M11 TESTEK KÖRÜLI ÁRAMLÁS VIZSGÁLATA

Átírás

1 M11 TESTEK KÖRÜLI ÁRMLÁS VIZSGÁLT 1. mérés célja, gyakorlat jltőség mérés célja: - külöböző (égyzt, kör és dúcprofl) krsztmtsztű, oszlop alakú tstk körül kalakuló áramkép zsgálata áramlás mgjlítés módszr sgítségél, - a tstk körül kalakuló yomásmgoszlás mghatározása méréssl, - a kalakuló áramkép és a fal mt yomásmgoszlás között kapcsolat mghatározása, - a mért yomásmgoszlás alapjá llállás téyzők számítása, - a külöböző alakú tstk körül kalakuló áramkép jllmzők összhasolítása. gyakorlatba sokszor a szükség az áramlásba hlyztt tstk körül kalakuló áramlás jllmzők smrtér. Közülük a lgfotosabbak az áramlás sorá a tst körül kalakuló sbsség- és yomásmgoszlás, llt a tstr ható áramlás rdtű rő. Ezkk a jllmzőkk az smrt g fotos, például közút járműkél, rpülőgépkél a jármű damka mttulajdoságaak mghatározásához, agy épültszrkztk szlárdság mértzésél a szél hatására kltkző rők matt létrjöő trhlés mghatározásáál. járműk körül kalakuló áramkép részlts smrt például azért s fotos lht, mrt aak jllg szoros összfüggésb a a jármű falára flhordott szyződés mységél és loszlásáal. járműk külső flülték lpszkolódása ll a jármű körül kalakuló áramlás jllmzők bfolyásolásáal tuduk édkz. Egy másk érdks jlség, hogy gys tstk körül bzoyos áramlás körülméyk között prodkusa gadozó áramkép alakul k. z dőb prodkusa gadozó sbsségtérhz gadozó yomástér kapcsolódk. 1

2 Ha a tst flült mté kalakuló yomásmgoszlás dőb prodkusa áltozk, akkor a tstr ható rdő áramlás rdtű rő s prodkusa fog áltoz. Ha ly stb az a kdzőtl hlyzt alakul k, hogy a grjsztés prodctása épp mggyzk az áramlásba hlyztt tst mchaka rzgésk sajátfrkcájáal, akkor rzoaca alakul k. Ekkor a mozgás ampltúdója addg ő, amddg a mozgást sgítő rők tljsítméy épp mggyzk a mozgás sorá kalakuló sztség folyamatokba flmészttt tljsítméyl. Ez az gysúly azoba sok stb olya agy ampltúdójú mozgásokál áll b, am a szrkzt mchaka károsodásához ztht. Ezért áramlásba hlyztt, hosszúkás, lkrkíttt tstkél az áramkép statkus jllmzők zsgálatát mdg k kll, hogy gészíts a damkus jllmzők zsgálata. Jl mérés fladat a témakör alaptő gyakorlat mgsmrésér ad lhtőségt laboratórum körülméyk között. 1. ábra: mérőbrdzés 3D-s ázlata. mérőbrdzés lírása síkáramlás jllgű csatoraáramlások zsgálatára alkalmas mérőbrdzés két fő részből, az gylts kfúás sbsségprofl létrhozására alkalmas törp szélcsatorából és a áltoztatható kalakítású mérőtérből áll. tljs mérés kalakítást a rajta átáramló lgő áramlás ráya mté, a. ábráak mgfllő a kötkző részk alkotják:

