H08 HATÁRRÉTEG SEBESSÉGPROFIL MÉRÉSE TÉGLALAP KERESZTMETSZETŰ CSATORNÁBAN

Hasonló dokumentumok
MÉRÉSI JEGYZŐKÖNYV M4. számú mérés Testek ellenállástényezőjének mérése NPL típusú szélcsatornában

H01 TEHERAUTÓ ÉS BUSZMODELL SZÉLCSATORNA VIZSGÁLATA

Ventilátor (Ve) [ ] 4 ahol Q: a térfogatáram [ m3. Nyomásszám:

TÉRFOGATÁRAM MÉRÉSE. Mérési feladatok

Mérési jegyzőkönyv. M1 számú mérés. Testek ellenállástényezőjének mérése

Áramlástan kidolgozott 2016

XXI. NEMZETKÖZI GÉPÉSZETI TALÁLKOZÓ

1.1 Hasonlítsa össze a valós ill. ideális folyadékokat legfontosabb sajátosságaik alapján!

SZAKDOLGOZAT VIRÁG DÁVID

Hidrosztatika, Hidrodinamika

Modern Fizika Labor Fizika BSC

Folyadékok és gázok áramlása

Folyadékok és gázok áramlása

KS TÍPUSÚ IZOKINETIKUS MINTAVEVŐ SZONDA SZÉLCSATORNA VIZSGÁLATA

HÍDTARTÓK ELLENÁLLÁSTÉNYEZŐJE

Az úszás biomechanikája

VIZSGA ÍRÁSBELI FELADATSOR

A mikroskálájú modellek turbulencia peremfeltételeiről

0,00 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 Q

Áramlástechnikai mérések

Szabályozó áramlásmérővel

PONTSZÁM:S50p / p = 0. Név:. NEPTUN kód: ÜLŐHELY sorszám

F. F, <I> F,, F, <I> F,, F, <J> F F, <I> F,,

Labormérések minimumkérdései a B.Sc képzésben

Fűtési rendszerek hidraulikai méretezése. Baumann Mihály adjunktus Lenkovics László tanársegéd PTE MIK Gépészmérnök Tanszék

M é r é s é s s z a b á l y o z á s

VIZSGA ÍRÁSBELI FELADATSOR

ÁRAMLÁSTAN MFKGT600443

A diplomaterv keretében megvalósítandó feladatok összefoglalása

LAPDIFFÚZOR JELLEMZŐINEK MEGHATÁROZÁSA

Folyadékok áramlása Folyadékok. Folyadékok mechanikája. Pascal törvénye

Ellenáramú hőcserélő

NYOMÁS ÉS NYOMÁSKÜLÖNBSÉG MÉRÉS. Mérési feladatok

2. Hangfrekvenciás mechanikai rezgések vizsgálata jegyzőkönyv. Zsigmond Anna Fizika Bsc II. Mérés dátuma: Leadás dátuma:

Áramlástan Tanszék Méréselőkészítő óra I. Horváth Csaba & Nagy László

H05 CSŐVEZETÉKBEN HASZNÁLT TÉRFOGATÁRAM-MÉRÉSI MÓDSZEREK ÖSSZEHASONLÍTÁSA

Hidraulika. 1.előadás A hidraulika alapjai. Szilágyi Attila, NYE, 2018.

BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM Épületgépészeti és Gépészeti Eljárástechnika Tanszék HALLGATÓI SEGÉDLET

KS / KS ELŐNYPONTOK

Folyadékáramlás. Orvosi biofizika (szerk. Damjanovich Sándor, Fidy Judit, Szöllősi János) Medicina Könyvkiadó, Budapest, 2006

7. Mágneses szuszceptibilitás mérése

Propeller és axiális keverő működési elve

KS-404 AUTOMATIZÁLT IZOKINETIKUS AEROSOL - PORMINTAVEVŐ MÉRŐKÖR, HORDOZHATÓ BELSŐTÉRI KIVITEL ISO 9096 STANDARD KÁLMÁN SYSTEM SINCE 1976

TABLETTÁK ÉS KAPSZULÁK SZÉTESÉSE

Térfogatáram mérési módszerek 1.: Mérőperem - Sebességeloszlás (Pr)

Szívókönyökök veszteségeinek és sebességprofiljainak vizsgálata CFD szimuláció segítségével

1.2 Folyadékok tulajdonságai, Newton-féle viszkozitási törvény

Légsebesség profil és légmennyiség mérése légcsatornában Hővisszanyerő áramlástechnikai ellenállásának mérése

10. Valóságos folyadékok áramlása

2. mérés Áramlási veszteségek mérése

Folyadékok és gázok mechanikája

A VAQ légmennyiség szabályozók 15 méretben készülnek. Igény esetén a VAQ hangcsillapított kivitelben is kapható. Lásd a következő oldalon.

