BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM. - Schlieren, lángterjedési sebesség mérés-

Átírás

1 BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM KALORIKUS GÉPEK MÉRÉSEI - Schlieren, lángterjedési sebesség mérés- ENERGETIKAI GÉPEK ÉS RENDSZEREK TANSZÉK

2 SCHLIEREN TECHNIKA A Schlieren jelenség Schlieren jelenség alatt optikai inhomogenitásokon áthaladó fénysugarak irányváltozását értjük. Az optikai inhomogenitás önmagában tág fogalom, kialakulhat szilárd testeknél pl.: felületi egyenetlenségeknek köszönhetően, vagy gáznemű közegeknél pl.: a sűrűség rohamos változása esetén. Az optikai inhomogenitásokban közös, hogy a rajtuk való áthaladás során az eltérülő fénysugarak miatt a képtorzulás alakul ki. Az 1. ábrán látható esetben egy autó tetején kialakult termikus határréteg okozza a Schlieren jelenséget, ami a háttérben látható rács párhuzamos vonalait eltorzítja. A jelenség összetett, de némely esetben jól leírható törvényszerűségek szerint megy végbe, ezért a Schlieren módszerek fizikai jelenségek megmutatására és számszerűsítésére is alkalmasak (kvalitatív és kvantitatív felhasználás). Fizikai háttér 1. ábra - Termikus határréteg autó tetején [3] Tekintsünk valamilyen közeget, melyben a törésmutató eloszlása nem konstans, hanem folyamatosan változik. Ekkor a törésmutató mező változása grad (n) vektorral, vagyis a törésmutató mező gradiensével jellemezhető. Ha egy fénysugár egy ilyen folytonosan változó törésmutatójú közegrészen halad át, akkor adott pontban egy R sugarú görbe pályára áll rá a 2. ábrán látható módon. R görbületi sugárra írható: 1 grad( n) = sinϕ R n 2. ábra - Fénysugár elhajlása folytonosan változó törésmutatójú közegben Az eltérülési szög értelmezése Ha egy fénysugár x távolságot tesz meg egy grad(n) -nel jellemzett, folytonosan változó törésmutatójú közegben, akkor az eltérülési szög a görbe vonal érintője és a zavartalan fényterjedéshez tartozó egyenes által bezárt szög: ε (lásd. 3. ábra)

3 3. ábra - Az eltérülés szögének értelmezése A törésmutatót befolyásoló fizikai jellemzők A törésmutató általában függ a fény hullámhosszától; a közeg melyen a fény áthalad hőmérsékletétől, nyomásától és anyagi minőségétől, keverék esetén a komponensek koncentrációjától. n = n( λ, T, p, ρi ) Adott anyagi minőség esetén a törésmutató a sűrűségtől függ. A gázokra vonatkozó állapotegyenletek figyelembevételével az állapotegyenlet egyértelmű összefüggést teremt a sűrűség, a nyomás és a hőmérséklet között a törésmutató változása a hőmérséklet és nyomásváltozást is mutatja. n = n( ρ ( p, T )) = n( p, T ) A törésmutató hőmérséklet és nyomásfüggésének leírásában igen fontos a Gladstone Dale összefüggés: n 1 = konst ρ Az ideális gáztörvényt ugyanazon anyag két állapotára felírva ρ T = p 0 ρ0 p0 T Behelyettesítve a Gladstone Dale egyenletet, írható: n 1 p T0 p T0 =, illetve: n = ( n0 1) + 1. n 0 1 Izobár folyamatnál ( ) p 0 n T p 0 T0 = n T T ( 1) p = : p 0 T p ρ T = konst 2 A 4. ábrán atmoszférikus nyomású levegő törésmutatójának hőmérsékletfüggése látható. Megfigyelhető, hogy a hőmérséklet emelkedésével a görbe ellaposodik, ami egy a törésmutató hőmérsékletfüggésére alapozó mérés érzékenységét magas hőmérséklettartományban lerontja. :

