M4 TESTEK ELLENÁLLÁSTÉNYEZŐJÉNEK MÉRÉSE NPL TÍPUSÚ SZÉLCSATORNÁBAN 1. A mérés aktualitása, a mérés célja Az áramlásba hlyztt tstkr ható rők, nyomatékok ismrt fontos az épültk, tartószrkztk, járművk trvzésénél. Jln mérésnél az áramlásra mrőlgsn lhlyztt lapok áramlási llnállását határozzuk mg, vizsgálva a lap gomtriájának változására bkövtkző rőváltozásokat. A mérésr két sorozatot készítttünk lő. A: Az adott fladatban különböző lkrkítésű, az áramlásra mrőlgsn bhlyztt síklapok llnállás-tényzőjénk mérés a fladat. Vizsgálandó az llnállás-tényző lkrkítés szrinti változása. B: A mérés során különböző sűrűségű, az áramlásra mrőlgsn bhlyztt szita- és rácslapok llnállás-tényzőjét kll mghatározni.. A mérőbrndzés lírása A tanszék NPL (National Physical Laboratory) típusú szélcsatornája gy zárt mérőtrű bszívó csatorna. A mérőtér 500500 mm krsztmtsztű, hossza m. Előtt találjuk a konfúzoros bszívó szájat gynirányítóval, szitákkal flszrlv, ami a mérőtérbn lévő sbsségmgoszlás gynltsítését biztosítja. A konfúzor mögött kialakított körvzték sgítségévl a szélcsatorna és az atmoszféra közötti p k nyomáskülönbség mérhtő. Ennk sgítségévl számítható a mérőtér középső részébn érvénys sbsség. 1
A p k méréséhz Btz-rndszrű manométrt, vagy kézi digitális manométrt lht használni. Mindkttő kzlési lírása mgtalálható a mérési útmutató [] 3. fjztébn ill. a [3]-as lírásban. A mérőtér után gy diffúzor kövtkzik, majd a lvgőt áramoltató vntilátor. A vntilátort gy gynáramú motor hajtja, amlynk a fordulatszáma 01500 1/prc között folytonosan változtatható gy potnciométr sgítségévl. A mgfúvási sbsség így 015 m/s között változtatható. A mérndő tstt gy, a csatorna ttjér flszrlt mérlg mérőtérb nyúló karjára kll flszrlni. A másik kar gy lktronikus mérlgr támaszkodik, zzl mérhtő a tstr ható rő. Erőmérő clla Vntilátor 500 Statikus nyomás kivztésk Vizsgált tst Az NPL típusú szélcsatorna mérési összállítása Vntilátor fordulatszám szabályozó 3. A mérés lv, a mérndő mnnyiségk Az áramlásba hlyztt tstkr ható rőkt, az rő- és llnállás-tényzők dfiniálását Az áramlástan alapjai tankönyv [1] 11. fjzt tárgyalja. A mérési fladat és a mérőrndszr kiépítés az áramlási sbsség irányába mutató rő, azaz az llnállási rő mérését tszi lhtővé. A fladat lényg a mgfúvási sbsség és a tstr ható rő mghatározása, amiből az llnállás-tényző már mghatározható. F c v A
ahol c [-] az llnállás-tényző, v [m/s] a mgfúvási sbsség, A [m ] a tst jllmző mgfúvási sbsségr mrőlgs vtülténk trült, ρ [kg/m 3 ] az áramló lvgő sűrűség. A v mgfúvási sbsség a konfúzornál mért p k nyomássésből számítható. A mérőtér középpontjában nm tudjuk mgmérni a sbsség számításához szükségs dinamikus nyomást, hisz ott a mérndő tst hlyzkdik l. Ezért korábban lvégzték a csatorna minősítését, ahol gyrészt mgvizsgálták, hogy a sbsség loszlás mnnyir gynlts a mérőtér adott krsztmtsztébn, másrészt mghatározták a kapcsolatot a konfúzornál mért nyomássés és a mérőtérbli dinamikus nyomás között: p k d p k ahol a k [-] konstans rács nélküli stbn 1,015 értékű. A sbsség zk alapján az alábbi formában számítható: v A Rynolds-szám is számítható, amihz a