mÉrÉsi jegyzŐkÖnyv m8. számú mérés különböző alakú...
TRANSCRIPT
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Áramlástan Tanszék
A mérési jegyzőkönyv csak ezzel a borítólappal együtt adható be! Kérjük, csak a piros betűs részeket töltsék ki!
Tanév,félév 2009 / 2010 2.
Tantárgy Áramlástan BMEGEÁTAG01
Képzés egyetem Bsc X
Mérés A B C X
Nap Szerda 12-14 X Hét páros
páratlan X A mérés dátuma 2010. 04. 07.
A MÉRÉSVEZETŐ OKTATÓ TÖLTI KI !
DÁTUM
PONTSZÁM
MEGJEGYZÉS
MÉRÉSI JEGYZŐKÖNYV
M8. számú mérés Különböző alakú pillangószelepek veszteségtényezőjének
vizsgálata
Mérőcsoport: 6. sz. mérőcsoport NEPTUN kód (A) Molnár Márk ZGH504 (B) Nagy Olivér G719F1 (C) Nagy Zsolt LE4Y54 Kijelentem, hogy a jegyzőkönyvet a fentebb megnevezett mérőcsoport által végzett mérés alapján én készítettem. Jegyzőkönyvet készítette /mérésvezető/: Nagy Zsolt (C)
[email protected] Mérésvezető oktató: Dr.Szente Viktor
Mérés helye: BME Áramlástan Tanszék, Nagy Laboratórium Mérési jegyzőkönyv beadásának dátuma:
Budapest, 2010.04. 18
Mérési jegyzőkönyv javított beadásának dátuma: Budapest, 2010.04. 24
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Áramlástan Tanszék
- 1 -
Tartalomjegyzék
Tartalomjegyzék 1 A mérés célja 2 A mérés rövid leírása 2 A mérőberendezések vázlata 3 Mérési feladat 4 Kalibráció 4 Veszteségtényezők számítása 7 Mért adatok 8 A nyomásváltozások alakulása a hely függvényében diagramok 10 Veszteségtényezők meghatározása 13 A veszteségtényezők alakulása a szögállás függvényében diagramok 14 Hibaszámítás 15 1.Szelep hibaszámítása 16 2.Szelep hibaszámítása 16 Relatív hiba diagramok 17 Mérési adatlap 19 Irodalomjegyzék 20
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Áramlástan Tanszék
- 2 -
A mérés célja: Jelen feladatunkban a felhasználó által tetszés szerint változtatható szabályzókat, hengeres csőbe építhető pillangószelepeket vizsgálunk. A pillangószelep kívülről általában kézzel, vagy szabályzó motorral mozgatható szeleptányérral rendelkezik, így a nyitás/zárás során az eredeti áramlási keresztmetszetet és ez által az adott csővezeték ág áramlási veszteségét változtathatjuk, mellyel a kívánt térfogatáram beállítható. A mérés során ezen különböző pillangószelepek különböző szögállásában vizsgáljuk a veszteségi tényezőt. A mérés rövid leírása: 1. Mivel a beszívó elem nem szabványos alkatrész, először kalibráljuk azt. A beszívó elemet a kalibráló berendezésre csatlakoztatjuk - amiben egy szabványos mérőperem található – a másik végére pedig egy ventilátort csatlakoztatunk. 2. A ventilátoron 3 eltérő térfogatáramot beállítva megmérjük a beszívó elem- környezeti nyomás és a mérőperem két nyomás-kivetése közti nyomáskülönbséget, majd feljegyezzük. 3. A kalibrációs nyomáskülönbségek megmérése után a beszívó elemet a pillangószelepet tartalmazó cső végéhez csatlakoztatjuk, majd a ventilátor csövét is átkötjük ehhez a csőhöz. 4. Miután elvégeztük a csatlakoztatást, a 2 különböző pillangószelep közül az egyiket behelyezzük a mérőcső erre kialakított helyére, és beállítunk a ventilátoron egy állandó térfogatáramot. 5. Első lépésként lemérjük a beszívó elem nyomáskivezetése és a környezeti nyomás közti különbséget. 6. Miután ez megvan, a pillangószelep és a beszívó elem közti A nyomáskivezetésre csatlakoztatjuk a nyomásmérő (EMB-001) egyik kivezetését, a másikat pedig a szelep utáni nyomáskivezetésekre kötjük sorba, és lemérjük a nyomáskülönbségeket. 7. A pillangószelep állását először 0 fokon, majd a szelep elfordíthatóságától függően különböző szögállásokban (min. 5-6 különböző) elvégezzük a 6. pontban említett méréssorozatot. 8. Ezután kicseréljük a szelepet a másik mérendő szelepre, és ugyanezen a térfogatáramon elvégezzük a 6.-7. pontban leír méréssorozatot. 9. Miután ezzel megvagyunk feljegyezzük a számításhoz szükséges egyén értékeket is, mint a környezeti nyomást, levegő hőmérsékletet, és lemérjük a mérőberendezés fő adatait, majd rögzítjük az esetleges műszerek gyári számait.
