbszondás mérő A sugárszivattyú fúvóka szakaszában elhelyezett ábrán látható típusszámú teleszkópos érzékelő a belső sebességet, míg a beszívási sebességét a típusszámú érzékelő mérte. A két gömbszondás szenzort egy TESTO 445 típusú készülékhez csatlakoztattuk (5.21. ábra). A gömbszondák mérési határa az alábbi 0 10 m/s tartományba esett, érzékenysége pedig ±0,03 m/s volt ábra: TESTO 445 típusú klímatechnikai készülék [21] 37

45 5.3. Mérési rendszer beállítása A szélcsatorna oldallapjainak eltávolítása után a konfúzor és diffúzor elemeket elhelyeztük a mérőszakaszban és ragasztószalaggal a széleiket körberagasztva tömítettük és illesztettük a szélcsatorna falához. A kísérleti sugárszivattyút elhelyeztük a szélcsatorna mérőszakaszában, majd a lézert bekapcsolva úgy állítottuk be, hogy a lézersík a sugárszivattyú közepén menjen át. A lézersík alá fekete ragasztószalagot ragasztottunk, hogy csökkentsük a lézerfény tükröződését. A PIV kamera rögzítéséhez ISEL elemekből építettünk egy tartóállványt, melyre állítható lábakat szereltünk fel. A kamera magasságát az állványon csúsztatva tudtuk változtatni, a finombeállításokat, valamint a kamera dőlésszögét az állvány lábainak állításával végezhettük el. A kamerát vertikális irány mentén is állíthattuk. A PIV kamerát úgy helyeztük el, hogy a lézerrel megvilágított, vizsgálni kívánt területet rögzítse. A kísérleti sugárszivattyút ismét eltávolítva a lézersíkkal egy vonalba helyeztük el a kalibrációs táblát. Már korábban említettük, hogy a képek feldolgozásához szükséges egy kalibrációs tábla, melyen négyzetesen elhelyezkedő pontok egymástól mm-re találhatók (5.23. ábra). Ezen tábla alapján határozta meg a képeken a program a valós távolságokat ábra: A program által felismert kalibrációs pontok A lézert kikapcsoltuk, majd ezt követően folyamatos felvételt indítottunk el. A számítógéphez csatlakoztattunk egy másodlagos monitort is. Ezen monitor alkalmazásával és 38

46 az élő képre felvett segédrács megjelenítésével pozícionáltuk a kamerát, hogy a kalibrációs kép a felvétel középre essen. A programban az exponálási időt manuálisra Free -re állítottuk, majd a kamera objektívvel a képre fókuszáltunk és a megfelelő fényerősséghez 2,8-as blende nyílást használtunk. Single képkészítési üzemmódban rögzítettük a kalibrációs képet. A kalibráció után ügyeltünk arra, hogy a kamera a mérés során ne mozduljon el, ugyanis elmozdulás esetén újabb kalibrációt kell végeznünk. Az exponálási időt szinkronizáltra Synchronized, a képkészítés módját sorozatra Sequence állítottuk és megadtuk, hogy 20 képet készítsen. A képek közötti időt a képletből és a próbamérésekből szerzett tapasztalatok alapján ( Timing Setup ) t = 100 ms-ra állítottuk be. Az érdemi mérés megkezdése előtt ellenőriztük és beállítottuk az olajköd generátor 2 bar-os üzemi nyomását. A kísérleti sugárszivattyút visszahelyezve a mérőszakaszba elkezdődhetett a mérés. Három - egymást fedő - mérési területet jelöltünk ki a kísérleti sugárszivattyúnkon, hogy a későbbiekben összefűzhessük a mérési eredményeket, és teljesebb képet kapjunk a benne kialakuló áramlási sebességekről (5.24. ábra) ábra: A sugárszivattyú vizsgált területei (piros színnel - szívó rész, narancsszínnel - fúvóka rész, zöldszínnel - keverőtér rész) A sugárszivattyú mögé egy fekete kartonlapot helyeztünk a jobb láthatóság érdekében. A lézer és a kamera mozgatását mindhárom mérési esetben elvégeztük. A három területről egyenként két fajta mérést végeztünk hat féle frekvenciaérték mellett (5.1. táblázat). Az olajködöt először a fúvókán keresztül áramoltattuk a rendszerbe, a második esetben már a kísérleti sugárszivattyú szívócsonkjához vezettük. 39