KORSZERŐ ÁRAMLÁSMÉRÉS 1. - Dr. Vad János docens Általános áramlásmérési blokk: páratlan okt. h. kedd

HIDROSZTATIKA, HIDRODINAMIKA

FOLYADÉK BELSŐ SÚRLÓDÁSÁNAK MÉRÉSE

Szent István Egyetem FIZIKA. Folyadékok fizikája (Hidrodinamika) Dr. Seres István

Mechanika IV.: Hidrosztatika és hidrodinamika. Vizsgatétel. Folyadékok fizikája. Folyadékok alaptulajdonságai

Áramlástan feladatgyűjtemény. 6. gyakorlat Bernoulli-egyenlet instacionárius esetben

Folyadékok és gázok mechanikája

GROX huzatszabályzók szélcsatorna vizsgálata

Hangfrekvenciás mechanikai rezgések vizsgálata

A gradiens törésmutatójú közeg I.

Térfogatáram mérő kés zülékek

BDLD. Négyszög könyök hangcsillapító. Méretek

Modern Fizika Labor. 2. Elemi töltés meghatározása

BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM ÁRAMLÁSTAN TANSZÉK TOMPA TESTEK ELLENÁLLÁSTÉNYEZŐJÉNEK VIZSGÁLATA MÉRÉSI SEGÉDLET. 2013/14. 1.

3. Mérőeszközök és segédberendezések

2.GYAKORLAT (4. oktatási hét) PÉLDA

Négyszög egyenes hangcsillapító DLD. Méretek

Elektrotechnika. Ballagi Áron

Égés és oltáselmélet I. (zárójelben a helyes válaszra adott pont)

Vérkeringés. A szív munkája

H03 DINAMIKUS NYOMÁSMÉRÉS HENGERES TESTEK FELÜLETÉN

BMEGEÁTAT01-AKM1 ÁRAMLÁSTAN (DR.SUDA-J.M.) 2.FAKZH AELAB (90MIN) 18:45H

Ellenállásmérés Wheatstone híddal

H05 CSŐVEZETÉKBEN HASZNÁLT TÉRFOGATÁRAM-MÉRÉSI MÓDSZEREK ÖSSZEHASONLÍTÁSA

Tárgyszavak: kapilláris, telítéses porometria; pórustérfogat-mérés; szűrés; átáramlásmérés.

KS-407-H / KS-107-H BELSŐTÉRI KIVITELŰ, TÖBB CÉLÚ, LÉGFŰTÉSES/-HŰTÉSES SZŰRŐHÁZ, SZONDASZÁR IZOKINETIKUS AEROSZOL - PORMINTAVEVŐ MÉRŐKÖRHÖZ

Aktuális CFD projektek a BME NTI-ben

ÖRVÉNYSZIVATTYÚ MÉRÉSE A berendezés

Hangfrekvenciás mechanikai rezgések vizsgálata

KORSZERŰ ÁRAMLÁSMÉRÉS I. BMEGEÁTAM13

A 2016/2017. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny második forduló FIZIKA I. KATEGÓRIA. Javítási-értékelési útmutató

Szilárd testek rugalmas alakváltozásai Nyú y j ú tás y j Hooke törvény, Hooke törvén E E o Y un un modulus a f eszültség ffeszültség

Optika gyakorlat 2. Geometriai optika: planparalel lemez, prizma, hullámvezető

FIZIKA. Folyadékok fizikája (Hidrodinamika) Dr. Seres István

Örvényszivattyú A feladat

ÖRVÉNYSZIVATTYÚ JELLEGGÖRBÉINEK MÉRÉSE

Az ( ) tankönyv használata

Folyami hidrodinamikai modellezés

9. Fényhullámhossz és diszperzió mérése jegyzőkönyv

DLDY. Négyszög egyenes hangcsillapító. Méretek

1.1 Emisszió, reflexió, transzmisszió

Hang terjedési sebességének meghatározása állóhullámok vizsgálata Kundt csőben

Kérdések. Sorolja fel a PC vezérlések típusait! (angol rövidítés + angol név + magyar név) (4*0,5p + 4*1p + 4*1p)

Nyomáskülönbség-jeladók, térfogatáram mérő egysé gekhez

2. rész PC alapú mérőrendszer esetén hogyan történhet az adatok kezelése? Írjon pár 2-2 jellemző is az egyes esetekhez.