kinmatikai viszkozitás érték a tanszék honlapján található. Ellnőrző mérést célszrű végrhajtani Prandtl-csővl gy a tst lőtti áramlási krsztmtszt lgalább gy pontján, hogy mgbizonyosodjunk a kalibráció hlysségéről és a sbsségprofil gynltsségéről. A mérési pont lhtőlg a mért tárcsa tnglyébn, d annak visszahatásától kllő távolságban lgyn (tárcsa gynértékű átmérőjénk 3-4-szrs). A tstr ható rő a mérlgn kialakuló nyomatéki gynsúlyok flírásából határozható mg. p d Erőmérő clla k 1 F mért F kar k k 3 F tst Vizsgált tst Fontos magára az gydülálló (a mérndő tst nélküli) a flfüggsztésr ható rő mghatározása, amit l kll vonni a tstr ható rő méréskor, hisz kkor a tstr és a flfüggsztésr ható rők gyüttsét mérjük. A tstt ilynkor csak bhlyzzük a mérlgkar lé, d nm rősítjük rá - z az ún. kitakarás módszr - és így csak a mérlgkarra ható rőből származó nyomatékot (M kar ) mérjük. Ekkor flírható a nyomatéki viszonyokra tst nélkül: majd a tsttl gyütt is írható: k k1 F mértkar M kar, 1 Fmért M karkorr. k3 3 F tst
Mivl a két mérés nm pontosan azonos sbsségnél történt, zért korrkcióra van szükség, nnk módja: M kar korr vmért. M kar vmértkar A fnti képltk sgítségévl számítható a tstr ható rő: F tst k F M 1 mért kar korr.. k 3 4. A mérés mnt A mérés során a csoportnak lgalább 4-5 (gy- vagy kétfél csoportba tartozó) tst llnállástényzőjét kll mghatározni különböző Rynolds-számnál. Miután a műszrkkl mgismrkdtünk, lső lépésként a mérlgkarra ható rőt kll mghatározni. Ezt 4-5 különböző R-számnál, vagyis különböző sbsségnél kll lvégzni mindn gys mért tstr. A karra ható rők mghatározása után a tstt flszrlv mgismétljük a méréskt. A lvgő sűrűség a mindnkori légállapotból (p 0, T) számítható: p0 R T ahol p 0 a mindnkori baromtrikus nyomás, hőmérséklt K-bn mérv. 4 J R 87 és T az aktuális lvgő kg K 5. A mérés kiértéklés és llnőrzés irodalmi adatokkal A mérés értékléskor vizsgáljuk az llnállás-tényző változását a lkrkítés szrint, amit a lkrkítési sugár és az átmérő vagy élhossz hányadosával jllmzhtünk. Ábrázoljuk az llnállás-tényzőt nnk a függvényébn. A sziták stén a gomtriát az A szabad / A össz krsztmtszt aránnyal jllmzhtjük. Mutassuk ki az llnállás-tényző R-szám függését is! A kapott rdménykt össz kll hasonlítani amnnyibn rndlkzésr áll irodalmi adatokkal, például Az áramlástan alapjaiban található értékkkl. Ezt kövtőn hibaszámítást kll végzni. A hibaszámítást alapstbn az llnállás-tényzőr kll lvégzni, thát a honlapon található hibaszámítási sgédlt alapján R=c. A lolvasási hibával trhlt adatok (X i -k), mlyknk xplicit kll szrplniük c képltébn, valamint azok hibái: - nyomáskülönbség a dig. manométrn, amikor a tst a karon van rögzítv: - X 1 =p mért, p=pa - nyomáskülönbség a dig. manométrn a kitakarásos mérés stén: - X =p mértkar, p=pa - Mért rő-érték, amikor a tst a karon van rögzítv: - X 3 =F mért, F= 0,0 N - Mért rő-érték a kitakarásos mérés stén: - X 4 =F mértkar, F= 0,0 N Azaz, a mérés során a nyomások és az rők a közvtlnül mért mnnyiségk. Egy llnállástényző-érték mghatározásához db mért nyomásértékt (p mért,,p mértkar ) és db rőértékt (F mért, F mértkar ) használunk fl.
