A diplomaterv keretében megvalósítandó feladatok összefoglalása

Hasonló dokumentumok
A gradiens törésmutatójú közeg I.

17. Diffúzió vizsgálata

CFX számítások a BME NTI-ben

Modern Fizika Labor. 2. Elemi töltés meghatározása

International GTE Conference MANUFACTURING November, 2012 Budapest, Hungary. Ákos György*, Bogár István**, Bánki Zsolt*, Báthor Miklós*,

A mérések általános és alapvető metrológiai fogalmai és definíciói. Mérések, mérési eredmények, mérési bizonytalanság. mérés. mérési elv

Hő- és füstelvezetés, elmélet-gyakorlat

Gázturbina égő szimulációja CFD segítségével

1.1 Emisszió, reflexió, transzmisszió

Akusztikai tervezés a geometriai akusztika módszereivel

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (limitációk) Fókusz Légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

Ellenáramú hőcserélő

Fényhullámhossz és diszperzió mérése

Kinetika. Általános Kémia, kinetika Dia: 1 /53

Hő- és füstelvezetés, elmélet-gyakorlat

A légköri sugárzás. Sugárzási törvények, légköri veszteségek, energiaháztartás

Geometriai és hullámoptika. Utolsó módosítás: május 10..

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

MÉRÉSI JEGYZŐKÖNYV. A mérési jegyzőkönyvet javító oktató tölti ki! Kondenzációs melegvízkazám Tanév/félév Tantárgy Képzés

Piri Dávid. Mérőállomás célkövető üzemmódjának pontossági vizsgálata

STATISZTIKA ELŐADÁS ÁTTEKINTÉSE. Matematikai statisztika. Mi a modell? Binomiális eloszlás sűrűségfüggvény. Binomiális eloszlás

Az egyensúly. Általános Kémia: Az egyensúly Slide 1 of 27

Sugárzásos hőtranszport

Spektrográf elvi felépítése. B: maszk. A: távcső. Ø maszk. Rés Itt lencse, de általában komplex tükörrendszer

Anyagjellemzők változásának hatása a fúróiszap hőmérsékletére

Szívókönyökök veszteségeinek és sebességprofiljainak vizsgálata CFD szimuláció segítségével

Az Ampère-Maxwell-féle gerjesztési törvény

Fizikai kémia 2 Reakciókinetika házi feladatok 2016 ősz

Elektrooptikai effektus

LEVEGŐZTETETT HOMOKFOGÓK KERESZTMETSZETI VIZSGÁLATA NUMERIKUS ÁRAMLÁSTANI SZIMULÁCIÓVAL

Név... intenzitás abszorbancia moláris extinkciós. A Wien-féle eltolódási törvény szerint az abszolút fekete test maximális emisszióképességéhez

Méréstechnika II. Mérési jegyzőkönyvek FSZ képzésben részt vevők részére. Hosszméréstechnikai és Minőségügyi Labor Mérési jegyzőkönyv

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (korlátok) Fókusz: a légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

ÉRZÉKELŐK ÉS BEAVATKOZÓK I. 3. MÉRÉSFELDOLGOZÁS

Mechanika - Versenyfeladatok

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

Fázisátalakulások vizsgálata

Szabadentalpia nyomásfüggése

HÍDTARTÓK ELLENÁLLÁSTÉNYEZŐJE

9. Fényhullámhossz és diszperzió mérése jegyzőkönyv

Automatikus irányzás digitális képek. feldolgozásával TURÁK BENCE DR. ÉGETŐ CSABA

Modern Fizika Labor Fizika BSC

A mikroskálájú modellek turbulencia peremfeltételeiről

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

A mérés. A mérés célja a mérendő mennyiség valódi értékének meghatározása. Ez a valóságban azt jelenti, hogy erre kell

Kémiai reakciók sebessége

HŐHIDAK. Az ÉPÜLETENERGETIKÁBAN. Energetikus/Várfalvi/

Optikai alapmérések. Mivel több mérésről van szó, egyesével írom le és értékelem ki őket. 1. Törésmutató meghatározása a törési törvény alapján

Dinamikus modellek felállítása mérnöki alapelvek segítségével

a Magas inert tartalmú és biogázok tüzelési tulajdonságainak vizsgálata című, Országos Tudományos Kutatási Alapprogramok (OTKA) K projektről

