Solid Edge STS-bemutató

Átírás

1 Solid Edge STS-bemutató 15 éves a graphit 6. Az Autóipari Alkatrész Kiállításon bemutatkozó 28 kínai vállalat ismert márkák gyári beszállítói, kiegészítő ket, cserealkatrészeket gyártók, forgalmazék 35.

2 u sza ki-magazi n.h u KÖRKÉP 40 Automatizálás E-automatizálással az e-mobilitásért 40 Autóipari Szimpózium Budapesten 42 Alkatrészek a DISTRELEC-töl 44 A változó gyújtópontú, folyékony lencsével történő automatikus ráélesítés ideális a nagyobb mélységű fókuszálást igénylő megoldásokhoz. 45 A Cognex újdonságai Adagolástechnika Nagy pontosságú Ultimus'" V Diszpenzer Épületautomatizálás Energiatakarékossági lehetőségek innovatív épületkoncepcióval (ll. rész) Lightfinder: rossz fényviszonyok mellett is jó képet biztosít 51 Müanyagipar Bioműanyagok 52 KUTATÁS 56 Nagy felbontású termovízió alkalmazása 56 Áramlatok modellezése 60 Világszínvonalú műszer a Természettudományi Karon 61 Biomasszakazánokkal az energiafüggöség ellen 63 KÖNYVAJÁNLÓ 64 A meztelen előadó A prímember Red Blooded Risk BÖRZE 65 Előzetes 66 Partnereink /7-8 MUSZAKI MAC,AZIN 5

3 ELŐZETES Műszaki Magazin Főszerkesztő : Mészáros Zsolt mzsolt@muszaki-magazin.hu Hirdetésfel vétel: Molnár László, nemzetközi koordinátor lmolnar@muszaki-magazin.hu faxc Kiadó: MediaCity Magyarország Kft Budapest, Kecskeméti u. 5. relefanc , fax szerkeszroseg@mediaciry.hu Felelős kiadó: Dr. Lukács Marianna Hirdetési igazgató: Baráth Maya Reklámszerkesztö: Munkácsi Edit Marketing: Jánosi István Produkciós vezető : Sebeszta Péter Korrekto rak: Fejér Petra, Papp Hajnalka Németországban: Vogellndustrie Medien GmbH&Co KG Max Planck Str Würzburg, Germany Winfried Burkard winfried_burkard@vogel-medien.de relefanc (0049) , fax (0049) Elöfizetéssel, kézbesítéssel kapcsolatos észrevételek, információk: re/elon , fax elofizetes@mediaciry.hu Elöfizethetö a kiadóban: Egy évre+ MM évkönyv: 8000 Ft (akciós ár) A lap egységár a: 900 Ft Előfizetésben terjeszti a Magyar Posta Zrt. Nyomda: Veszprémi Nyomda Zrt Veszprém, Orház u. 38. Felelős vezető: Fekete István Partnereink Arburg 48 Fanuc 16 INDUSTHlAL Support 18 SKF Cognex 45 Festo 40 Kuka 12 SLF Distrelec 44 Ga li ka 26,36 Lasersystems 21 T& T EFD 47 graphit 81,6 Motoman 14 Tooltechnik EUROBiech 3 Ha as 34 ProCam 23,65 Yamazaki Mazak 32 ll A Német Szövetségi Köztársaságban Copyright by MM Maschinenmarkt Vogel Industr/e Medien GmbH&Co KG Würzburg, Germany A közölt cikkek fordítása, utánnyomása, sokszorositása és adatrendszerekben va ló tárolása kizárólag a kiadó engedélyével történhet. A megjelentetett cikkeket szabadalmi vagy más védettség re való tekintet nélkül használjuk fel. A szerkesztóségi anyagok vírusellenőrzését az ESET NOD 32 Antivirus programmal végezzük, amelyet a szaftver magyarországi forgalmazója, a Sicontact Kft. biztosit szá munkra. ISSN MUSZAKI MAGAZIN 2012/7-8

4 KUTATÁS Nagy felbontású termovízió alkalmazása fűtött hengeres rúd felületi hőmérséklet-eloszlásának mérésére A henger körüli áramlás vizsgálata különböző szempontok szerint ma is a kutatások középpontjában van. Esetünkben 0d=1 O mm átmérőjű elektromosan fűtött henger körüli kis sebességű (lamináris kétdimenziós tartományba eső) áramlás vizsgálatáról van szó. E kérdéskör egyik részével a henger mögött kialakult hőmérséklettér Z típusú Schlieren-technikával való méréséről már előző évben e lap hasábjain beszámoltunk [l). Jelen cikkben a henger külső fa l hőmérsékletére fókuszálunk. A szakirodalomban ugyanis számos helyen szerepel az ilyen áramlások jellemzésekor a T w fal hőmérséklet. Ezt általában konstansnak tekintik, mert a kísérleti vizsgálatoknál döntően kis átmérőjű (max. ~2 mm) elektromosan fűtött rudat alkalmaznak [2, 3). Mivel esetünkben a rúdátmérő ennek többszöröse, felmerült a kérdés, hogy a hengerpalást felületén az áramlás irányához mért ex szög függvényében változik-e, és milyen mértékben és eloszlásban a hőmérséklet. A kérdés megválaszolására szélcsatornához kapcsolódóan kísérleti berendezést állítottunk össze [4). A szélcsatornában keresztben elhelyezett fűtött rúd felületi hőmérsékletét nagy felbontású termokamerával mértük. Az így kapott - egy adott keresztmetszethez tartozó -felületi hőmérséklet-eloszlás! különböző légsebességek és különböző erősségű fűtés esetén vizsgáltuk. Bemutatjuk, hogy az adott hengerpalást menti hőmérséklet-eloszlás nem hanyagolható el, és jól definiálható jellegzetességeket mutat. A fűtött hengerek vizsgálatakor is, mint minden más alapkutatás jellegű elemzésnél, dimenziótlan mennyiségekkel és hasonlásági számokkal próbálják rögzíteni a jellegzetességeket. Mivel a vizsgálatok fűtetlen rudakkal kezdődtek, ahol a henger és a környezeti levegő (esetenként víz) hőmérséklete döntően a környezeti hőmérséklet volt nem okozott gondot a hőmérsékletfüggő anyagjellemzők kezelése. Más a helyzet fűtött rúd esetén, különösen akkor, ha a rúd hőmérséklete (T w) jelentősen eltér a környezeti levegő (Too) hőmérsékletétől Ekkor a hasonlóság i számokban szereplő (pl. a Reynoldsszámban megjelenő kinematikai viszkozitás, vagy a Nusselt-számban megjelenő hővezetési tényező) anyagjellemzők tekintetében felmerül a kérdés, hogy azokat mekkora hőmérséklettel 56 MÜSZAKI MAGAZIN 2012/7-8

5 3. ábra: A csatornabeli sebességeloszlás-mérés LOV berendezéssel kell számolni. Alapesetben a zavarás nélküli Too környezeti hőmérséklette l számoltak!számolnak. Később bevezetésre került az úgynevezett Tf filmhőmérséklet [5, 2): l T! = l (Too + T,") = T"' + C J (T," -Too ), ahol természetesen az arányossági konstans (f=o,s. Az (1) összefüggésben szereplő hőmérséklet-mennyiségek mindegyikét konstansnak tekintik. Későbbi vizsgálatok azt találták, hogy különböző esetekben a fenti kifejezéshez hasonló összefüggések alkalmasak lehetnek a hasonlósági számok számára, azzal a különbséggel, hogy a 0,5-ös szorzó helyett egy attól eltérő értékű C tényezőt alkalmaznak. Így alakultak ki például a következő számok és a hozzájuk tartozó hőmérsékleti definíciók. Effektív hőmérsékletet (T eff) definiáltak, ahollamináris áramlásra végül a Cerr-0,28 érték vált általánosan elfogadottá. Ezt az összefüggést alkalmazzák a Strouhal-számra érvényes St(Re) hasonlásági összefüggések esetén [pl. 6]. Megint más definíciót használ Wang and Trávnicek [7] az effektív hőmérséklettel számolt Nusselt -szám és az úgynevezett reprezentatív (Trep) hőmérséklettel számolt Reynolds-szám Nut(Rerep 05 )összefüggésében, ahol Crep=0,36 a konstans értéke. Minden felsorolt esetben az anyagjellemzők számításakor egyetlen mért hengerhőmérsékletet használtak. A valóságban viszont nagyobb hengerátmérők esetén kérdésként merül fel, vajon a henger felületi hőmérséklete állandó-e. Befolyásolja-e a felületi hőmérséklet-eloszlást az azt körülvevő áramlásból adódó