3 . ábra: mérőbrdzés D-s ázlata 1. Térfogatáram mérésr alkalmas bszíó mérőprm.. lgő bztésér szolgáló szíócső. 3. Nyomásmérés hly, amly m más, mt a szíócső ljé, köztlül a mérőprm utá található ks krsztmtsztű mgcsapolás. Nyomásméréshz a mgcsapolás csatlakozó csöét ékoy gumcsől kötjük össz a yomásmérő mgfllő kztésél. z tt mért yomásból a térfogatáram mghatározására yílk lhtőség. 4. Kétcsatorás dgtáls yomásmérő 5. lgő mozgatását az lktromos motor hajtású radáls tlátor égz. 6. szélláda fladata az gylts sbsség-mgoszlású klépő légsugár létrhozása. szélládába a lgő lőször szűrőszöt halad át, majd gy kofúzoro krsztül lép k blől. szűrőszöt és a kofúzor s a radáls tlátor yomócsokjából érkző gytl sbsségprofl ksmítását szolgálja. 7. mérőtér a zsgálat tárgyát képző külöböző csatorakalakítások létrhozására alkalmas. szélládából klépő közl gylts sbsség-mgoszlású lgőáramot köztlül ztjük a áltoztatható gomtra kalakítású mérőtérb. mérőtrt alulról gy parafa borítású alaplap határolja (bb szúrhatók bl az áramlás mgjlítésr szolgáló zászlócskák (8)). lülről gy átlátszó, plxből készült fdőlap, oldalt pdg külöböző hosszúságú, d azoos magasságú, áltoztatható hlyztű oldalfal lmk aak. kalakuló áramkép rajzolata az átlátszó fdlapo krsztül a légáramlás hatására szélráyba bálló zászlócskák sgítségél álk mgfgylhtőé. (Mgjgyzés: mérőtér alap- és fdlapja gymással párhuzamos sík flültk, az oldalfal md gys krsztmtsztb zkr mrőlgs hlyzkdk l. Így lső mgközlítésb, a határrétg kszorító hatásáak lhayagolásáal úgy tkthtjük, hogy az alaplap llt fdlap síkjára mrőlgs ráyba a folyadékrészcskék m térülk l, llt általába kmodható, hogy bb az ráyba sokkal ksbb mértékb áltozak az áramlás jllmzők mt a mérőtér síkjába fkő másk két ráy mté. mérőtrt z sajátossága tsz alkalmassá arra, hogy sgítségél a szoylag gyszrűbb, kétdmzós síkáramlásokat zsgálhassuk. 3

4 8. Áramlás mgjlítésr szolgáló zászlócskák. 9. Nyomásmérés hlyk, amlyk sgítségél a zsgált tst flült mté kalakuló yomásmgoszlás lsz mghatározható. z lőzőkb lírt alap-mérőbrdzés mlltt más kgészítő brdzéskr, így például barométrr, hőmérőr és mérőszalagra s szükség lsz a mérés légzés sorá. 3. mérés fladat részlts lírása, alaptő zsgálat és a kértéklés szmpotok 1. potba mgfogalmazott probléma ktrjdt zsgálata g sok dőt géyl. Ezért a mosta mérés gyakorlat alkalmáal a témához kötődő bztő mérés fladat gyk lhtségs áltozata szrt három külöböző alakú krsztmtszt:. égyzt, B. kör, C. dúcprofl az alább zsgálatokat célszrű légz: 3.1. z áramlásba hlyztt tst körül kalakuló áramkép zsgálata áramlás mgjlítés módszr sgítségél, sbsségprofl mérés Pradtl-csől a csatora b- és klépő krsztmtsztéb Első lépéskét a mérőtér alaplapjá a mgfllő oldalfallmk összllsztésél és a zsgálat tárgyát képző tst bhlyzésél k kll alakíta a mérőtrt. Ezutá az áramkép rajzolatáak mgfgylését úgy égzhtjük l, hogy az alaplap parafa borításába a szabad áramlás térb loszta olya gombostűkt szúruk, amlyk égér mm hosszú, lágy, bolyhos ayagból készült, ékoy foalat kötöttük. fladat jllgét fgylmb é mm-s gombostűk között táolság sűrűk, mm-s táolság rtkáak tkthtő. Trmészts, ahol az áramkép ks táolságo blül agyot áltozk (a zsgált tsthz közl) ott sűrűbb, míg a kgylíttt trült (a zsgált tsttől táol) rtkábba érdms lhlyz az áramlás ráyát jlző zászlócskákat. gombostű a céraszálat olya magasa kll lhlyz, hogy az mgközlítőlg a csatora középsíkjába hlyzkdj l. z áramlás mgdulása utá a foaldarabkák az áramlás ráyába állak b. Ha zászlócskákat mgfllő hlyztük l, a foalak lhlyzkdéséből krajzolódk a csatoraáramlás áramkép. zsgálat dokumtálásához szabadkéz rajzot kll készít a mgjlő áramképről, lhtőség sté féyképt lht készít róla. rajz lkészítéséél külöös fgylmt kll sztl az áramképb mutatkozó ráytöréskk, lálásokak és azo hlykk, ahol a foaldarabkák sszaáramlást, agy gadozó ráyú sbsségt mutatak. kalakuló lálás buborékok köroalát külö célszrű fltütt az ábrába. csatora blépő krsztmtsztéb Pradtl-csös sbsségmérést égzük, és az abból kapott sbsségproflt, ll. aak gyltsségét llőrzésképp a mérőprms térfogatáram mérésből kapott átlagsbsség értékél össztjük. z átlagsbsségt a Pradtl-csől mért mység mérésr oatkozó lőírások szrt határozhatjuk mg a krsztmtsztk potjaba mér (lásd. potokét sbsségmérés). mérőpotokat a blépő krsztmtsztb 7-15 mm két célszrű fl. mérés rdméykt táblázatos formába és dagramba, a mérőprms térfogatáram mérésből kapott átlagsbsséggl összt kll prztál. 4