4 4. ábra - Atmoszférikus nyomású levegő törésmutatója a hőmérséklet függvényében Párhuzamos sugármenetű Schlieren berendezések ek Egy párhuzamos sugármenetű Schlieren berendezés egyszerűsített sémáját mutatja az 5. ábra. 5. ábra - Schlieren berendezés vázlata R - Rés O 1,O 2 - Schlieren objektívek S - Tárgy B - Blende (kés) S - Vetítés síkja A fényforrás képét egy kondenzor lencserendszer egyesíti R rés helyén. R rés fényforrásnak tekinthető. O 1 és O 2 azonos kiképzésű lencséket jelölnek, így az O 1 O 2 lencserendszer az R rés éles képét hozza létre O 2 fókuszsíkjában (ez a sík megegyezik B kés síkjával). A fénysugarak a továbbiakban egy vetítőlencsén haladnak át, amely S tárgy képét hozza létre S megfigyelési síkban. Az R rés adott pontjából kiinduló fénysugarak O 1 -en áthaladva párhuzamos sugarakat alkotnak. Tekintve, hogy ez R bármely pontjára igaz belátható, hogy párhuzamos sugárnyalábokat kapunk (6. ábra). 6. ábra - Párhuzamos sugárnyalábok kialakulása A 4. ábrából leolvasva a párhuzamos sugárnyalábok maximális szögeltérése: s max = tan 1 s 1 γ, ami kis szögekre: γ max = f 1 f1 Tekintsük R rés hosszabbik élét a lap síkjára merőlegesnek (3. ábra). O 2 fókuszsíkjában helyezzük el B Schlieren blendét (kés) úgy, hogy a blende éle párhuzamos legyen a rés hosszabbik élével (s 1 a rés rövidebbik éle). A B blendét felfelé mozgatva R rés képéből egyre nagyobb részt takar ki, míg végül teljesen ki nem takarja. A kitakarásnak megfelelően S ernyőn a megvilágítás erőssége egyenletesen az ernyő bármely pontjában egyformán csökken. Tegyünk S tárgy helyébe egy olyan síkot, amely csak egy pontban (P) képes a fénysugarakat átereszteni. Ebben az esetben a P ponton áthaladó fénysugarak egy γ szögű fénykúpot alkotnak. A fénykúp sugarai a párhuzamos fénysugarakból kerülnek ki, minden irányhoz tartozó sugárnyalábból egy-egy. Ennek a fénykúpnak is egy s 1 szélességű rés a képe B blende síkjában, a fénysugarak S ernyőn egy pontban (P ) egyesülnek. Tehát a vizsgált térrész, vagy tárgy egy pontjának képe a leképzésben szintén pont. Ha a P pontban a fénysugarak iránya Schlieren következtében megváltozik, a rés képe eltolódik annak megfelelően, hogy az eltolódás a blende

5 élével párhuzamosan felfelé, vagy lefelé történt. Ha a réskép lefelé tolódik el, akkor a blende annak egy részét kitakarja, a létrejövő P képpont megvilágításának erőssége csökken. Mivel ez érvényes P síkjának bármely pontjára a Schlieren helyek egy időben mutathatók ki. A Schlieren blende alaphelyzetét alkalmasan megválasztva Schlierentől mentes körülmények között a résképet részben már kitakarja a blende élére merőleges irányban az elhajlások mindkét irányban kimutathatók. Azon pontok megvilágítása, amelyek a blende él felé hajlottak el gyengébb lesz az alap megvilágításhoz képest míg amelyek az ellenkező irányban térültek el, azoké erősebb. A blende élével párhuzamos elhajlásokra a megvilágítás erőssége nem változik, így azokra a rendszer érzéketlen. Ezért a gyakorlatban két rés és vele párhuzamos állású blende állás mellett kell felvételeket készíteni. Célszerű a két állást úgy megválasztani, hogy azok egymással derékszöget zárjanak be. Az eltérülési szög a kés pozíciójának és a Schlieren objektívek fókusztávolságának ismeretében számítható. Méréshatár,, érzékenység A méréshatár vizsgálatánál azt kell tudnunk, hogy mekkora az a legnagyobb eltérülési szög, amit a rendszer még ki tud mutatni. A 7. ábra alapján belátható, hogy ha a rés képe s 1 mértékben eltérül, akkor a kitakarás teljes, további eltérülés ebben az irányban már nem okoz változást a megvilágítás erősségében. 7. ábra - a, Nincs kitakarás b, Teljes kitakarás Közelítőleg írható: s1 δ max az adott készüléken mérhető legnagyobb szögelhajlás. f 2 A fenti egyenletből látható, hogy a méréshatár s 1 változtatásával változtatható (pl. növelhető, ha a kialakult Schlieren képen a teljes kivilágosodás, vagy teljes elsötétedés kialakul, lásd 6. ábra). Fontos ugyanakkor megjegyezni, hogy a rés változtatása hatással van az érzékenységre is. Az érzékenység azt a minimális változást jelenti, amit egy módszerrel már észlelni lehet. Esetünkben ez a minimális eltérülési szög, amit tételezzünk fel a legnagyobb eltérülési szög p százalékának: pδ max δ min 100 Az érzékenység δ min reciproka: f 2 E = δ min p s1 Látható., hogy s 1 résméret növelésével az érzékenység csökken. Mérési stratégiák 8. ábra - A vizsgált termikus határrétegben teljes elsötétedés alakult ki Szimmetrikus jelenség, teljes eltérülés nem jön létre