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Áramlástan Tanszék
- 3 -
A mérőberendezések vázlata:
Kalibráló berendezés
1.-Ventilátor 2.-Szabványos mérőperem 3.-Statikus nyomáskivezetés 4.-Kalibráló cső hossza: L= 2430mm 5.-Beszívó elem hossza: L= 400mm
Pillangószelep veszteségtényező mérőszakasz
6.-Mérőszakasz hossza: L= 815 mm 7.-Pillangószelepet tartalmazó cső 8.-„A” pont nyomáskivezetése A teljes szerkezet hossza: L= 1255mm
Típus: EMB-001 S/N=09
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Áramlástan Tanszék
- 4 -
Digitális nyomásmérő Mérési feladat:
- Kalibrálja 3 lényegesen eltérő térfogatáramon a lekerekített beszívó elemet! - Határozza meg 2 különböző fokig zárható pillangószelep ellenállás-tényezőjét
a nyitási szögének függvényében! - A nyitási szöget 0°,15°,30°,40°,50°,60°,70°,80°,90° értékre állítsa, vagy
ameddig el lehet forgatni. Mérés során lemért állandónak tekinthető értékek: Környezeti nyomás: Pap 1010000 Levegő hőmérséklet: KCT o 2,2952,22 Kalibráció: Lévén hogy a beszívó elem nem szabványos alkatrész, kalibrálni kell azt egy szabványos mérőperemhez, melynek meghatározhatjuk a térfogatáramát. A beszívó elem térfogatáramának számító képlete:
bb
v pdkq
24
2
Ahol:
mmdb 4,36 beszívó elem belső átmérője k beáramlási tényező áramló közeg sűrűsége
bp a beszívó elemen mért nyomásesés A beáramlási tényező meghatározásához van szükségünk a mérőperemre.
30 192,1
2,295287101000
mkg
TRp
ahol Kkg
JR
287
A mérőperem térfogatáramának számító képlete:
pdCqv
241
2
14
Ahol: C átfolyási szám
6587,0 mérőperem átmérőviszony 1 kompresszibilitási tényező
mmd 8,33 mérőperem furatátmérője p mérőperemen mért nyomásesés
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Áramlástan Tanszék
- 5 -
0254,08,275,0011,0
Re100063,00188,0
Re10000521,0216,00261,05961,0
3,065,3
7,0682
D
ACDD
Ahol D=58,9mm
8,0
Re19000
D
A Dv
D
Re ahol 51051,1
Mivel a Reynold-szám a sebesség függvénye. A sebesség az átfolyási tényezőé, ami a Reynold-szám függvénye, a megoldáshoz iterációt kell alkalmaznunk. Az iterációt C=0,6 os feltétellel kezdjük. Első lépés:
'Re CvqC Dv Második lépés:
'''Re''' CvqC Dv Stb. Az eredményeket Excel programban számoltam végig addig, amíg a két egymást követő átfolyási szám értéke 1-2%-os különbségen belül nem volt. A kalibráló berendezésen mért nyomás-esések 3 különböző térfogatáramon:
beszívó elem bp Mérőperem p