Fényhullámhossz és diszperzió mérése

Síklapokból álló üvegoszlopok laboratóriumi. vizsgálata. Jakab András, doktorandusz. BME, Építőanyagok és Magasépítés Tanszék

Projektfeladatok 2014, tavaszi félév

Elektronikus Füstgázanalízis

Szerszámgépek, méretellenőrzés CNC szerszámgépen

Tartalomjegyzék. Emlékeztetõ. Emlékeztetõ. Spektroszkópia. Fényelnyelés híg oldatokban A fény; Abszorpciós spektroszkópia

Balatoni albedó(?)mérések

Mágneses szuszceptibilitás mérése

Növényi produkció mérése mikrometeorológiai módszerekkel. Ökotoxikológus MSc, április 21.

Optimális mérési elrendezés hidraulikus hálózatokon

A gyakorlat célja az időben állandósult hővezetési folyamatok analitikus számítási módszereinek megismerése;

ÉPÜLETGÉPÉSZET ISMERETEK

Modern Fizika Labor. 2. Az elemi töltés meghatározása. Fizika BSc. A mérés dátuma: nov. 29. A mérés száma és címe: Értékelés:

Modern Fizika Labor. 17. Folyadékkristályok

zeléstechnikában elfoglalt szerepe

Abszorpciós spektroszkópia

Elektronikus Füstgázanalízis

1. Feladatok a termodinamika tárgyköréből

Aktuális CFD projektek a BME NTI-ben

A debreceni alapéghajlati állomás, az OMSZ háttérklíma hálózatának bővített mérési programmal rendelkező mérőállomása

SZIMULÁCIÓ ÉS MODELLEZÉS AZ ANSYS ALKALMAZÁSÁVAL

Hangterjedés szabad térben

Tartalomjegyzék. Emlékeztetõ. Emlékeztetõ. Spektroszkópia. Fényelnyelés híg oldatokban 4/11/2016. A fény; Abszorpciós spektroszkópia

Pelletek térfogatának meghatározása Bayes-i analízissel

Fázisátalakulások vizsgálata

Optika gyakorlat 5. Gyakorló feladatok

Konzulensek: Czeglédi Ádám Dr. Bojtár Imre

Csavarorsós emelőbak tervezési feladat Gépészmérnök, Járműmérnök, Mechatronikai mérnök, Logisztikai mérnök, Mérnöktanár (osztatlan) BSC szak

Hőszivattyús rendszerek

Monte Carlo módszerek a statisztikus fizikában. Az Ising modell. 8. előadás

2009/2010. tanév Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny döntő forduló. FIZIKA I. kategória FELADATLAP. Valós rugalmas ütközés vizsgálata.

MÉRÉSTECHNIKA. BME Energetikai Gépek és Rendszerek Tanszék Fazekas Miklós (1) márc. 1

A kálium-permanganát és az oxálsav közötti reakció vizsgálata 9a. mérés B4.9

2. (b) Hővezetési problémák. Utolsó módosítás: február25. Dr. Márkus Ferenc BME Fizika Tanszék

A LÉGIKÖZLEKEDÉSI ZAJ TERJEDÉSÉNEK VIZSGÁLATA BUDAPEST FERIHEGY NEMZETKÖZI REPÜLŐTÉR

Nehézségi gyorsulás mérése megfordítható ingával

MATEMATIKA HETI 5 ÓRA

VI. Az emberi test hőegyensúlya

A kvantummechanika kísérleti előzményei A részecske hullám kettősségről

Az önindukciós és kölcsönös indukciós tényező meghatározása Az Elektrotechnika tárgy 7. sz. laboratóriumi gyakorlatához Mérésvezetői segédlet

Modellezési esettanulmányok. elosztott paraméterű és hibrid példa

A fény tulajdonságai

Áramlástechnikai mérések

MÉRÉSI JEGYZŐKÖNYV. A mérés megnevezése: Potenciométerek, huzalellenállások és ellenállás-hőmérők felépítésének és működésének gyakorlati vizsgálata

Felhasználói kézikönyv

Méréselmélet és mérőrendszerek 2. ELŐADÁS (1. RÉSZ)