6 blende pozíció középen Szimmetrikus jelenség, teljes eltérülés jön létre blende középső pozícióban, résméret növelése ha a résméret tovább nem növelhető, akkor a blendét a középső pozícióból el kell mozdítani, ekkor a jelenség egyik oldala deríthető fel Nem szimmetrikus jelenség, teljes eltérülés jön létre a blendét a középső pozícióból el kell mozdítani olyan irányban, hogy a teljes eltérülés csökkenjen (a teljes elsötétedés világosodni, a teljes kivilágosodás sötétedni kezd, lásd 9. ábrán a 8. ábrán látható esetet) 8-9. ábra - A vizsgált termikus határrétegben teljes elsötétedés alakult ki, termikus határréteg képe a blende elmozdítása esetén A tanszéki Schlieren berendezés A tanszéki Schlieren berendezés vázlata a 10. ábrán látható. A fényforrás higanygőz lámpa, a rés és a kés pozíciója precízen állítható. A Schlieren objektívek átmérője 80 mm, ez a vizsgálható térrész méretének felső korlátja. 10. ábra - A tanszéki Schlieren berendezés vázlata (Schlieren Aufnahmegerät 80) 1 - Fényforrás 2 - Kondenzor 3 - Rés 4,6 - Schlieren objektívek 5 - Vizsgálandó tárgy 7 - Blende 8 - Fotó objektív 9 - Vetítő objektív 10 - Mattüveg/vetítés helye 11 - Eltérítő tükör 12 - Leképező objektív 13 - Mattüveg/kés pozíciójának ellenőrzése Mérés menete 1, fényforrás begyújtása, bemelegítése 2, vizsgálandó tárgy elhelyezése a vizsgálótérben

7 3, 4, 5, precíz elhelyezésről gondoskodni kell (párhuzamosság, merőlegesség). Ehhez a látómezőt élesre kell állítani. megfelelő résvastagság kiválasztása, a rés pozíciójának beállítása ez a vizsgálandó jelenség előzetes átgondolását igényli. A tipikus réspozíciók: függőleges, vízszintes. a kés réssel való párhuzamosságának beállítása kés pozíciójának beállítása tipikus késpozíció: középső ( a kés Schlieren mentes esetben a rés képének felét takarja ki) Színes Schlieren felvételek Lehetőség van a rés (10. ábra 7) helyére színes illetve csíkos diát elhelyezni (lásd. 11. ábra). 11. ábra - Schlieren berendezéshez használható színes dia A színes dia használata esetén, ha üres vizsgálótér mellett a dia pozícióját változtatjuk, akkor feltéve, hogy a rés legfeljebb olyan vastag, mint a dián lévő csíkok vastagsága egységes színű, alap megvilágítású képet kapunk. Az ekkor látható 0 eltérülésű fénysugarakhoz tartozó szín színt alapszínnek nevezzük. Ha a vizsgálótérben Schlieren tartalmú tárgyat, vagy közeget helyezünk el, akkor az eltérülések eredményeként különböző színű zónák jönnek létre a leképzés során. Ekkor az eltérülési szög a színes dia csíkjainak vastagságából és a szín sorrendből számítható ki. Színes képre mutat példát a következő ábra: 12. ábra - Rakétamodell körüli áramlás szemléltetése színes Schlieren technikával [2] 13. ábra - Turbinalapátok közötti áramlás szemléltetése színes Schlieren technikával [3]