Blátható, hogy a lvgő sűrűség a sbsség mghatározásának módszr miatt kisik, zért a légköri nyomás és a hőmérséklt hibájával az llnállás-tényzőhöz tartozó hibaszámítás során nm kll számolni, zt a jgyzőkönyvbn lvztéssl igazolni és indokolni kll. A gomtriai pontatlanságból, hibás bállításból, vagy az áramkép változásából fakadó hibákat további vizsgálatokkal lht mgállapítani és kiszűrni. Az llnállás-tényző kifjzés, abszolút hiba számítása: rlatív hiba: c F k v A n c c c X i? i1 X i c A kiértéklés és a jgyzőkönyv gyéb formai kövtlményir vonatkozó útmutatások a www.ara.bm.hu honlapon ltölthtő (mrskov.doc) találhatók [4]. A mérndő tstk a kövtkzők (a btűjlölésk a tstkn találhatók): A csoport : A jlű rácsokat (4 db) B csoport : B jlű rácsokat (4 db) C csoport : C jlű tömör tstkt (6 db) A mérés során nm szabad mgfldkzni - A mérőbrndzés bkapcsolása lőtt, illtv általában a mérőbrndzés üzm során mindig mg kll győződni a balstmnts használat fltétlink tljsüléséről. A bkapcsolásról, illtv a mérés közbn végrhajtott változtatásokról a brndzés környztébn dolgozókat figylmzttni kll. - Mindn mérési alkalommal a légköri nyomás és trmhőmérséklt fljgyzéséről! - A flhasznált mérőműszrkről lolvasott értékk mértékgységénk és a rájuk vonatkozó gyéb tényzők fljgyzéséről. - A flhasznált mérőműszrk típusának, gyártási számának és a bnn lévő mérőfolyadék sűrűségénk fljgyzéséről! - A mérőműszrről lolvasott mnnyiségk és a további számításoknál flhasznált mnnyiségk mértékgységénk gyzttéséről. - A digitális nyomásmérő kalibrációjáról. - A nyomásmérő bkötésénél figylmsn kll ljárni a csatlakozók "+" illtv "-" ágának kiválasztásánál. Figylni kll arra, hogy a nyomásmérő csatlakozó csonkjaira a szilikoncsövt óvatosan, "ráközlítv", a kitérés mértékét figylmml kísérv kll flhlyzni. - A nyomásközlő szilikoncsövkt mérés lőtt, stlg közbn is célszrű llnőrizni, nhogy rpdés, szakadás lgyn rajtuk, mrt lyukas mérőcső stén az összs addigi mérési rdmény kárba vész. Az llnőrzést szmrvétlzéssl, vagy nyomástartási próbával végzhtjük l. Kritikus pontok a műszrkr ill. a nyomáskivztéskr történő csatlakoztatás hlyi. - A jgyzőkönyv ladása lőtt rősn ajánlott a konzultációk igénybvétl. 6. Irodalom [1] Lajos Tamás: Az áramlástan alapjai. Műgytmi Kiadó, 004; Jgyzt azonosító: 45O7. [] EMB 001 kézi digitális nyomásmérő brndzés lírása [3] A mérési jgyzőkönyv formai és tartalmi kövtlményi [] és [3] dokumntumok: http://www.ara.bm.hu/oktatas/labor/labor.htm 5