47 5.1. ábra: Mérési terv Sugárszivattyú vizsgált része Eleje Közepe Vége Olajköd táplálási módja belső külső belső külső belső külső 20 Hz 20 adat 20 adat 20 adat 20 adat 20 adat 20 adat 26 Hz 20 adat 20 adat 20 adat 20 adat 20 adat 20 adat 32 Hz 20 adat 20 adat 20 adat 20 adat 20 adat 20 adat 38 Hz 20 adat 20 adat 20 adat 20 adat 20 adat 20 adat 44 Hz 20 adat 20 adat 20 adat 20 adat 20 adat 20 adat 50 Hz 20 adat 20 adat 20 adat 20 adat 20 adat 20 adat Összesen 720 db adatfájlt dolgoztunk fel Mérés elvégzése A PIV mérés elvégzése előtt a tükröt és a lézersík optikát védő zacskót, valamint a lézer nyílását takaró ragasztószalagot eltávolítottuk. Ezt követően a szélcsatorna frekvenciaváltóját, a számítógépet, a szinkronizáló egységet, a PIV tápegységet, a kamerát és a kompresszort áram alá helyeztük. Bekapcsoltuk a szinkronizáló egységet és a lézer tápegységét, melyet külső vezérlésre állítottunk át. A számítógépen a bekapcsolást követően elindítottuk a képfeldolgozó programot, amely az alsó állapotjelző sorban megjelenítette a csatlakoztatott eszközöket esetünkben a szinkronizáló egységet és a kamerát (5.19. ábra). Az üzemi hőmérséklet elérése után a tápegységet a kulcs elfordításával aktiváltuk. Beállítottuk a kívánt feszültségértékeket és bekapcsoltuk a rendszert SYSTEM ON és a szivattyúzást PUMP ON a lézer vezérlőpultján. Elindítottuk a szélcsatorna ventilátorát a kívánt frekvencia értéken, melyet a frekvenciaváltó vezérlőjének potenciométerével állítottunk be. A mérések a lézer blendéjének nyitásával kezdődtek, a sötétítő függönyt elhúztuk és olajködöt juttattunk a rendszerbe. Az eseményeket a folyamatosan nyomon követtük a kamera folytonos Continous felvételi módba való állításával. Amikor az olajköd eloszlása homogénné vált, akkor szekvenciális Sequence felvételi módban 20 képet készítettünk, majd ezt követően kikapcsoltuk az olajköd generátort és bezártuk a lézer blendéjét. A PIV mérést követően megmértük a sebességeket és hőmérsékleteket a TESTO mérőműszerrel. Először a 40

48 teleszkópos gömbszondával mértünk a kísérleti sugárszivattyú fúvóka szakaszán, majd a kézi gombszondával a szívócsonkoknál. Egy erre rendszeresített füzetbe jegyeztük le a mért adatokat. A mérések végeztével - a számítógépet kivéve - kikapcsoltuk és áramtalanítottuk a berendezéseket. Az képfeldolgozó szoftver Processing fülén a korábban már taglalt beállítások elvégzése után a Start gombra kattintva elkezdődött a képek feldolgozása. 41

