KORSZERŰ ÁRAMLÁSMÉRÉS I. BMEGEÁTAM13
1. BEVEZETÉS 1.1. Az áramlástani mérések célja 1.1.1. Globális (integrál) jellemzők Áramlástechnikai gépek és a csatlakozó rendszer üzemének általános megítélése, hibafeltárás (eseti vizsgálatok) Tömegáram: q m = n ò rv da» r A i= 1 duct å v ^i DA i
Mérési adatok biztosítása folyamatirányításhoz és automatizáláshoz q Térfogatáram: V = ò A duct v da
1.1.2. Lokális jellemzők, az áramlási szerkezet jellemzése Hibafeltárás, üzemállapot ellenőrzése
Mérési adatok biztosítása ipari folyamatirányításhoz
Mérés-alapú kutatás-fejlesztés (K+F)
Numerikus áramlástani (Computational Fluid Dynamics, CFD) eszközök mérési validációja LDA: 1.00 0.95 0.90 0.85 0.80 0.75 0.70 R P A 0.1u c O C U CF H PV 5 10 15 20 25 30 35 40 q [deg] S ST T W V P 1.00 0.95 0.90 0.85 0.80 0.75 0.70 R CFD: A 0.1 u C c U S CF W P P O H PV ST 5 10 15 20 25 30 35 40 q [deg] T
1.2. Tárgyalt mennyiségek Ipari alkalmazásokhoz és K+F-hez kötődően: Globális jellemzők: Térfogatáram Tömegáram Lokális jellemzők: Skalárjellemzők: Nyomás (időben átlagolt és ingadozó) Hőmérséklet Vektorjellemzők: Sebesség (időben átlagolt és ingadozó) 1.3. Igényes áramlásmérés : mitől igényes?
1.4. Igényes áramlásmérés: általános tudnivalók A/ Mérési módszerek: a követelmények szerint Sebességmérés: Technika Prandtl-cső 1-komponensű CTA vagy LDA 2-komponensű LDA Mérés Átlagsebesség nagysága, pontszerű 1 átlag (és ingadozó) sebességkomponens, pontszerű 2 sebességkomponens, pontszerű Költség nagysr. 500.- EUR 25 000.- EUR 100 000.- EUR Technika 3-komponensű LDA 2-komponensű PIV Stereo PIV Mérés 3 sebességkomponens, pontszerű 2 sebességkomponens, síkban 3 sebességkomponens, síkban Költség nagysr. 200 000.- EUR 200 000.- EUR 400 000.- EUR
B/ Igényes csak HA: a teljes kísérleti eljárás és kiértékelés is igényes Hangsebesség feletti szélcsatorna:
C/ Paradoxon: Tudnunk kell az eredményt, mielőtt nekikezdünk. Elmélet nélkül hallgatnak a tények.
D/ Az információ adta lehetőségek teljeskörű kihasználása j r = c r u k 0.2 0.1 0-0.1 Lapátnyom 0.09 Csatornafal y=2rcu u k 1.5 1 0.5 0 Lapátnyom 1.5 Csatornafal 5-0.09 0 10 15 Járókerékagy 20 25 Tangenciális koordináta [deg] 30 35 0.7 0.750.8 Lapátmozgás R 0.95 0.9 0.85 5 1 1.1 10 15 Járókerékagy 20 25 Tangenciális koordináta [deg] 30 35 0.7 0.750.8 Lapátmozgás R 0.95 0.9 0.85 j = c x uk 1.00 0.1u k w 0.5 0.95 0.90 0 5 Lapátnyom 0.3 10 15 Járókerékagy 20 25 Tangenciális koordináta [deg] 30 0.2 35 0.5 Csatornafal 0.7 0.750.8 Lapátmozgás R 0.95 0.9 0.85 0.85 0.80 0.75 0.70 0.676 R 5 10 15 20 25 30 35 40 Tangenciális koordináta [deg]
2. SZONDÁK ÉS ÉRZÉKELŐK AZ IDŐBELI ÁTLAGNYOMÁS MÉRÉSÉRE 2.1. Statikus nyomás A zavartalan közeg nyomása 2.1.1. Gyakorlati alkalmazások: példák Áramlási veszteségek megítélése K+F
2. SZONDÁK ÉS ÉRZÉKELŐK AZ IDŐBELI ÁTLAGNYOMÁS MÉRÉSÉRE 2.1. Statikus nyomás A zavartalan közeg nyomása 2.1.1. Gyakorlati alkalmazások: példák Áramlási veszteségek megítélése K+F
A dinamikus nyomás meghatározásához 2 v pdynamic = r = pt - 2 p 2.1.2. Mérési elv Az Euler egyenlet normális komponens egyenlete: 2 v p r = R n 2.1.3. Példák mérési konfigurációkra és eszközökre Belső statikus nyomás megcsapolása fali furaton keresztül Dr. Vad János:
Statikus nyomásszonda
Érmeszonda
Nyomásmultiplexer
2.2. Össznyomás A megállított közeg nyomása (torlóponti nyomás) 2.2.1. Gyakorlati alkalmazások: példák Áramlási veszteségek megítélése
2.2.2. Mérési elv A közeget meg kell állítani a mérőeszközzel. 2.2.3. Példák mérési konfigurációkra és eszközökre Pitot-cső
Kiel szonda Iránymérő szondák
2.3. Dinamikus nyomás 2.3.1. Gyakorlati alkalmazások: példák v = 2 r 2 ( p ) = ( p p) dynamic t - r r = p RT 2.3.2. Mérési elv
2.3.3. Példák mérési konfigurációkra és eszközökre Egyetlen Pitot-csővel
Pitot-csővel és fali statikus nyomásmegcsapolással
Pitot-statikus szonda (Prandtl-cső)
6/ Nem-szabványos geometria v = k 2 r Dp
2.4. Sebesség-nagyság és irány mérése nyomásmérésre visszavezetve Hengerszonda 2 v = k 3 - r ( p p ) 2
Ötlyukú szondák (ötlyukú Pitot-csövek)
2.5. Nyomáskülönbség-távadók (nyomásszenzorok, manométerek) Folyadékos mikromanométerek Betz manométer
Membrános manométerek Villamos kapacitás-elv