Mérési hibák

Felületi feszültség: cseppfolyós-gáz határfelületen a vonzerő kiegyensúlyozatlan: rugalmas hártyaként viselkedik.

Átírás:

H08 HATÁRRÉTEG SEBESSÉGPROFIL MÉRÉSE TÉGLALAP KERESZTMETSZETŰ CSATORNÁBAN 1. Elméleti bevezető: Határréteg alatt a viszkózus áramló folyadéknak azt a szilárd felület melletti rétegét értjük, amelyen belül a folyadék sebessége a felület sebességéről a felülettől távolabbi sebességre változik [1]. Prandt megállapítása szerint ugyanis ez egy aránylag vékony rétegen belül rohamosan megy végbe. Ezen a rétegen kívül a folyadék súrlódásmentesnek tekinthető. A határrétegen belül is megkülönböztetünk lamináris és turbulens áramlást, tehát van lamináris és turbulens határréteg. A határréteg minőségét itt is elsősorban a Reynolds szám értéke dönti el. Határréteg esetén a Reynolds szám az alábbi képlet szerint értelmezhető: Re x = v x ν Ahol v az áramlási sebesség a határrétegen kívül, x a belépőéltől mért távolság és ν a kinematikai viszkozitás. Állandó v áramlási sebességű áramlásban az áramlás irányába helyezett síklap mindkét oldalán a határréteg lamináris marad ha Re x < 8.4 10 4 akkor is, ha a v sebességű áramlás erősen turbulens. Re x > 8.4 10 4 esetén a határréteg lehet lamináris, vagy turbulens, de Re x ~ > 5 10 5 esetén a fal közvetlen közelében elhelyezkedő vékony rétegtől eltekintve már biztosan turbulens. A határréteg átmenetet többek között befolyásolja a nyomás gradiense, a felület érdessége, a hőátadás, és a főáramlás turbulencia foka. Vastagsággal bíró testek esetén ez a határátmenet késleltethető amennyiben a felület megfelelő simaságú és az áramlás sebessége a főáramban az áramlás irányában nő (konfúzoros áramlás). Lamináris határréteg esetén a v x áramlás irányú sebességkomponens sebesség falra merőleges irányú eloszlása a határrétegen belül, illetve a határréteg vastagsága a Navier- Stokes-egyenlet segítségével számolható, ahol az alábbi feltételezésekkel szoktunk élni: A határréteg áramlás sík áramlás a sebesség fallal párhuzamos komponense sokkal nagyobb, mint a falra merőleges komponens a sebesség falra merőleges komponensének megváltozása sokkal rohamosabb, mint a fallal párhuzamos változás az áramlás állandósult (stacionárius) a térerő hatását elhanyagoljuk.

és bár a fentiekből következik, érdemes kiemelni, hogy a nyomás a határrétegben a falra merőlegesen nem változik, és megegyezik a szabad áramlásban mérhető nyomással az adott x pontban. Ekkor v x 1.5 y 3 v δ 0.5 (y δ ) ahol y a faltól mért távolság és δ a határréteg vastagsága, amely az alábbi összefüggéssel közelíthető: δ x 5 Re x Turbulens határréteg esetén a fenti jellemzők meghatározásához felhasználjuk a Prandtlféle keveredési úthossz modellt és alkalmazzuk Prandtl közelítő föltevéseit melyek szerint: a fal közvetlen közelében az l keveredési úthossz zérus és a faltól távolodva y függvényében lineárisan nő, vagyis l κy A fal közvetlen közelében a csúsztatófeszültség állandó és egyenlő a falon ébredő τ 0 fali csúsztató feszültséggel. ekkor a falnál v x y > 0 v x u = 1 yu ln κ ν + K ahol u = τ 0 az ún. súrlódási sebesség ρ sűrűségű közeg esetén és K=állandó. A fenti ρ összefüggést univerzális (logaritmikus) faltörvénynek nevezzük. Kísérletek alapján az összefüggés állandóira κ = 0.41 és K = 5 értékek adódtak. A fal közvetlen közelében a fal megakadályozza az örvények keletkezését. A határréteg ezen részét viszkózus (vagy lamináris) alaprétegnek nevezzük. Itt a sebességmegoszlást a v x u = yu ν összefüggés írja le. Az y + = yu dimenziótalan falvastagságot bevezetve a lamináris alapréteg y + < 10 ν tartományba esik, az univerzális faltörvény érvényességi tartománya pedig 30 < y + < 300. A határréteg külső 300 < y + részein a sebességmegoszlás leírására különböző félempirikus, vagy empirikus összefüggések szolgálnak.