49 6. MÉRÉSI EREDMÉNYEK KIÉRTÉKELÉSE A képfeldolgozás után kapott.vec kiterjesztésű adat állományokat használtam fel, melyek tartalmazták az X, Y koordinátákat és a hozzájuk tartozó U és V sebességeket. A koordinátarendszer origója a kalibrációs kép középpontjától számítandó. Az adatok feldolgozásához egy olyan Matlab programot készítettünk, amellyel az átlagsebesség eloszlást, az áramvonalakat, a sebességvektorokat, az örvényességet és a kijelölt keresztmetszeteken a sebességprofilokat PDF formátumba mentve lehetett kiértékelni. A sebességprofilok értékeit egy külön.xls Excel táblázatfájlba mentette a program, lehetőséget nyújtva a további feldolgozáshoz, esetemben a sebességprofilok összehasonlítására. A mérési területek képeiből a Microsoft Visio nevű programmal összeállítottuk a sugárszivattyú képét (6.1. ábra). A könnyebb szemléltethetőség érdekében a kiértékelt adatokat ezen a háttér kontúrjára rajzoltattuk fel ábra: Kísérleti sugárszivattyú képe a mérési területekből összeállítva A jobb szemléltethetőség végett az értékeket a mérések során készített képekből öszszefűzött sugárszivattyú hátterének kontúrjára rajzoltattuk fel. A feladat nem volt egyszerű, ugyanis három mérési területet kellett összefűzni és egységesíteni a koordinátarendszereiket. Viszonyítási pontok alapján történt az adatok eltolása az X és Y tengelyeken (5.27. ábra). A kiértékelő programot a MATLAB R2015a programmal készítettük el és futtattuk le (F3). 42

50 6.1. Kiértékelő program: A programba beimportáltuk az adatokat, melyeket hatosával kezeltünk: sugárszivattyú eleje, belső köddel sugárszivattyú eleje, külső köddel sugárszivattyú közepe, belső köddel sugárszivattyú közepe, külső köddel sugárszivattyú vége, belső köddel sugárszivattyú vége, külső köddel A program a cellákba felvett nyers adatok kiugró értékeit (medifilt1) kiszűrte, majd a hiányzó és köztes hiányzó adatokat interpolációval meghatározta. Az örvény erősségének kiszámítása után a normál eloszlást vizsgálta meg és az átlagtól eltérő szélső értékeket szűrte ki. Kiszámításra került a mérőtérben kialakuló sebesség és örvényesség átlagértéke is, melyek a PDF fájlok ábrái felett lettek feltüntetve. Az összehasonlíthatóság érdekében egységes színskálákat alkalmaztunk az összes sebességeloszlás 0-15 m/s, illetve örvényerősség -1,5-1,5 1/s ábráknál. A korábban említett sebességprofilok felvétele a következő X koordinátáknál történt: [25; 75; 125; 175; 275; 325; 375; 425; 475; 525; 575] mm. Ezen X koordinátákhoz tartozó sebesség értékeket, valamint a hozzájuk tartozó X és Y koordinátákat egy Excel táblázatba, azon belül húszasával külön munkafüzetbe mentette a program. Az így kapott XLS fájl minden munkafüzet lapján, található húsz adathalmaz pontjaiból átlagot számítottunk. Kiválasztottunk mindhárom mérőtérből egy-egy sebességprofilt és a hat különböző frekvenciához tartozó sebességeket egy közös diagramon ábrázoltuk. 43

51 6.2. Eredmények A kiértékelés során 6 különböző esetben (20-50 Hz) vizsgáltuk meg a kísérleti sugárszivattyút (F2). Öt féle szempontot emeltünk ki: sebességvektorokat áramvonalakat sebességprofilokat átlagsebesség eloszlást örvényességet Kiválasztottunk három sebességprofilt a sugárszivattyú különböző szakaszaiból és egy összehasonlító diagramon kirajzoltattuk mind a hat sebességértéken. Észrevehető, hogy a képek tengelycímein z és y elnevezés szerepel. Ezeket a korábbiakban Y és X tengelynek neveztük! Első mérési eset (20 Hz) A mért sebesség és hőmérséklet értékek a következők voltak: fúvókában: 2,81 m/s; 23,7 C szívócsonkban a felső részen: 1,44 m/s; 23,9 C szívócsonkban az alsó részen: 1,38 m/s; 23,7 C A sebesség vektorok eloszlása látható az alábbi 6.2. ábrán. Az áramlás irányát az ábrákon elhelyezett kék nyíl mutatja. Megfigyelhetjük, hogy az áramlás a legtöbb részen egyenletes. A piros karikával jelölt részen viszont zavaros áramlásra vagy mérési hibára következtethetünk. A narancssárgával jelölt rész torzulása a két mérési tartomány összeillesztésének hibájából adódik. Az y = mm-es tartományban megfigyelhető egy adat hézag (zölddel jelölve). A sugárszivattyú ezen részén optikai okokból nem tudtuk a PIV méréstechnikát alkalmazni. Az utolsó két észrevétel minden kiértékelt képre vonatkozik. 44