8 14. ábra - Lökéshullámok lövedék körül [4] BUNSEN LÁNGOK Gáznemű égési formák felosztása A gáznemű anyagok égését két alapvető csoportba sorolhatjuk: 1, előkevert lángok (premixed flames) a tüzelőanyag és oxigén összekeverve éri el a reakciózónát. Ha az áramlás nem turbulens erre az égésfajtára vékony reakciózóna (lángfront) jellemző. 2, 15. ábra Bunsen láng diffúziós lángok (non premixed, diffusion flames) a tüzelőanyagot és oxigént különkülön vezetjük a reakciózóna közelébe. A keveredés diffúzió és turbulencia útján jön létre. Előkevert láng szerkezete 16. ábra - A gyertya lángja tipikus diffúziós láng [5] Az előkeveredési zónához közeledve a keverék előmelegszik, majd a reakciózónát elérve hőmérséklete hirtelen megnő. A hőmérséklet és a tüzelőanyag ill. oxigén koncentráció alakulásának jellegét mutatja a következő ábra:

9 17. ábra Előkevert láng felépítése, hőmérséklet és reakciósebesség eloszlás A Bunsen láng felépítése az alábbi ábrán látható. Ha a tüzelőanyag túl sok, akkor a környezeti levegővel keveredve egy második lángfrontban ég el. 18. ábra - Bunsen láng felépítése 19. ábra - Áramlási és lángterjedési sebesség egyensúlya stabil lángban A Schlieren felvételeken a belső kúp jól látható. Feltételezve, hogy a belső lángfront alakja kúpos (nem forgási paraboloid) a Schlieren felvételből meghatározható a lángterjedési sebesség a 19. ábra felhasználásával. Ekkor ugyanis felírható a lángterjedési sebesség és az áramlási sebesség lángfrontra merőleges komponensének egyensúlya a fél-kúpszög segítségével: u = v sin ( α) u - Lángterjedési sebesség [m/s] v - Átlagsebesség [m/s]

10 Az égés levegőszükséglete Az égés elméleti levegőszükséglete elemi, tökéletes égési reakciók összességeként írja fel egy tüzelőanyag égését. Ezeket az egyenleteket sztöchiometriai egyenleteknek nevezik. Például a metán (CH 4 ) sztöchiometriai egyenlete a következő: CH + 2 O + N CO + 2 H O N Fontos megjegyezni, hogy nem oxigénnel, hanem levegővel égetünk, így a levegő N2 tartalmát is figyelembe kell venni. Az egyenletben anyagmennyiség szerepel (mól), ugyanakkor feltételezve, hogy a kiinduló anyagok és reakció termékek azonos nyomáson és hőmérsékleten vannak jelen a rendszerben ezek az arányok térfogat arányt is jelentenek. Az egyenletből kiszámítható, hogy egységnyi mennyiségű tüzelőanyaghoz mennyi levegőre van szükség. Ez a kifejezés az elméleti levegőszükséglet. Értéke az előző példa alapján (O 2 és N 2 együtt): 3 79 m levegő L 0 = = m tü.a. Az elméleti levegőszükséglet felhasználásával bevezethető a légfelesleg tényező, ami azt mutatja meg, hogy az elméletileg szükségeshez képest mennyi levegőt juttattunk az égéshez: L λ = L 0 λ - Légfelesleg tényező L - Égéshez vezetett levegő mennyisége [m 3 ], [m 3 /s] L 0 - Elméleti levegőszükséglet [m 3 ], [m 3 /s] λ > 1 esetén a keverék az elméletileg szükségesnél több levegőt tartalmaz (tüzelőanyagban szegény), λ < 1 esetén pedig kevesebbet (tüzelőanyagban dús). A légfelesleg tényező a tüzeléstechnikában az egyik legalapvetőbb és egyben legfontosabb fogalom. Az égés jellemzőit (lángterjedési sebesség, károsanyag képződés) a légfelesleg tényező függvényében szokás megadni. A lángterjedési sebesség légfelesleg függésére mutat példát a következő ábra: 20. ábra - Földgáz lángterjedési sebessége a légfelesleg függvényében