Síklap esetén a határréteg vastagsága a következő képlettel közelíthető: 2. A mérés célja: δ x 0.14 7 Re x A határréteget egy téglalap keresztmetszetű csatornában vizsgáljuk Pitot cső segítségével. Az itt kialakuló határréteg több szempontból különbözik az áramlásba helyezett síklapon kialakuló határrétegtől. A belépő keresztmetszetre illesztett beszívó tölcsér és a csatorna belépőéle közötti átmenetnél az áramlás leválhat így a belépés nem ideális, valamint a vastagodó határréteg miatt a belépéstől távolodva a főáramlás kersztmetszete csökken így az ásramlás sebesség fokozatosan nő és ezzel együtt a statikus nyomás csökken, vagyis az áramlás konfúzoros. Mindezeket figylembe véve a mérés során vizsgáljuk, hogy az adott körülmények között érvényesek e az elméleti bevezetőben megfolkalmazott megfigyelések illetve a felírt összefüggések. 3. Mérés leírása A légcsatornát és a hozzá kapcsolódó mérőrendszert az 1. és 2. ábrák szemléltetik. A légcsatornán (2) át a levegőt egy radiális ventilátor (5) segítségével áramoltatjuk, a beszívás egyenletesítést a csatorna elején található beszívó elemmel (1) oldjuk meg, amely beszívó elemmel a térfogatáram mérhető. A tértfogatáramot a ventilátorhoz tartózó toroid transzformátor (6) segítségével állíthatjuk. A csatorna maximális sebessége 10m/s. A mérés során a megfelelő térfogat áram beállításakor célszerű figyelembe venni, hogy a sebesség meghatározását hogyan befolyásolja a nyomásmérés pontossága. A választott térfogatáram mellett a mért nyomás érték relatív hibája ne haladja meg az 5%-ot.

1. ábra : A mérési elrendezés 2. ábra Mérőberendezés főbb egységei: 1. Beszívó tölcsér, 2. 100x200 mm Légcsatorna, 3. Mozgató egység, 4. Pitot-cső, 5. Ventilátor, 6. Toroid transzformátor, 7. Mérőegység A határréteg mérés során a beszívástól L távolságban kialakult sebességprofilt Pitot-csővel és az oldalfalon elhelyezett statikus nyomásfuratok különbségeként mért dinamikus nyomás segítségével határozhatjuk meg. A Pitot-csövet egy automatikus traverz mechanizmussal

mozgatjuk az áramlási irányra merőleges Y irányban. Az ISEL gyártmányú mozgatóegység legkisebb léptetési hossza 0.2 mm. A megfelelő felbontáshoz a hallgató a mérés során a korábbi tanulmányai alapján állítja be a szükséges felbontást. 3. ábra Pitot-cső A sebességprofil meghatározásához a mérőszondát a megfelelő furaton keresztül a csatornába helyezzük. Ezt követően oldjuk a 3. ábrán látható piros színű szondatartót, és az ISEL mozgató egységet végállásba állítjuk. Ezután a Pitot-csövet megfelelő irányban a szondatartóba rögzítjük, úgy hogy annak legkisebb átmérőjű szondavége a falat éppen érintse (lásd 3. ábra). Ezt követően a beállított függőleges menti pontokban és a szoftverben beállított mintavételezési frekvencián a profilt lemérjük. Miután a mérőszoftver programja lefutott, kivesszük a szondatartóból a Pitot-csövet, az egész mozgatót kézzel a következő furathoz igazítjuk, ahol megismételjük a mérést. Figyelem! A 3. ábrán látható, hogy a Pitot-cső vége nagyon vékony. annak érdekében, hogy a néhány mm vastagságú határrétegbe bele tudjunk mérni, ezért kérjük, szonda mozgatása, különösképpen a csatornából való ki- és behelyezése során fokozottan ügyeljen annak épségére! A méréshez Setra típusú nyomás távadókat használunk (4. ábra). A referencianyomást folyamatosan rögzítjük, amely lehetővé teszi a későbbi dimenziótanítást, illetve a ventilátor munkapontjának változása miatti hatások korrigálását. A két nyomástávadó jeleinek feldolgozását és a traverz vezérlését az Áramlástan Tanszéken kifejlesztett Pressure and Force 3.38-as szoftver segítségével végezzük. A mérés során lehetőség van az eredmények ASCII formátumú rögzítésére a késöbbi értékeléshez.