5 3.. z áramlásba hlyztt tst flült mté kalakuló yomásmgoszlás mghatározása méréssl sbsségtér mlltt folyadékáramlások másk fotos jllmzőj az áramló közgb uralkodó yomás érték. z áramképb bkötkző áltozásokat általába hű kísér a yomás módosulása. mosta mérés alkalmáal a zsgált tst flült mté kalakuló yomás-mgoszlást kll mghatároz, és a kalakuló áramkép, llt a tst fala mt yomásmgoszlás között kapcsolatra kll mgállapításokat t. tst fala mté a yomásokat a tst flülté kalakított yomásmérés mgcsapolásokál dgtáls yomásméről határozhatjuk mg. yomásmérő gyk csatlakozóját gumcső sgítségél össz kll köt aak a potak a yomásmgcsapolásáal, ahol a yomás értékét mg szrték határoz. maométr másk bkötését a csatora bztő szakaszáak oldalá található yomás mgcsapolásokhoz köt a yomásmérő mdg a köryző zaartala áramlás statkus yomásához képst mérhtő túlyomás llt dprsszó értékét kapjuk mg az adott mérés potba. Ily módo, a yomásokat gykét lmér mgkaphatjuk a tljs fal mt yomásmgoszlást. zsgálathoz flhaszált mérőbrdzést és a fladat jllgét fgylmb, hgr sté célszrű a mérés potokat 5 o -két fl. Négyzt alapú hasáb sté a mérés potok losztása a mérőbrdzés kalakítása matt korlátozott, fx táolságra aak loszta. mérésk rdméyét dagramba kll fltütt. z áramkép és yomásmgoszlás brtokába célszrű azokat összt és a köztük mutatkozó kapcsolatot mgkrs és fljgyz z áramlásba hlyztt tstr ható llállásrő, a statkus yomástéyző és az llállás téyző mghatározása kértéklés sorá a yomásméréskből yomáskülöbségt kll számol, amt a szög, agy hlykoordáta függéyéb, dagramba kll ábrázol. Mg kll határoz a yomástéyző (c p ) értékt (1) alapjá, amt a ftkhz hasolóa, szté dagramba kll ábrázol. ahol c p, l p c p, [-] yomástéyző az -dk mérőpotba p [Pa] yomás az -dk mérőpotba l [kg/m 3 ] áramló közg (tt lgő) sűrűség [m/s] zaartala áramlás sbsség 3.1 és 3. potokba bmutatott zsgálat módszrk a tst körül kalakuló áramlás jlségk részlts lmzését szolgálják. ap mérök gyakorlatba azoba lgtöbbször szükségtl az ly részlts lírás. Hlytt sokszor lgdő a tstr ható llállásrő, llt az zzl összfüggésb mghatározott dmzótla mység, az llállás-téyző smrt. z áramlásba hlyztt tstr ható rőt úgy lht mghatároz, hogy a tst tljs körüláramlott flültét az gys yomásmérés potokak mgfllő részflültkr osztjuk úgy, hogy a yomásmérés pot a részflült súlypotjába ssék. részflültkr ható yomásból származó rők ktoráls összg a tstr ható tljs rőt adja: (1) 1 1 p 1 p h L () 5

