TÉRFOGATÁRAM MÉRÉSE. Mérési feladatok

Átírás

1 Készítette:....kurzus Dátum:...év...hó...nap TÉRFOGATÁRAM MÉRÉSE Mérési feladatok 1. Csővezetékben áramló levegő térfogatáramának mérése mérőperemmel 2. Csővezetékben áramló levegő térfogatáramának mérése Pitot-csővel 3. Rotaméter kalibrálása gázórával. Térfogatáram meghatározása köbözéssel A jelölések jegyzéke q p 0 t 0 h 1 h 8 h D d R υ V térfogatáram légköri nyomás szobahőmérséklet manométer kitérések rotaméter skála csőátmérő torokátmérő levegő gázállandó levegő kinematikai viszk. térfogat κ adiabatikus kitevő ρ m a manométerek mérőfolyadékának sűrűsége ρ a levegő sűrűsége p nyomás p nyomáskülönbség β átmérőviszony idő Indexek: MP st mérőperemre vonatkozó statikus 1. A csővezetékben áramló levegő térfogatáramának mérése mérőperemmel egy beállított térfogatáramnál 1.1. A mérés célja A mérőperemes térfogatáram mérésének megismerése 1.2. Mérési feladat Egy beállított térfogatáramnál, a műszerek leolvasása, és a térfogatáram meghatározása számítógép segítségével A mérőberendezés az 1. ábrán látható. Egy ventilátor csővezetéken át levegőt szállít. A szívócsőbe a térfogatáram mérésére mérőperemet, és a cső tengelyvonalába Pitot-csövet (ld. 2. mérés) építettünk be. A térfogatáramot a nyomóoldalon fojtószeleppel tudjuk szabályozni. A nyomáskülönbségeket víztöltésű U-csöves manométerekkel mérjük. A berendezés része a barométer, és a hőmérő. A berendezés elemeinek adatai: A ventilátor típusa: Barométer típusa: Hőmérő típusa: száma: száma: száma: 1

2 Hidrodinamikai Rendszerek Tanszék Elfogadva: 2

3 1.. Egyszer mérendő mennyiségek, konstansok: p 0 = t 0 = d =,7 mm = D = 59,3 mm = κ = 1, ρ m = 1000 kg/m 3 R = 287 m 2 /s 2 K 1.5. Merőperemhez kapcsolt manométerek kitérései: h 1 = mm = m h 2 = mm = m h 3 = mm = m h = mm = m 1.. Számítási egyenletek, a kiértékelés menete A számítást az alább megadott összefüggések felhasználásával számítógéppel végezzük el. Csak a program által kért kiindulási adatokat kell beírni a gépbe. Az eredményül kapott adatokkal a számítógép elvégzi az un. iterációt is. A térfogatáram ugyanis az átfolyási egyenlettel közvetlenül nem határozható meg, mert az egyenletben szereplő C függ a sebességtől (Re-számtól). Az iteráció menete a következő: 1. Felveszünk egy tetszőleges kiindulási áramlási sebességet, pl. 15 m/s-ot. 2. A számítógép meghatározza a Re számot. 3. Kiszámítja a kapott Re számmal a C sebességi tényezőt, majd a térfogatáramot, q-t.. Kiszámítja az áramlási sebességet. Ha az új és a régi sebesség közötti eltérés nagyobb, mint 2%, akkor a 2. lépéstől kezdve megismétli a számítást az új sebességgel! A számítógéppel kapott eredményeket írjuk be az alábbi táblázatba! v (m/s) Re C q (m 3 /s) v (m/s) i A számítógép a következő összefüggésekkel dolgozik: Átmérőviszony: d D pmp mg h h 3 pst p0 mg h1 h ,3 0,1 t 0 10 Nyomásesés a mérőperemen: Statikus nyomás a mérőperem előtt: A levegő kinematikai viszkozitása: m 2 /s-ban: A levegő sűrűsége: p st R( 273t0), Belépési tényező: 0. 5 p st E 1 Expanziós szám: p p MP st 3