Fotovillamos és fotovillamos-termikus modulok energetikai modellezése

XVII. econ Konferencia és ANSYS Felhasználói Találkozó

v og v FOLLYADÉK c. A hőmérséklet hatása az ülepedési sebességre: Ülepítés Az ülepedési sebesség: ( részletesen; lásd: Műv.-I. ) t FOLY => η FOLY

A hosszúhullámú sugárzás stratocumulus felhőben történő terjedésének numerikus modellezése

Átírás:

A diplomaterv keretében megvalósítandó feladatok összefoglalása Diplomaterv céljai: 1 Sclieren résoptikai módszer numerikus szimulációk validálására való felhasználhatóságának vizsgálata 2 Lamináris előkevert láng numerikus szimulációja Elvégzendő feladatok: 1 Schlieren rögzített Schlieren kép feldolgozhatóvá tétele szűrési eljárások alkalmazásával a Schlieren optikai törvényszerűségeinek felhasználásával eltérülési szög-, majd törésmutató és hőmérséklet eloszlás számítása a számított hőmérséklet eloszlások ellenőrzésére referenciamérések készítése 2 Numerikus szimuláció modellalkotás (elhanyagolások, peremfeltételek) eredmények ellenőrzése (Schlieren, vagy referencia módszer)

1 A vizsgált láng -Égő

1 A vizsgált láng - Beállítások m& 94. 7 & lev m gáz 3 = m h = 20.2m λ = 0.49 3 h Kiválasztás szempontjai: stabil tartomány minél kisebb lángkúpszög hőmérséklet gradiens sugár irányú, a tengelyre merőleges fénysugár eltérülések nagyok elegendően nagy láng, hogy a mérőszonda minél kevésbé zavarja a kiáramlást, és az égést a Schlieren látótere Ø80mm

2 Schlieren képek kiértékelése - Feltételezések, alap összefüggések Feltételezések: a láng hengerszimmetrikus a vizsgált térrészben csak metán-levegő és CO 2 -H 2 O keveréke található meg a törésmutató nyomásfüggése elhanyagolható Ezek alapján a törésmutatót csak a hőmérséklettől tettem függővé. Kiértékelés menete: 1 felvétel készítése a sugár irányú eltérülést megjelenítve 2 felvételek zavarszűrése, tisztítása 3 a képek intenzitás eloszlásából eltérülési szög eloszlás számítása (felvétel sorozat szükséges, adott rés esetén számolható) 4 törésmutató numerikus integrálása egy szélső pont meghatározott értékéből kiindulva ( ) = i x = i λ r r x x y arch λ 1 λ ε, 2 µ arch k n0 = xi x λ 1 i 5 törésmutatóból hőmérsékletek számítása

2 Schlieren képek kiértékelése - Feltételezések, alap összefüggések

2 Schlieren képek kiértékelése - Feltételezések, alap összefüggések Feltételezések: a láng hengerszimmetrikus a vizsgált térrészben csak metán-levegő és CO 2 -H 2 O keveréke található meg a törésmutató nyomásfüggése elhanyagolható Ezek alapján a törésmutatót csak a hőmérséklettől tettem függővé. Kiértékelés menete: 1 felvétel készítése a sugár irányú eltérülést megjelenítve 2 felvételek zavarszűrése, tisztítása 3 a képek intenzitás eloszlásából eltérülési szög eloszlás számítása (felvétel sorozat szükséges, adott rés esetén számolható) 4 törésmutató numerikus integrálása egy szélső pont meghatározott értékéből kiindulva ( ) = i x = i λ r r x x y arch λ 1 λ ε, 2 µ arch k n0 = xi x λ 1 i 5 törésmutatóból hőmérsékletek számítása

2 Schlieren képek kiértékelése - Feltételezések, alap összefüggések

2 Schlieren képek kiértékelése - Feltételezések, alap összefüggések Feltételezések: a láng hengerszimmetrikus a vizsgált térrészben csak metán-levegő és CO 2 -H 2 O keveréke található meg a törésmutató nyomásfüggése elhanyagolható Ezek alapján a törésmutatót csak a hőmérséklettől tettem függővé. Kiértékelés menete: 1 felvétel készítése a sugár irányú eltérülést megjelenítve 2 felvételek zavarszűrése, tisztítása 3 a képek intenzitás eloszlásából eltérülési szög eloszlás számítása (felvétel sorozat szükséges, adott rés esetén számolható) 4 törésmutató numerikus integrálása egy szélső pont meghatározott értékéből kiindulva ( ) = i x = i λ r r x x y arch λ 1 λ ε, 2 µ arch k n0 = xi x λ 1 i 5 törésmutatóból hőmérsékletek számítása