6 ahol: [N] z áramlásba hlyztt tstr ható rdő rő. [db] mérés potok llt a részflültk száma. [N] z -dk részflültr ható rő. p [Pa] z -dk részflült köryztéb uralkodó yomás. m z -dk részflült agysága. flült ormáls ráyú gységktor. h [m] részflült darab szélsség L [m] részflült darab magassága. Körhgr sté az rdő rő x és y ráyú össztőjét az alábbak szrt határozhatjuk mg: x 1 x 1 p LR 1 s cos (3) y 1 y 1 p LR 1 s s (4) bzttt áltozók értlmzéséhz lásd a 3. ábrát. Y R x h y X Végül az rdő áramlás rő smrtéb aak bármly flbotását lőállíthatjuk. Így például az áramlástaba szokásos az rdő rő mgfúás ráyal párhuzamos és arra mrőlgs össztőjkét mghatározott llállásrő és flhajtórő f haszálata. Jllg zsgálatak sorá az llállásrőt, llt az zzl összfüggésb bzttt dmzótla jllmző, az llállás-téyzőt, c -t krssük. z llállás-téyzőt az alább összfüggés sgítségél határozhatjuk mg: c l o 3. ábra: áltozók értlmzés (5) 6

7 ahol: [N] az llállásrő. l pl RTt kg m 3 az áramló közg sűrűség. p l [Pa] légkör yomás. R= 87 J kgk a lgő spcfkus gázálladója. T t [K] közg hőmérséklt o m a tst áramlás ráyú tülték a agysága. q [m/s] az áramlásba hlyztt tst mgfúás sbsség. m a szabad csatora-krsztmtszt agysága. 3 q m s a mérőcsatorába áramló közg térfogatárama q térfogatáramot a radáls tlátor szíócsöéhz csatlakozó bszíó mérőprmml mérjük mg. ltétlzzük, hogy a rdszrb lgő csak bszíó mérőprm krsztül jut b, és a mérőtér klépő krsztmtszté lép k. mérőkalakítás gyéb rész légtömörk, így a sűrűség álladósága matt a mérőrdszr bármly krsztmtsztéb az átáramló térfogatáramok azoosak. Bszíó mérőprmml a q térfogatáramot az alább módo határozzuk mg. bszíócső ljér koctrkusa lhlyztt körlap alakú szűkítő lm utá köztlül lhlyztt yomásmgcsapolásál mgmérjük a légkör yomáshoz képst dprsszó, p mp értékét. p mp függéyéb a q térfogatáramot az alább összfüggés sgítségél határozhatjuk mg: q d 4 p l mp (6) ahol: 3 q m s a mérőrdszr átáramló térfogatáram []. [-] átfolyás szám, amlyk érték a krsztmtszt szűkítés szoyától és a Ryolds-számtól függ. értékét kísérltk alapjá összállított táblázatokból lht mghatároz. Bszíó mérőprmél, jl mérés sorá az átömlés téyző értékét jó közlítéssl 0,6-ak htjük. [-] xpazós szám, amlyk értékét a jl mérés sorá lőforduló szoylag ks yomásáltozások matt 1-k htjük. d [m] a mérőprm átmérőj. p mp [Pa] a mérőprm kalakuló yomássés agysága. l kg m 3 az áramló közg sűrűség. Ezk alapjá az llállás-téyző számíthatóá álk. z 1. táblázat tájékoztató adatokat tartalmaz éháy tst llállás-téyzőjéről a mgfúás ráy függéyéb. 7