4 Reynolds szám: Sebességi tényező: vd Re C Térfogatáram az átfolyási egyenlettel: d q CE 2p MP Re Az áramlás átlagsebessége: v q D 2 2. Csőben áramló levegő sebességének mérése a cső közepén, ebből térfogatáram számítása 2.1. A mérés célja A sebességmérő szonda (Pitot cső) és az átlagsebesség megismerése Mérési feladat Egy beállított pontban, a műszerek leolvasása, és a térfogatáram meghatározása A mérőberendezés az 1. ábrán látható (A berendezés adatait ld. mérőperem mérésnél!) 2.. Egyszer mérendő mennyiségek, konstansok: p 0 = t 0 = D = 59,3 mm ρ m = 1000 kg/m 3 R = 287 m 2 /s 2 K 2.5. Pitot csőhöz kapcsolt manométerek kitérései: h 5 = mm = m h = mm = m h 7 = mm = m h 8 = mm = m 2.. Számítási egyenletek és a kiértékelés menete A számításokhoz végezzük el a behelyettesítéseket, majd a kiszámított értékeket írjuk át a következő táblázat megfelelő oszlopaiba: A statikus nyomás: p st 0 m ( h5 p g h ) A levegő kinematikai viszkozitása m 2 /s-ban: t 0 10 p st A levegő sűrűsége: A dinamikus nyomás: p st R273t 0 p mg h 7 h ) din ( 8

5 A cső közepére szerelt Pitot- cső segítségével a maximális levegősebesség határozható meg 2 közvetlenül: v max pdin Az átlagsebesség pedig: v átl kvmax ahol k az áramlási formától függő szám. Az áramlási formát a Re-szám ismeretében tudjuk v megállapítani: átl D Re ha Re 2320, akkor k = 0.5 lamináris az áramlás, ha Re 2320, akkor k = 0.78 turbulens az áramlás. A táblázatban mindkét k-val számolja ki az átlagsebességet és a Reynolds számot. Döntse el az áramlás jellegét, és ennek megfelelően bekarikázással jelölje meg az érvényes Reynolds számot, és számolja ki a hozzátartozó térfogataramot. D 2 A térfogatáram: q vátl összefüggéssel számítható. p st ρ p din v max k v átl Re q Pa kg/m 3 Pa m/s - m/s - m 3 /s Rotaméter kalibrálása gázórával 3.1. A mérés célja Rotaméter és gázóra megismerése, a rotaméter kalibrálása gázórával Mérési feladat Öt beállított pontban a gázóra és a stopper leolvasása, ezekből a q térfogatáram meghatározása, valamint a h rotaméterállás leolvasása. A kalibrációs görbe felvétele, azaz a számolt térfogatáram és a rotaméterállások ábrázolása (q=f(h) ) milliméterpapíron. A kalibrációs diagramon fel kell tüntetni a berendezés adatait, a nevet és a dátumot A mérőberendezés (2. ábra) A berendezés elemeinek adatai: A légszállítógép típusa: száma: A gázóra típusa: száma: A rotaméter típusa: száma: A mérés menete: A porszívó indítása előtt az Sz1 és Sz2 jelű szelepek nyitva vannak. A felfutás után óvatosan lezárjuk az Sz2 szelepet, ez lesz a rotaméteren átáramló maximális térfogatáram. Leolvassuk az értékeket, ez lesz az első mérési pont. Az Sz2 szelep nyitásával ahogy a térfogatáram csökken, további mérési pontokat vehetünk fel lehetőleg egyenletes elosztásban. A mérés végén mindkét szelep nyitva legyen, a porszívó kikapcsolható. 3.. A számítási egyenletek és a kiértékelés menete Térfogat: V V 2 V1 Térfogatáram: V q 5

6 2. ábra 3.5. A mért és számított adatok: Sorszám V 1 V 2 τ h ΔV q m 3 m 3 s osztás m 3 m 3 /s Térfogatáram mérés köbözéssel Ismert keresztmetszetű tartályban mérjük egy tetszés szerinti szintemelkedés idejét. A szintemelkedést a tartályhoz kötött, a közlekedőedények törvénye alapján működő üvegcsőben figyeljük. Az üvegcső mellé skálát helyezünk. Az időmérésre stopperóra szolgál. A folyadékáram: ahol α [, [ ], ] a tartályállandó, az 1 mm magas tartályszelet térfogata, azaz a tartály keresztmetszete, a Δm a mért szintemelkedés mm-ben, a Δt a szintemelkedés ideje s-ban. A köbözés csak akkor használható, ha a rendszer nyitott, vagy megszakítható. A köbözés során egyszerre kell figyelni a szintemelkedést és kezelni a stopperórát, ezért célszerű csak az előbbit nézni és kerek mm-szint-értékeknél az órát elindítani, illetve megállítani, és a stopper által mért időt tized, század sec értékkel együtt leolvasni. A véletlen hiba csökkentése érdekében lehetőleg ne mérjünk 30 másod-percnél rövidebb ideig! (Itt ez megvalósul,ha legalább Δm=100 mm emelkedés idejét mérjük!) Állítsunk be egy tetszőleges térfogatáramot, és rögzítsük a hozzátartozó Δm és Δt adatokat az alábbi táblázatban: Δm Δt α Q köböz mm s