kényszerkonvekció? Mekkora a henger integrált felületi átlaghőmérséklete? Használható-e ez a vékony huzaloknál alkalmazott egyetlen felületi hőmérsékletként7 E kérdésekre keressük a választ. A válaszadáshoz vezető út első lépéseiről számolunk be. Sikerült kidolgozni a felü leti hőmérsékletmérés módszerét, de a vizsgálatok száma és komplexitása még nem elegendő a teljes válaszadáshoz. Bizonyítást nyert viszont a henger áramlási irányhoz viszonyított ex állásszög me l letti T w( ex) hőmérséklet-eloszlásának jellege és mértéke különböző U megfúvási sebesség esetén. Az ebből adódó hatások és elemzések azonban a közeljövőkutatásait képezik. készült fényképet a 2. ábra mutatja. A kísérleti berendezés A vizsg á It, elektromosan fűtött rúd egy 0 d= 1Om m átmérőjű, 600 mm hosszú fűtőpatron volt, amelynek keresztmetszetét az 1. ábra mutatja. A fémpaláston belül kvarchomokba ágyazva helyezkedik el a kerámiabetét Ennek négy furatában 1-1 kis átmérőjű fűtőspirál gondoskodik a hevítésről A fűtött rudat az e vizsgálatok céljára készített szélcsatornában vízszintesen, üvegfalak közé helyeztük el. A szélcsatorna mérőteréről Az ábrán feltüntettük a termokamerát és az annak mozgatására, illetve fix szögekbe állítására alkalmas állványt is. A fénykép a karnerához kapcsolt számítógépet is mutatja, képernyőjén az éppen mért hőmérséklet-eloszlással A kamera és a rúd közötti utat szabadon kell hagyni, hisz a kamera az útjába eső tárgy hőmérsékletét méri. Ezért a szélcsatorna tetején egy zsalurendszert helyeztünk el, amelynek segítségével a kamera állásszögének megfelelően a csatorna teteje egy keskeny sávban megnyitható. Azért, hogy e nyíláson ne legyen levegőáramlás, ami megzavarhatja a mérést, a nyílást egy körgyűrű alakú karimávallezártuk, amelyhez egy átlátszó műan yag fóliacső csatlakozik. Ennek másik végét a kamera optikájához rögzítettük. így egy zárt, csőszerű burkolat jött létre a kamera és a szélcsatorna között, amelyben áramlás nem alakulhatott ki (lásd a 4. ábrát is). A termokamerás mérések előtt a szélcsatornában kialakuló sebességeloszlás egyenletességét és konkrét értékét kétkomponenses Laser Doppler Velocimetry (LOV) mérőrendszerrel ellenőriztük, illetve határoztuk meg. A sebességmérésről készült a 3. ábrán látható fénykép. A henger felületi hőmérsékletét mérő termokarnera optikai tengelyét az állványrendszer segítségével az áramlási irányhoz képest [)= szöghatárok között tudtuk beállítani, illetve a csatornába a henger mögé helyezve a [)= 180 szögállás is rendelkezésünkre állt. A 4. ábra mutatja az alkalmazott jelöléseket A kamera a henger tengelyétől L=:'400 mm távolságra volt elhelyezve. 2012/7-8 MUSZi\1<.1 MAGA.'IN 57

6 KUTATÁS 2,0 1, ,----,- o A mérésekhez nagy geometriai felbontású (640x480 pixel) termokamerát (Jenoptik VarioCAM hr 680) alkalmaztunk, amelynek hőmérsékleti fe lbontóképessége is nagy: <50 mk (30 oc). Az általunk használt legmagasabb h ő mérséklet-tartományban (max. 300 oc) sem több mint ±2 oc a maximális mérési hiba. A MÉRÉS KIÉRTÉKELÉSÉNEK MÓDSZERE PÉLDÁVAL A termokarnera által készített képek minden egyes pixeléhez a kamera feldolgozó szaftvere hozzárendel egy-egy hőmérsékletértéket amelyeket táblázatos formában szalgáltat a felhasználó számára. Az egyes pixelekhez tartozó h ő mérsékletértékek a henger felü letén kü l önböző szögértékekhez tartoznak. E szögértékek meghatározásához