52 6.2. ábra: Sebességvektorok 20 Hz-en A 6.3. ábrán a szívócsonk szűkületénél az áramvonalak sűrűsödése látható. A fúvóka utáni szakaszon az áramvonalak egyenletes eloszlása figyelhető meg, amelyekből feltételezzük az elszívott közeggel való keveredést. A vektormezőkből és az áramvonalakból megállapítható, hogy nagymértékű örvényleválások nem keletkeznek a kísérleti berendezésben ilyen üzemi tartományban ábra: Áramvonalak 20 Hz-en A sebességprofilok ábrázolása 11 esetben történt, amely a 6.4. ábrán látható. A sugárszivattyú elején a 4. sebességprofilon megfigyelhető a sebesség növekedése a fúvóka részben. A keverőtérben végighaladva a sebességprofilok a középvonaltól kezdve fokozatosan eloszlik, ebből arra a következtetésre jutottunk, hogy a szállítandó 45

53 közeget a fő áramlás gyorsítja. A sugárszivattyú fala mellett ezek a sebességek jelentősen lecsökkentek, feltehetően a fallal való súrlódás miatt ábra: Sebességprofilok 20 Hz-en Megfigyelhető, a legnagyobb sebességek a fúvóka, és az az utáni keverőtér középvonala mentén alakulnak ki a kísérleti sugárszivattyú többi területéhez képest (6.5. ábra) ábra: Átlagsebességek 20 Hz-en 46

54 Az örvények keletkezése a sugárszivattyú elején nem volt számottevő, viszont a keverőtérben már érzékelhető volt a középvonalra szimmetrikus örvénylés. A két pirossal karikázott területen valószínűleg hibás értékek jelennek meg ábra: Örvényesség 20 Hz-en Az első jelölt hibát a nyomjelző részecskék számának elégtelensége és/vagy a lézerfény tükröződése, míg a másodikat az adatok feldolgozása során keletkező hiba okozhatta (6.6. ábra) Hatodik mérési eset (50 Hz) A mért sebesség és hőmérséklet értékek a következők voltak: fúvókában: 7,35 m/s; 24,2 C szívócsonkban a felső részen: 4,27 m/s; 24,2 C szívócsonkban az alsó részen: 3,9 m/s; 24 C A 20 Hz-es sebességvektor ábrához képest, azt tapasztaljuk a már korábban felsorolt hibákon kívül, hogy a keverő térben lévő közeg már nem az egyenletes áramláshoz közelít. Megfigyelhető, hogy egyfajta hullámtermészetű áramlás alakul ki a keverőtér középvonala mentén (6.7. ábra). A nagyobb sebességek miatt a vektorok hossza is megnő az előző sebességvektor ábrához képest, így sűrűbbnek látszik. Azt is figyeljük 47

55 meg, hogy a 20 Hz-es méréshez képest az átlagsebesség eloszlás közel 4,5 m/s-al megnőtt ábra: Sebességvektorok 50 Hz-en Az áramvonalakat megjelenítő ábrák összehasonlításánál a 20 Hz-es sebességnél az áramvonalak láthatóan kitöltik a sugárszivattyú geometriáját, míg nagyobb sebességek esetén olyan szívóhatás alakul ki, hogy az áramlás jelentős része csak a fúvóka külső részéhez simulva áramlik (6.8. ábra) ábra: Áramvonalak 50 Hz-en A 6.9. ábrán már jobban látszik, hogy kísérleti sugárszivattyú fúvóka szakaszában az előzőekhez képest lényegesen nagyobbak a sebességek. A 8. sebességprofilon egy 48