2 Schlieren képek kiértékelése - Feltételezések, alap összefüggések ( ) = = = i i i i y k x x x r arch x r arch n x λ λ λ λ µ ε 1 0, 1 2

2 Schlieren képek kiértékelése - Feltételezések, alap összefüggések Feltételezések: a láng hengerszimmetrikus a vizsgált térrészben csak metán-levegő és CO 2 -H 2 O keveréke található meg a törésmutató nyomásfüggése elhanyagolható Ezek alapján a törésmutatót csak a hőmérséklettől tettem függővé. Kiértékelés menete: 1 felvétel készítése a sugár irányú eltérülést megjelenítve 2 felvételek zavarszűrése, tisztítása 3 a képek intenzitás eloszlásából eltérülési szög eloszlás számítása (felvétel sorozat szükséges, adott rés esetén számolható) 4 törésmutató numerikus integrálása egy szélső pont meghatározott értékéből kiindulva ( ) = i x = i λ r r x x y arch λ 1 λ ε, 2 µ arch k n0 = xi x λ 1 i 5 törésmutatóból hőmérsékletek számítása

3 Referencia mérések -Mérőrendszer 1 Ni-CrNi termoelem, huzal-átmérő: 0.1 mm, kalibrált, a forrasz átmérője: 0.15 mm 2 Számítógépes mintavételezés belső hőmérséklet kompenzációval 3 Precíz pozícionálás vízszintes mikrométer orsó függőleges fotóállvány a pozíció a Schlieren képeken is követhető

3 Referencia mérések - Sugárzás okozta hiba Relatív hiba értékei (T_gáz-T_termoelem)/T_termoelem *100 [%] - relatív hiba 160 140 120 100 80 60 40 20 0 0 500 1000 1500 2000 T_termoelem - a termoelemmel mért hőmérséklet

3 Referencia mérések - Borda hatás - Relatív hiba értékei (T_gáz-T_termoelem)/T_termoelem *100 [%] 0,018 0,016 0,014 0,012 0,01 0,008 0,006 0,004 0,002 0 200mm 100mm 50mm 20mm 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 T_termoelem - a termoelemmel mért hőmérséklet [degc]

3 Referencia mérések - Mérési eredmények - Axiális profil Axiális hőmérséklet eloszlás r=0mm 45 40 35 z - magasság [mm] 30 25 20 15 10 5 0 termo sug-korr 0 500 1000 1500 2000 2500 t - hőmérséklet [degc]

3 Referencia mérések - Mérési eredmények - Radiális profil Radiális hőmérséklet eloszlás z=5mm 2400 2200 2000 termo sug-korr 1800 t - hőmérséklet [degc] 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0 2 4 6 8 10 r - sugár [mm]

4 Schlieren eredmények értékelése -Számított hőmérséklet profilok z=2.5 mm és z=10 mm T - hőmérséklet [degc] T - hőmérséklet [degc] 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 2500 2000 1500 1000 500 0 0 5 10 15 20 25 r - sugár [mm] termoelem Schlieren 0 5 10 15 20 25 r - sugár [mm] termoelem Schlieren

4 Schlieren eredmények értékelése - Számított eredmények eltérésének főbb okai 1 köztes reakciótermékek elhanyagolása 2 a módszer érzékenysége magas hőmérséklet tartományban csökken 3 leképezés hibái (képrögzítés a fényforrás ellentétes oldalán, leképzés csiszolt üvegre) 4 a láng sugárzásának hatása (?)