181Pa 270Pa 146Pa 220Pa 127Pa 191Pa
Első térfogatáram: C=0,6
smpdCqv
3
2
2
140168,0270
192,12
414,30338,01
6587,016,02
41
sm
Dqv v 15,6
414,30589,0
0168,0
4
22
239441015,00589,015,6Re 5
DvD
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Áramlástan Tanszék
- 6 -
0254,08,275,0011,0
Re100063,00188,0
Re10000521,0216,00261,05961,0'
3,065,3
7,0682
D
ACDD
6216,0
0254,00589,08,26587,075,0011,0
23944106587,0
239946587,0190000063,00118,0
239446587,010000521,06587.0216,06587.00261,05961,0
3,065,3
8,0
7,0682
első lépés: második lépés: harmadik lépés C=0,6 C’=0,6216 C’’=0,6212
smqv
3
0168,0 s
mqv
3
0174,0' s
mqv
3
0174,0''
smv 15,6
smv 37,6'
smv 37,6''
23944Re D 24806'Re D 24806''Re D 6216,0'C 6212,0'' C
%47,3100'
100 CC %06,0100
'100
CC
9568,0181
192,12
14,30364,040174,0
2
4'' 2
1
b
bv
p
dq
k
Második térfogatáram: első lépés: második lépés: harmadik lépés C=0,6 C’=0,6227 C’’=0,6223
smqv
3
0151,0 s
mqv
3
0157,0' s
mqv
3
0157,0''
smv 55,5
smv 76,5'
smv 76,5''
21614Re D 22432'Re D 22417''Re D 6227,0'C 6223,0'' C
%64,3100'
100 CC %07,0100
'100
CC
9633,02
4'' 2
2
b
bv
p
dq
k
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Áramlástan Tanszék
- 7 -
Harmadik térfogatáram: első lépés: második lépés: harmadik lépés C=0,6 C’=0,6235 C’’=0,6231
smqv
3
0141,0 s
mqv
3
0146,0' s
mqv
3
0146,0''
smv 17,5
smv 37,5'
smv 37,5''
20139Re D 20929'Re D 20914''Re D 6235,0'C 6231,0'' C
%77,3100'
100 CC %07,0100
'100
CC
9613,02
4'' 2
3
b
bv
p
dq
k
9613,03
9613,09633,09568,031
n
iik
k
k értékének ismeretében kalibráltuk a beszívó elemet, így már alkalmas térfogatáram mérésére. A veszteségtényezőket a vesztesége Bernoulli-egyenlet segítségével számítjuk ki, amely az alábbi:
csszpillCA D
LvvvPvp
2
..222
2222
ahol:
szpill. veszteségtényező L 2 mérési pont közti távolság D=36,4mm csővezeték belső átmérője csősúrlódási tényező
cs üres csőszakasz csatlakozások veszteségtényezője levegősűrűség v a csőben lévő átlagsebesség
Ap Pillangószelep-beszívóelem közti nyomáskivezetés
Cp Pillangószelep utáni legmagasabb nyomással rendelkező hely nyomása A pillangószelep veszteségéhez képest a többi veszteség gyakorlatilag elhanyagolható.
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Áramlástan Tanszék
- 8 -
0
csD
L
Tehát:
2.
2v
pp CAszpill
A „v” átlagsebességet a beszívó elemen mért nyomáskülönbség segítségével a térfogatáramból számítjuk a már kalibrált egyenlettel.