56 elég durva letörés található, melyből mérési/feldolgozási hibára következtetünk. Nagyobb áramlási sebességnél a beszívott közeg hamarabb átveszi a működtető közeg sebességét, melyek a keverőszakasz sebességprofiljaiból látszanak ábra: Sebességprofilok 50 Hz-en A sebességprofil ábránál említettük a fokozatos sebességeloszlást a sugárszivattyú keverő szakaszán, ami az alábbi ábrán igen jól látható ábra: Átlagsebességek 50 Hz-en 49

57 A ábrán látható, hogy a sugárszivattyú belső fala mentén az örvényesség meglehetősen erős ábra: Örvényesség 50 Hz-en 6.3. Sebességprofilok összehasonlítása A ábrán jól megfigyelhetőek, a kísérleti sugárszivattyú első szakaszában kialakuló sebességprofilok, ahol a fúvóka (nagyobb áramlási sebességek) és az elszívó csatorna (alacsonyabb áramlási sebességek) találhatók. A 38 Hz esetén (5,17 m/s a fúvóka belépő sebesség) kezd el a fúvókában növekedni a sebesség az alacsonyabb sebességekhez képest. Az azutáni változatokban a fúvókában kialakuló sebesség többszöröse az elszívó csatornában kialakuló sebességnek. 50

58 Y koordináták [mm] Sebesség értékek [m/s] 20 Hz 26 Hz 32 Hz 38 Hz 44 Hz 50 Hz ábra: 3. sebességprofilok a sugárszivattyú elejéről A ábrán a fúvóka utáni térrész közepén kialakuló sebességprofilokat látjuk. Ez a kísérleti sugárszivattyú keverőtere, ahol jól megfigyelhetjük, hogy a középső keresztmetszetben a sebesség nagyobb, mint a falhoz közeli részeken, minden egyes változatban. Szignifikáns eltérés a változatok között nem figyelhető meg, jellegre mind hasonló. A keverőtér ezen területén alakul ki a legnagyobb sebesség. A ábrán a kísérleti sugárszivattyú végénél kialakuló sebességprofilokat láthatjuk, amelyeken jól megfigyelhetjük, hogy az előző ábrához képest a sebességek értéke csökkenő tendenciát mutat. A sebességek csökkenése mellett elkezdenek a fal menti értékekhez közelíteni. Ezen a szakaszon a sebességprofilok alakját befolyásolhatja a beépítéshez használt diffúzor is. 51

59 Y koordináták [mm] Y koordináták [mm] Sebesség értékek [m/s] 20 Hz 26 Hz 32 Hz 38 Hz 44 Hz 50 Hz ábra:6. sebességprofilok a sugárszivattyú közepéről Sebesség értékek [m/s] ábra: 10. sebességprofilok a sugárszivattyú végéről 20 Hz 26 Hz 32 Hz 38 Hz 44 Hz 50 Hz 52

60 7. SCHLIEREN TESZTMÉRÉS A bevezetésben említett Schlieren méréstechnikával is próbálkoztunk az áramló közeg sűrűségek mérésére. Elsőször levegő közeg esetén, hőlégfúvó alkalmazásával próbáltuk bejuttatni a szélcsatorna fúvókájába, illetve a szívócsonkjába a forró ~200 C-os levegőt. A forró levegő sűrűségének változását a mérési módszer kimutatta ugyan, de a szélcsatornába juttatáskor már nem volt érzékelhető a Schlieren kamera számára. Második próbálkozásunk a levegőtől eltérő sűrűségű argon gáz használatára irányult. A korlátozott alkalmazás mellett az eredmények megegyeztek az előbbi próbálkozás tapasztalataival. Végső soron, harmadjára, gőzborotvát alkalmaztunk, remélve, hogy a forró gőznek már elég nagy lesz a fénytörésmutatója. A kísérleti mérések során ez a megoldás sem nyújtott elfogadható eredményeket. Az előbbiekben felsorolt eredménytelen próbálkozásokból adódóan, a kísérleti sugárszivattyú Schlieren méréstechnikával való vizsgálatát elvetettük. Feltételezhetően a kísérleti sugárszivattyú optikai tulajdonságai nem voltak megfelelők a mérés elvégzéséhez. 53