8 3.4. z légztt zsgálatokról a mérés jgyzőköyt a []-s alapjá kll lkészít mérés jgyzőköyk az alább ábrákat kötlző tartalmaza kll: - x (y) sbsségprofl a blépő és klépő krsztmtsztb az gys mérés lrdzéskr, ahol x a fő áramlás ráy - statkus yomástéyző (c p ) loszlása a mért tstk flülté a szög (hgr sté) ll. táolság (hasáb) függéyéb az gys mérés lrdzéskr (c p (φ), c pst (x)) - a tstk körül kalakult áramkép foalakkal mgjlíttt kép hbaszámítást az alább mység(k)r kll a lt ázolt módo légz: z llállás-téyző kfjzés: az abszolút hba számítása: rlatí hba: c k q p csatora tst (7) c c c X (8)? 1 X c (9) ahol az X mért mységk: X =p 0 X 3 =T 0 X 3 = p X 4 = p mp hozzájuk kapcsolódó mérés hbák: p 0 =100 Pa 0= 1K p= Pa p= Pa mérés sorá m szabad mgfldkz - mérőbrdzés bkapcsolása lőtt, llt általába a mérőbrdzés üzm sorá mdg mg kll győződ a balstmts mukafltétlk tljsüléséről. Ha zk a fltétlk m tljsülk, a mérést azoal abba kll hagy, és a háyosságot mg kll szütt. Ily stb a mérőcsoport mdg kérj a mérésztő sgítségét. bkapcsolás és a mérés közb égrhajtott áltoztatásokról a brdzés köryztéb dolgozókat fgylmztt kll. - Md mérés alkalommal a légkör yomás és trmhőmérséklt fljgyzéséről! - flhaszált mérőműszrkről lolasott értékk mértékgységék és a rájuk oatkozó gyéb téyzők (Például a frdcsös mkromaométr mérőszál frdítés téyzőj.) fljgyzéséről. - flhaszált mérőműszrk típusáak, gyártás számáak és a b léő mérőfolyadék sűrűségék fljgyzéséről! - mérőműszrkről lolasott mységk, és a toább számításokál flhaszált mységk mértékgységék gyzttéséről. - z "U-csös" yomásmérő lé működő mkromaométrk csak mgfllő kízsztz haszálhatók. - yomásmérő bkötéséél fgylms kll ljár a csatlakozók "+" llt "-" ágáak és a méréshatár kálasztásáál. Általába mdgyk maométr típusál, d kmlt a frdcsös maométrél, fgyl kll arra, hogy a yomásmérő csatlakozó csokjara a gumcsöt óatosa, "ráközlít", a mérő folyadékszál slkdését fgylmml kísér kll flhlyz. Ha bkötőcsök tömör rögzítés lőtt a mérő folyadékszál ktérés mgközlít a maxmáls ktérést, úgy ha lht méréshatárt kll áltoztat a műszr, ha z m sgít, akkor agyobb yomások mérésér alkalmas műszrt kll álaszta a méréshz. Ellkző stb a mérőfolyadék gy rész a bkötőcsőb áramlk mghamsíta, stlg tljs lhttlé té a mérést. - mérőtérb a zsgált csatora összállításáál gyáz kll a légtömör szrlésr, mrt az stlgs kalakuló résk táozó llt báramló lgő jltős mgáltoztathatja az rdtlg szádékolt áramlás jllgét. Irodalom [1] Lajos Tamás: z áramlásta alapja, Műgytm Kadó, Budapst 004 [] 8

9 1. táblázat Ellállás téyzők R= Ryolds-szám tartomáyba 3D tstk oszlopos tstk Tst típusa, Tst típusa, c mgfúás ráya [-] mgfúás ráya c [-]