11 LÁNGCSÖVES LÁNGTERJEDÉSI SEBESSÉG MÉRÉS Homogén gáz levegő keverékben a kísérleti tapasztalatok szerint a láng terjedési sebessége több tényező függvénye: nyomás, hőmérséklet és a gáz és levegő térfogataránya. Adott hőmérsékleten és nyomáson az égés gáz levegő keverékben csak egy meghatározott alsó és felső keverékarány között lehetséges. Ezen határok között a láng terjedési sebesség maximummal rendelkező görbe szerint változik. Az így meghatározható alsó- és felső gyulladási koncentráció határ biztonságtechnikai szempontból is fontos jellemző. Egy térben az alsó gyulladási koncentráció határ alatt, annak kb 1/10-részét szokták megengedni. Ha az éghető gáz koncentrációja ezt meghaladja, robbanás veszély állhat elő. Megfelelő készülékben különböző, mérhető összetételű gázkeverékek állíthatók elő. A gázkeverékkel egy függőleges helyzetű, alul teljesen nyitott üvegcsövet feltöltve, villamos szikrával meggyújtható a keverék. A gyújtás helyétől a lángfront a csőben egy megjelölt távolságot fut be, aminek idejét méréssel meghatározva a lángterjedési sebessége a gáz levegő keverékben kiszámítható. A terjedési sebességet a gáz-levegő elegy összetétele függvényében ábrázolhatjuk. Lángterjedési sebesség vizsgálata Egy felül zárt, alul nyitott csövet ismert éghető gáz levegő keverékkel feltöltünk, majd villamos szikrával meggyújtunk. A gyújtás helyétől kiindulva egy vékony lángfront jön létre, amely végig halad a csövön egészen a teljes kiégésig. A lángfront egy t időpontban való helyzetét az 21. ábra, a lángfront előtt és után kialakult hőmérséklet és nyomás viszonyokat a 22. és 23. ábra szemlélteti ábra Lángfront helyzete, a lángfront előtt és után kialakult hőmérséklet és nyomás viszonyok u - Lángterjedési sebesség w - A visszaáramló égéstermék sebessége t k - Kezdeti hőmérséklet t - Visszaáramló égéstermék hőmérséklet t p r - A lángfront előtti reagens zónában kialakult nyomás p - A lángfront utáni nyomás t c - Koncentráció (gáz levegő keverékarány) g t gyull Gyulladási hőmérséklet t max A lángfrontban lévő hőmérséklet p A lángfront előtti és utáni nyomáskülönbség

12 A láng terjedési sebessége egy gáz fajtájánál a kezdeti hőmérséklettől, a nyomástól és gáz levegő arányától függ; u = f (c g, p, t k ) A csőben álló gáz levegő elegyben a keletkező égéstermék visszafelé áramlik. A visszaáramló égéstermék sebességét döntően a lángfront hőmérséklete határozza meg; w = f (t max ) A 2. ábrán jól nyomon követhető adott τ időpillanatban az égéstermék zóna és a reagens zóna közötti hőtranszport folyamat a hőmérséklet gradiens következtében. A hideg keverék a gyulladási hőmérsékletig felmelegszik. Az égőképes keverék gyulladása után hőfejlődés indul meg, ami további hőmérsékletemelkedést eredményez. A magas hőmérséklet felől az előmelegítést is a hőfejlődés biztosítja. A reagens zónában a nyomás /p r / nagyobb, mint a termékzónában /p t /, mert a fajtérfogat növekedés miatt létrejövő áramlás gyorsítását ez a nyomáskülönbség biztosítja. p > r p t w = v u t v r u - Reagens közeg fajtérfogata w - Az égéstermék fajtérfogata Az egyenletet rendezve: vt w = u v A fal kioltó hatása r A normál lángterjedési sebesség sík lángfront esetén egyértelmű mennyiség. A görbült lángfront esetén a nyomáskülönbség hatására szekunder áramlás alakul ki. A kísérlet során ez jól megfigyelhető: A gyújtás helyétől kiinduló lángfront jellegzetes medúza alakot vesz fel. Ez a lángfront alak a cső fala mentén, a kioltási távolságon belül kialakuló áramlás következménye. A fal melletti visszaáramlás egy tórusz gyűrű menti örvény kialakulását okozza ( 24. és 25. ábra ) A láng terjedési sebessége ábra A fal mellett kialakuló áramlás Különböző koncentrációk esetén a mért futási idők és futási távolság ismeretében számított sebesség alapján a láng terjedési sebessége a koncentráció függvényében ábrázolható. A jelleggörbéje egy másod, vagy harmadfokú polinommal közelíthető (26. ábra). A jelleggörbe három meghatározó alapponttal rendelkezik / c g, min, c g, 0, c g, max /.