tekintsük az 5. ábrát. A termokarnera képébő l a fűtött henger tengelyére merőleges irányban a hengerre eső pixelek száma N. Feltételezzük, hogy páros, egész számú pixel esik rá. Így a henger átmérőjé re eső pixeleknek a henger tengelyére merő l e ges hossza L'lx=d/N, s az e l őző feltételezés szeri nt az optikai tengely két pixel határára esik. A termokarnera távolsága a hengertő l: L. (Amikor e távolság L~400, a pixelek száma N~34.) Legyen ~i az áram lási irányhoz képest a kamera optikai tengelyének beá ll ított állásszöge. M különböző irányt áll ítunk be, így az irányok: i=1+m Legyen CXi,j az i-edik karnera irányhoz tartozó felvételen a j-edik pixelhez tartozó szög a henger felületén az áramlás irányához képest, j=1+n. Az cxi,j szögek egyszerű trigonometriai összefüggésekkel számíthaták ~i és az N ismeretében [4]. Az 5. ábrán az is jól követhető, hogy a kamera egy pixeléhez a henger görbülete miatt az op- ~ p 30 tlo n tikai tenge l ytől távoladva egyre nagyobb Sk ívhossz tartozik. Ehhez társu l az is, hogy így a kamera egyre kevésbé "szembő l " látja a hengert. Így itt j elentős mérési hibák adódhatnak. Vizsgáljuk meg ezért, hogy az optika i tengelytő l távoladva hogyan vá ltozik az egy pixe lhez tartozó Sk ívhossz. Az optika i te n ge l ytő l mérve a k-adik pixe l hez ta rtozó Sk ívhossz (k= 1+N/2) a geometriai adatokból szintén számítható [4]. Vizsgáljunk meg egy példát, amikor N~34 pixel esik a hengerátmérőre. Ekkor az optikai tenge l ytől mért távolság függvényében a 6. ábrán ábrázoljuk ez esetben az egyes pixelekhez tartozó ívhosszt. Az ábra alapján megállapítható, hogy az adott esetben az optikai tengelyhez legközelebbi maximum ±8+1 O pixe l esetén közel azonos a pixelhez ta rtozó ívhossz, ennél nagyobb értékesetén az ívhossz, és így a mérési bizonytalanság jelentős mértékben nő. Ezért az e tartományon kívül eső területekre kapott hőmérsékletértékeket nem tekinthetj ük megbízhatónak. E mérési értékeket így vizsgálataink kiértékelésekor nem vettük figyelembe. A méréseink során M= 14 különböző ~i karneraá llást alka lmaztunk, ezek rend re: 2r, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 11 Ü 0, 120, 130, 140, 149 és 180. A fe lvételek a henger ~20 d hosszúságú szakaszáról készü ltek. Ebből választottunk ki ~3 d= 100 pixel hosszúságú szakaszt, úgy, ahogy azt a 7. ábra mutatja. A henger hossza mentén gyakorlati lag vá ltozatlan hossz- és keresztirányú sebességeloszlást tapasztaitu nk, egyezően a 20 áramlás tulajdonságaiva l. Ennek el lenére a kiválasztott 100 pixel hosszú szakaszon vettük mindig a 100 pixelben mért h őmérsék l etek átlagértékét és így kaptunk az átmérő mentén egyetlen hőmérsékleteloszlás-görbét, ahogy azt a 7. és a 8. ábra példája is mutatja. Felhasznált irodalom [1] P. Bencs, R. Bordás, K. Zahringer, Sz. Szabó, O. Thévenin: "Fűtött rúd körüli kényszerkonvekció mérése'; Műszaki Magazin 2011/ [2] Wan g, A.-B., Trávnícek, Z., and Chia, K.-C., 2000",0n the relationship of effectíve Reynolds number and Strouhal number for the Iamina r vortex shedding of a heated circular cylinder'; Physics of Fluids 12 (6), pp [3] lecordier, J. C., Hamma, L, and Paranthoen, P., 1991, "The control of vortex shedding behind heated circular cylinders at low Reynolds number'; Experiments in Fluids 10, pp [4] Bencs, P., Szabó, Sz., and Farkas, A., 2012, "lmprovement ofthermovision Measurement Method for Analysis of Surface Temperature Distribution of a Body in Flow'; Proc. Of Micro CAD International Computer Science Conference, No. N, Miskolc, Hungary, pp [5] Özisik, M. N., 1985, Heat Transfer, McGraw H ill, New York. [6] Bejan, A., 1993, Heat Transfer, John Wiley & Sons, New York. [7] Wang, A.