61 8. KÖVETKEZTETÉSEK A kísérleti sugárszivattyú tervezése során lehetőség nyílt az elméleti összefüggések megismerésére, amelyek segítségével megtervezésre került, jelen munkában megépített sugárszivattyú. A megépítés során tapasztalatokat gyűjtöttünk az építési módszerek, technikák alkalmazására. A megépítés után szükséges volt megismerni a kívánt cél elérése érdekében az alkalmazni kívánt beavatkozás mentes méréstechnikákat. Ezen információk alapján sikerült kiválasztani a mérés elvégzéséhez legjobban illeszkedő méréstechnikát. Az előzőekben ismertetett információk segítettek a méréstechnika felépítésében, beállításában és alkalmazásában. A korábban ismertetett információk alapján jól látszik, hogy rengeteg tudást és tapasztalatot sikerült gyűjtenünk az alkalmazott mérési módszerekkel kapcsolatban. A kiértékelés során lehetőségünk volt megismerni a Matlab programot, valamint az eredményekből megállapítottuk, hogy a kívánt célt elértük. A továbbfejlesztés javaslataink az alábbiak: Áramlási sebesség létrehozásához nagyobb ventilátor alkalmazása, így lehetőség nyílik a kísérleti sugárszivattyú hatékonyabb üzemállapotainak megvizsgálására (fúvókába belépő sebesség nagyobb legyen, mint 5,17 m/s). A kísérleti sugárszivattyú alapanyagának a jövőben esetleg jobban átlátszó anyag alkalmazását javasoljuk (például: üveg) További fejlesztési javaslatunk a sugárszivattyú fúvóka részének állíthatóvá történő átalakítása Az esetlegesen jobban átlátszó anyagból megépített sugárszivattyúban végbemenő keveredések vizsgálatához javasoljuk a Schlieren méréstechnika alkalmazását (jelenlegi plexi sugárszivattyú esetén nem volt eredményes az alkalmazása) 54

62 9. KÖSZÖNETNYÍLVÁNÍTÁS Köszönöm konzulensemnek Dr. Bencs Péternek a segítőkészségét, szakmai segítségnyújtását, a dolgozatomban felmerülő hibák észrevételében való segédkezését, valamit a Matlab program elkészítésében nyújtott segítségét. Köszönöm tervezésvezetőmnek Dr. Szabó Szilárd Tanszékvezető Úrnak a sugárszivattyú tervezésében nyújtott segítségét. Külön köszönettel tartozom Podráczki Rékának és Ramada Zoltánnak akik a sugárszivattyú építésében nagy segítségemre voltak, szakmai és gyakorlati tapasztalataikkal. Végső soron köszönöm az Áramlás- és Hőtechnikai Gépek Intézeti Tanszék dolgozóinak és mindazoknak, akik segítették munkámat észrevételeikkel, ötletes megoldásaikkal és segítségnyújtásukkal. A kutató munka a Miskolci Egyetem stratégiai kutatási területén működő Innovációs Gépészeti Tervezés és Technológiák Kiválósági Központban, annak támogatásával készült. 55