13 Ahol: c g,min - c g,0 - c g,max ábra A láng terjedési sebessége Alsó gyulladási határérték. A keverékben sok a levegő és kevés a gáz, ez az érték alatt gyulladás nem jöhet létre. A görbe maximuma. Ismert gáz fajtára az értéke sztöchiometrikus egyenlettel meghatározható /tökéletes égés/. Felső gyulladási határérték. A keverékben kevés az éghető, nagy a légfelesleg tényező, ez az érték felett gyulladás nem jöhet létre. A bevitt gyulladási energia meghatározza az alsó és felső határértéket /c g,min, c g,max /. A láng terjedési sebessége állandó hőmérséklet (t), illetve nyomás (p) mellett, változó nyomás és hőmérséklet esetét a 27. és 28. ábra szemlélteti ábra Láng terjedési sebessége állandó hőmérséklet és változó nyomás mellett illetve állandó nyomás és változó hőmérséklet mellett A lángterjedési sebesség mérő berendezés felépítése és kezelése A tanszéki lángterjedési sebesség mérő berendezés elvi felépítése a 29. ábrán látható. Ezen az ábrán követhető nyomon különböző gáz levegő elegy összetételénél a láng terjedési sebességének mérése. A rendszer gáz ellátása hálózati vezetékes gáz útján történik, míg a levegő ellátását egy ventilátor biztosítja. Mind a gáz, mind a levegő egy meghatározott mennyiségének szállítása egy keverőtéren keresztül történik az elégetésre és a keverék elegy sebességének mérésére szolgáló üvegcsőbe. A gáz és a levegő útja a keverőtérig megegyezik. Külön külön gázórával mérjük a eltérő koncentráció értékek beállításához szükséges mennyiségeket, majd egy kézi vezérlésű mágnesszelepeken keresztül juttatjuk a keverőtérbe. Itt jön létre a keverékképzés. A másik lehetőség a mennyiségek beállítására az azonos kialakítású furattárcsák alkalmazása, amelyek az osztókörön különböző átmérőjű furatokkal rendelkeznek. A két tárcsával azonos nyomáson,

14 eltérő furatátmérőkkel, azonos áramlási idő esetén a térfogatáramot lehet változtatni. A furat átmérők arányából számítható a gáz levegő aránya ( G/ L). A keverőtérből a beállított gáz levegő elegy az ábrán látható módon feltölti a mindkét végén zárt üvegcsövet. Az üvegcső alsó zárófedele egy visszagyulladásgátló betéthez kapcsolódik. Ennek kettős szerepe van. Egyrészt az égés során a visszagyulladást akadályozza meg, másrészt a mérőcső beállított koncentrációjú keverékkel való feltöltődését is jelzi. A visszagyulladásgátló betét is telítődik az éghető eleggyel, amit a végén elhelyezett gyújtóláng meggyújt. A mérésre szolgáló üvegcsőben az égőképes keveréket egy kézi vezérlésű gyújtó elektródával gyújtjuk meg. A üvegcső alján és a végén két ionizációs detektor található, amelyek érzékelik a lángfront kialakulását, és a lángfront futásának befejezését. A két ionizációs érzékelő alternatív kapcsolóként egy relén keresztül indítja, illetve leállítja az elektromos stoppert a mérés során A mérés menete 29. ábra - A tanszéki lángterjedési sebesség mérő berendezés elvi felépítése 1 - Nyomásszabályzó 2 - Gázóra (levegő) 3 - Gázóra (földgáz) 4 - Nyomáskülönbség mérő 5 - Mágnes szelep 6 - Furattárcsás áramlás szabályzó 7 - Keverőtér 8 - Visszaégés gátló / kontrolégő 9 - Gyújtóláng 10 - Stopper 11 - Jelfeldolgozó és stopper vezérlő 12 - Lefuvató szelep 13 - Nyomás ellenörző U cső 14 - Gyújtóelektróda 15 - Lángcső 16 - Lángfont érzékelő ionizációs detektor 17 - Töltés kapcsoló A mérés során állandó gázmennyiség mellett a levegő mennyiségét változtatva állítjuk be a különböző keverékarányokat a furattárcsák segítségével. 1. Zárjuk a mérőcső alsó zárófedelét, majd a gáz és levegő oldali furattárcsát a legkisebb furatállásba állítjuk. Ezt követően nyitjuk a mágnesszelepeket. Megkezdődik a keverőtéren