4. ábra Jelfeldolgozó egység: 8. adatgyűjtő, 9. 10. Setra nyomástávadók, 11. Setra tápegység, 12. ISEL mozgató tápegység A megfelelő felbontáshoz egy sebességprofil esetén legalább 60 mérési pont javasolt. A térfogatáram meghatározásához kalibrálni kell a beszívó tölcsért. Valamint el kell végezni a Setra nyomástávadók kalibrációját a Pressure and Force 3.38-as program segítségével, a Betz manométert referencia műszerként felhasználva. 4. Kiértékelés: Logaritmikus faltörvény állandóinak meghatározása (ellenőrzése) Az elméleti bevezetőben felírtuk a logaritmikus faltörvényt v x u = 1 yu ln κ ν + K ahol most a K=konstans értékét keressük. Kármán konstansra az irodalomban szokásos κ = 0.41 értéket vesszük. Az egyenletben szereplő u súrlódási sebesség meghatározáshoz feltesszük, hogy a falakon állandó a csúsztató feszültség, ami így a nyomásesésből meghatározható: τ 0 = A p K n x A p K n L Ahol A a csatorna keresztmetszete, K n a csatorna keresztmetszetének nedvesített kerülete p a nyomásesés a csatorna L hosszúságú szakaszán. A fentiek ismeretében K értéke meghatározható. Határréteg vastagságának meghatározása A δ határréteg vastagság meghatározásához keressük azt a pontot, ahol az áramlás sebessége kevesebb, mint 1%-kal tér el a zavartalan áramlásban mérhető v sebességtől, vagyis v x 0.99v. Pontosabban definiálható a határréteg vastagságára jellemző ún. δ 1 kiszorítási vastagság: δ 1 = 1 (v v v x )dy 1 δ (v v v x )dy 0 0

Vagyis az a méret, amellyel vastagabb test ideális (súrlódásmentes) folyadékban ugyan olyan áramképet adna, mint az adott test viszkózus folyadékban a határrétegen kívül. Továbbá definiálható az ún. δ 2 impulzus vastagság: δ 2 = 1 v 2 (v v x )v x dy 1 δ v 2 (v v x )v x dy 0 0 Vagyis amennyivel az alaplapot elmozdítva a súrlódásmentes áramlás impulzusáram vesztesége megegyezne a határrétegben valós közeg áramlásakor létrejövő veszteséggel. A mérés kiértékelésekor határozza meg a fent definiált határréteg vastagságokat és hasonlítsa a össze a az elméleti beveztőben meghatározott síklapra számított eredményekkel! Vizsgálja meg, hogy a határréteg vastagság meghatározására szolgáló összefüggés állandójának változtatásával illeszthető e az összefüggés a mért eredménykre! 5. Az elvégzendő feladatok összefoglalva 1. A Setra nyomástávadók kalibrációja 2. A beszívó elem kalibrációja TSI Prandtl csővel és körvezetékkel 3. Az ISEL mozgató pályának megírása, mérőpontok felvétele 4.(A) A sebességprofilok mérése az 1.-9. furat közül minimálisan 4 pontban, illetve 10.-16-ig minimálisan 2 pontban 4.(B) Sebességprofilok keresztirányú eloszlásának vizsgálata 1.-9. furat közül kettőben 3 különböző oldaltávolságú pontban 4.(C) Botlódrót által keltett zavarás hatásának a vizsgálata sebességprofilok mérésével az 1.-9. furat közül minimálisan 4 pontban, illetve 10.-16-ig minimálisan 2 pontban 5. Kiértékelés az elméleti összefoglaló alapján 6. Hibaszámítás 6. A felhasznált eszközök pontossága A felhasznált eszközök pontossága Hőmérő: δt=±1k

Barométer: δp=±100pa Setra 239/3 nyomás távadó δp= ±2Pa /méréstartomány 0 1380 Pa/ Setra 239/5 nyomás távadó δp=±0.7 Pa /méréstartomány ± 250 Pa/ EMB-001 nyomás távadó δp=±2pa Betz manométer δp=±0.1 Pa