5 Numerikus szimuláció A Fluentben megoldott egyenletek: impulzusmegmaradás energia kontinuitás anyagmegmaradás Feltételezések: a láng hengerszimmetrikus: 2D megoldás elegendő metán-levegő keverék egyenletes belépő sebesség profil Elhanyagolások: égőszáj lánghűtő-, kioltó hatása lángsugárzás Modellek (reakció mechanizmusok): 1 reakció (CH 4 +O 2 CO 2 +H 2 O) 3 reakció (van CO keletkezés) 84 reakció

5 Numerikus szimuláció - Peremfeltételek, háló

5 Numerikus szimuláció - Számítási stratégia A numerikus módszerek stabilitása és pontossága a számítással szemben ellentétes követelményeket támaszt. A stabilitás a sikeres számítás alapfeltétele, a stabilitást leginkább befolyásoló tényezők: egyenletek száma és bonyolultsága (modellezett tagok viselkedése) kiindulási állapot inicializálás háló közelítés fokszáma Számítási stratégia: 1 Égés nélküli kiáramlás számítása 2 Égés számítása

5 Numerikus szimuláció - Eredmények hőmérséklet eloszlások normál Schlieren 1 reakció 3 reakció 84 reakció

5 Numerikus szimuláció - Eredmények CH 4 eloszlásai normál Schlieren 1 reakció 3 reakció 84 reakció

5 Numerikus szimuláció - Eredmények OH eloszlás normál Schlieren 84 reakció

5 Numerikus szimuláció - Eredmények Axiális hőmérséklet profil 50 45 40 termoelem Methane-Air 1 step DRM-19 Methane-Air 2 step 35 z - magasság [mm] 30 25 20 15 10 5 0 0 500 1000 1500 2000 2500 t - hőmérséklet [degc]

5 Numerikus szimuláció - Eredmények Radiális hőmérséklet profil z=5 mm 2400 2200 2000 sug-korr Methane-Air 1 step DRM-19 Methane-Air 2 step 1800 t - hőmérséklet [degc] 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0 5 10 15 20 r - sugár [mm]

6 Összefoglalás 1 Schlieren értékelése a Schlieren képek az alkalmazott módszerrel hőmérséklet-eloszlás számítására nem alkalmasak a közbenső reakciótermékek figyelembe vételére megoldás lehet a numerikus szimuláció eredményeiből előállított Schlieren kép alkalmazása a Schlieren képek jelentősége változatlan (belső, szabad szemmel nem látható folyamatok láthatóvá tétele) 2 Numerikus szimuláció értékelése az egy és kétreakciós modellek pontatlanok, az összetett mechanizmus számításigénye nagy. Az optimális mindig a problémának megfelelő, minél egyszerűbb mechanizmus elhanyagolások körét csökkenteni kell

Köszönöm a figyelmüket!

7 Bírálói kérdések, megjegyzések 1 Termoelem korrekció Ahőátadási tényező a bordahatás vizsgálatánál a borda mellett a valóságban kisebb, mint a forraszra felvett hőátadási tényező. 2 A Schlieren felvételekből számított hőmérséklet-profilok eltérésének oka lehet az átmeneti reakciótermékek törésmutatóra gyakorolt hatása. 3 A végeredményt erősen befolyásoló elhanyagolások a numerikus szimulációk során: sugárzás egyéb komponensek 4 A vizsgált tartomány kicsi, a láng némely esetben a számítási tartományból kicsúszott.

8 Referencia mérések - Sugárzás okozta hiba - MODELL Állandósult állapotra: a konvektív hőfelvétel és sugárzással leadott hő megegyezik. ( ) 4 4 T T = σ ( T T ) α = ε gáz termoelem termoelem termoelem α értékének meghatározása irodalomban közölt mérési eredmények alapján: Nu 0.4 = Pr Re 0.3891 A számításokhoz felhasznált jellemző értékek: levegő anyagjellemzői 800 C-on kilépési sebesség az égőszájnál (térfogatáramból) jellemző méret forrasz átmérője W α 471 2 m K T gáz kifejezhető T termoelem függvényében

8 Referencia mérések - Borda hatás - MODELL A termoelemet egy kétágú, 20mm hosszú bordának feltételezve: Q& borda α U α U = λ H λ Aborda ( t t ) th A mért környezet λ borda A forrasz által konvekció útján felvett hőáram: Q& forrasz = α ( t t ) A gáz mért gömb A két hőáram állandósult állapotban megegyezik, t gáz kifejezhető: t λ 4 α 2 4 α = gáz α λ d d d + λ ( t t ) th H t mért környezet mért