15 keresztül a mérőcsőnek a beállított keverék eleggyel való feltöltése. A cső teljes feltöltését a visszagyulladásgátló betét tetején megjelenő kis láng jelzi. Ezt követően zárjuk a mágnesszelepeket, nyitjuk a mérőcső alsó zárófedelét, és kézi vezérlés útján gyújtó szikrával meggyújtjuk mérőcsőben lévő keverék elegyet. Ha nem jött létre égés, akkor a keverék elegy az alsó gyulladási határérték alatt van. Ebben az esetben zárjuk a mérőcső alsó zárófedelét, a levegő rendszer furattárcsáját másik állásba helyezzük ( csökkentjük a levegő mennyiségét ), és nyitjuk a mágnesszelepeket. Újra töltjük a mérő rendszert. A feltöltés után ismételjük meg a fentiekben már ismertetett lépés sort mindaddig amíg el nem érjük az alsó gyulladási határértékét. 2. Az alsó gyulladási határérték elérése után létre jön az égés, kialakul a lángfront, az ionizációs kör ezt érzékeli, és elindítja az elektromos stoppert. A lángfront a csőben ismert távolság megtétele után érzékeli az ott elhelyezett másik ionizációs kör és leállítja a stoppert. A mért idő és a lángfront által befutott távolság ismeretében a lángfront sebessége számítható. 3. Az mérést mindaddig folytatjuk változó levegő mennyiség hozzákeverésével, amíg el nem érjük a felső gyulladási határértéket. 4. A mérési sorozat végén a különböző gáz levegő arányoknál mért futási sebesség ismeretében számítható a láng terjedési sebessége, valamint ábrázolható az ismert futási távolság ismeretében a lángterjedési sebesség - koncentráció függvény Felkészülést segítő kérdések Schlieren 1, Mi a Schlieren jelenség? 2, Milyen összefüggés van egy folytonosan változó törésmutatójú közeg törésmutatójának gradiense és a rajta áthaladó fénysugár pályájának görbületi sugara között? Készítsen ábrát! 3, Fejezze ki az eltérülési szöget, mint a zavartalan fényterjedés irányában mért x távolság és R görbületi sugár függvényét! Készítsen magyarázó ábrát! 4, Adott gáz milyen jellemzőitől függ a törésmutató? Tüzeléstechnika 1, Mi jellemző az előkevert égésre? Vázolja fel egy előkevert, lamináris láng szerkezetét! 2, Milyen megfontolás alapján számítható a lángterjedési sebesség? 3, Milyen egyenletek a sztöchiometriai egyenletek? Mit fejeznek ki ezek az egyenletek? 4, Mi az elméleti levegőszükséglet? 5, Mi a légfelesleg tényező? Lángterjedési sebesség mérés 1, Lángterjedési sebességet meghatározó paraméterek? 2, Visszaáramló égéstermék sebességét meghatározó paraméterek? 3, A lángterjedési sebesség jelleggörgéje? 4, A lángterjedési sebesség görbét meghatározó határértékek? 5, A lángterjedési sebességet hogyan befolyásolja a p, t változása (rajz)? HIVATKOZÁSOK [1] GARY S. SETTLES: Schlieren and Shadowgraph Imaging in the Great Outdoors, Proceedings of PSFVIP- 2, Honolulu, USA, May 16-19, [2]

16 [3] [4] [5]