63 10. IRODALOMJEGYZÉK [1] Dr. Szabó Sz.: Eljárás hangsebesség feletti gázinjektor tervezésére; KANDINÁTUSI ÉRTEKEZÉS, Miskolc, Lang.: HUN [2] Gary S. S.: Schlieren and Shadowgraph Imaging in the Great Outdoors, Lang.: ENG [3] Bielek M.: A gőzsugár szivattyúk fokonkénti fejlődéséről s tökéletesbítéséről; MÉRNÖK KÖZLÖNY, XIV. Dolgozat, Lang.: HUN [4] Demao W.: Analysis and design of air-jet pumps for pneumatic transportation of bulk solids in pipelines; Wollongong, Lang.: ENG [5] Dr. Varga J.: Hidraulikus és pneumatikus gépek; KÉZIKÖNYV, Műszaki Könyvkiadó, Lang.: HUN [6] Willi B.: Műszaki áramlástan. Műszaki könyvkiadó, Budapest, Lang.: HUN, ISBN [7] Lajos T.: Az áramlástan alapjai; ELŐADÁS JEGYZET; Budapesti Műszaki Egyetem - Áramlástan Tanszék; Budapest, oldal [8] Géptan I.; Műszaki könyvkiadó, Budapest, letöltési idő: október 23. [9] Boros B., Bufa A., Csóka B., Dörnyei Á., Farkas N., Felinger A., Kiss I., Kilár A., Kilár F., Lambert N., Makszin L., Páger Cs., Petz A.: Műszeres analitika gyakorlatok; Pécsi Tudományegyetem, fejezet - Optikai Módszerek Atomspektroszkópia, letöltési idő: október 23. [10] +spray_gun.jpg, letöltési idő: október 1. [11] Pentair Valves & controls - JET PUMP; Application Guide, letöltési idő: október 1. 56

64 [12] Jianlin Y. *, Hua C., Yunfeng R., Yanzhong L. - A new ejector refrigeration system with an additional jet pump; China, letöltési idő: szeptember 30. [13] Tűzvédelmi műszaki ismeretek, pdf; letöltési idő: október 01. [14] Dr. Simándi P.: Szennyvíztisztítási technológiák I.; Szent István Egyetem, oldal [15] Dr. Szabó L.: Forgácsolás, hegesztés; Miskolc, letöltési idő: október 4. [16] Dr. Bobok E.: Geotermikus erőművek; idő: október 4. le- [17] Particle Image Velocimetry (PIV) mérőberendezés használata sebességmérésre; letöltési idő: október 12. [18] Intelligent Laser Application GmbH: Measurement Principle of Particle Image Velocimetry; letöltési idő: október 25. [19] Dr. Bencs P.: Lézeres mérési- és megmunkálási eljárások a gépészetben; Nemzeti tankönyvkiadó, Miskolc Egyetemváros, (3.2.3 fejezet, 154. oldal), [20] K. Kiger: Introduction of Particle Image Velocimetry; Burgers Program For Fluid Dynamics, Turbulence School, College Park, Unniversity of Maryland, May 24-27, letöltési idő: október 12. [21] Klimatechnikai-szervizmuszer, letöltési idő: november

65 F1. SUGÁRSZIVATTYÚ TERV F.1. ábra: Kísérleti sugárszivattyú műhelyrajza 58

66 F2. MÉRÉSI EREDMÉNYEK Második mérési eset (26 Hz) A mért sebesség és hőmérséklet értékek a következők voltak: fúvókában: 3,59 m/s; 23,8 C szívócsonkban a felső részen: 1,89 m/s; 24 C szívócsonkban az alsó részen: 1,82 m/s; 23,7 C 59

67 60

68 Harmadik mérési eset (32 Hz) A mért sebesség és hőmérséklet értékek a következők voltak: fúvókában: 4,37 m/s; 23,8 C szívócsonkban a felső részen: 2,37 m/s; 24,1 C szívócsonkban az alsó részen: 2,35 m/s; 23,8 C 61

69 62

70 Negyedik mérési eset (38 Hz) A mért sebesség és hőmérséklet értékek a következők voltak: fúvókában: 5,17 m/s; 23,8 C szívócsonkban a felső részen: 2,92 m/s; 24 C szívócsonkban az alsó részen: 2,82 m/s; 23,8 C 63

71 64