-B. and Trávnicek, Z., 2001, "On the linear heat transfer correlation of he at ed circular cylinder in laminar crossflow using new representative temperature concept'; International Journal of Heat and Mass Transfer, 44 pp MUSZAI\1 MAGAZIN 2012/7-8

7 A felvételeket az említett 14 szögállásból elvégezve a 9.a. ábrán vázolt hőmérséklet-eloszlásokat kapjuk a l 00 pixel hosszon. A 9.a. ábra igazolja, hogy a hosszmenti változástól a 20 áramlás miatt valóban eltekinthetünk, ahol a hosszmenti átlagértékek helyett a l 00 pixel hosszon mért összes értéket feltüntettük. A felületi eloszlás helyett tehát a 9.b. ábrán látható hosszmenti átlaggörbékkel számolhatunk. Ezek burkológörbéje adja a hengerfal hőmérsék l et-eloszlását. A burkológörbe előállítását a 6. ábra kapcsán elmondottak szerint 14 különböző kameraszögá llás esetén és a karnera optikai tengelyétől mért ±7 pixel re eső hőmérsékletekalapján rajzoltuk meg, az eredményt a 10. ábra mutatja O' 295 L...,f l 1--'- ~F l ~ ~ l \ lj i!'>" l \ c o a ["] 10. ábra: A hengerfelületi hőmérséklet-eloszlása, U=0,6 m/s, tnévleges=295 oc Ezzel a módszerrel különböző át l aghőmérsékletű henger és különböző légsebességek mellett elvégeztük a méréseket, s az itt bemutatott példához hasonló eredményeket kaptunk, amelyek értékelése megkezdődött. Összefoglalás és a további vizsgálatok iránya A fentiekben bemutatott vizsgálataink igazolták, hogy nagyobb hengerméretek esetén a felületi hőmérséklet-e l osz l ás a hengerpaláston az áramlási irányhoz mért szög mentén változik. A változás jellegzetességeket mutat. Ilyen a 90 és l 00 - '\ ' közötti tartományon a hőmérséklet-eloszlásban érzéke l hető meredekségváltozás. Ennek oka kettős. Egyrészt itt a legnagyobb a felület menti sebesség, másrészt az örvényleválás helye is e tartomány környezetében van. Mive l a szélcsatorna adottságai miatt csak ~ 200 -ig volt lehetőségünk mérni, a henger alsó felének hőmérsék l et-eloszlására csak következtethetünk. Az adott alacsony sebességtartományban kevert konvekcióról beszélhetünk, így a szabad konvekció hatására a felszál ló hő miatt a henger felső felén a hőmérséklet magasabb, mint az alsón. Erre utal, hogy a 180-0t elhagyva a hőmérséklet a henger mögött tovább csökkent, ahogy az a 10. ábrán is látható. A mérőberendezés további átalakítását tervezzük, hogy a te lj es 360-0S szögtartományban a mérések e l végezhetők legyenek. Másrészt a hőmérsékletek és a légsebességek szisztematikus változtatásával a hőmérséklet-változás és e paraméterek közti összefüggések feltárása a cél. A mérésekkel párhuzamosan numerikus szimulációk elvégzése is megkezdődött, az eredmények összehasonlítása további lehetőségeket rejt magában. Köszönetnyilvánítás A szerzők köszönetüket fejezik ki a Magyar Német együttműködési program P-MÖB/386- nak a kutatás támogatásáért A kutatómunka a TÁMOP /2/KONV jelű projekt részeként - az Új Magyarország Fejlesztési Terv keretében- az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg. B ENCS Péter, SZABÓ Szilárd, FARKAS András f - 20 o ) EKl ) PM -\ 2012/7-8 MUSZ;\KI MAGAZIN 59