Aqv v
Ahol:
2322
1004,14
036,04
mdA b
A mérés során lemért nyomáskülönbségek adott szögállásban:
Szögállás 0° 15° 30° 40° 50° 60°
Nyo
más
külö
nbsé
g
69 164 583 1332 2505 3774 66 165 564 1295 2517 3775 64 160 562 1293 2515 3773 63 152 552 1280 2526 3779 64 146 550 1308 2500 3775 60 148 543 1300 2495 3758 97 181 587 1311 2502 3760
101 185 588 1315 2495 3759 106 193 590 1316 2522 3770
1. Pillangószelep
Szögállás 0 10 20 25 30
Nyo
más
külö
nbsé
g
46 154 707 1614 3731 52 124 658 1485 3765 63 130 646 1456 3755 57 127 650 1463 3763 52 119 644 1468 3764 48 120 639 1466 3777 86 161 658 1477 3783 99 164 663 1480 3788
108 173 672 1485 3770 2. Pillangószelep
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Áramlástan Tanszék
- 9 -
A beszívó elemen mért nyomáskülönbség mindkét pillangószelep esetében :
Papb 128 A beszívott térfogatáram:
smp
dkq b
bv
32
0147,024
Ebből a csőben lévő átlagsebesség:
sm
Aq
v v 09,1400104,00147,0
A mérés során a pillangószelep előtti nyomáskivezetés, és a pillangószelep utáni nyomáskivezetésekből adódó nyomáskülönbségeket mértük. A relaxációs szakaszban a nyomások különbsége így csökken, majd egy minimumot elérve ismét nő. Ebben a minimum pontban lévő nyomáskülönbség az a nyomáskülönbség, melyet fel kell használnunk a szelep veszteségének kiszámításához( CA pp ). Ezek az értékek a táblázatban vastagon szedett értékek. A nyomáskivezető csapok egymáshoz viszonyított távolsága a legelső pillangószelep utáni nyomáskivezetéstől mérve rendre 36-36-36-36-36-36-36-72-72 mm-re vannak egymástól.
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Áramlástan Tanszék
- 10 -
A nyomásváltozások alakulása a hely függvényében diagramok:
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Áramlástan Tanszék
- 11 -
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Áramlástan Tanszék
- 12 -
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Áramlástan Tanszék
- 13 -
A diagramokból és a számadatokból is kiolvashatóak a legkisebb nyomáskülönbségek, melyekkel kiszámíthatjuk az adott szögálláshoz tartozó pillangószelep veszteségtényezőt. Ezen értékeket a diagramban bekarikázással jelöltem. 1-es szelep:
2..
2v
pp CAszpill
ahol: 27,118087,14
2192,1
222 v
5073,027,118
600 8227,10
27,1181280
40
2344,127,118
14615 0956,21
27,1182495
50
5912,427,118
54330 7748,31
27,1183758
60
2-es szelep
2..
2v
pp CAszpill
ahol: 27,118087,14
2192,1
222 v
4059,027,118
480 3108,12
27,1181456
25
0062,127,118
11910 5465,31
27,1183731
30
4029,527,118
63920
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Áramlástan Tanszék
- 14 -
A veszteségtényezők alakulása a szögállás függvényében diagramok:
1. Pillangószelep szögállás-veszteségtényező grafikonja
0
5
10
15
20
25
30
35
0 10 20 30 40 50 60 70
ß szögállás (fok)
vesz
tesé
gtén
yező
veszteség-szögállás
2. Pillangószelep szögállás-veszteségtényező diagramja
0
5
10
15
20
25
30
35
0 5 10 15 20 25 30 35
ß szögállás (fok)
vesz
tesé
gtén
yező
veszteség-szögállás
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Áramlástan Tanszék
- 15 -
1. Pillangószelep szögállás veszteségtényező
0° 0,5073 15° 1,2344 30° 4,5912 40° 10,8227 50° 21,0956 60° 31,7748
2. Pillangószelep szögállás veszteségtényező
0° 0,4059 10° 1,0062 20° 5,4029 25° 12,3108 30° 31,5465
Hibaszámítás: A feladat a veszteségtényező mérésekor fellépő abszolút és relatív hiba meghatározása. Mivel több mérési eredményből tevődik össze a meghatározása, halmozottan ejtünk leolvasási hibákat, így a hiba számításához az alábbi képlete használjuk: Abszolút hiba: Relatív hiba:
n
i i
szpilliszpill X
X1
2..
..
..
..
szpill
szpill
b
ööszpill pk
p
v
p
2
2..
2
ahol: CAö ppp
Az alábbi értékek közül a 2 nyomáskülönbséget terhel elolvasási hiba, mely a nyomásmérő mérési pontatlansága:
Pap 2
ppk b
211
2
22
2
2..1
p
pkpp
pk b
ö
bszpill
ppk
p
b
ö
222
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Áramlástan Tanszék
- 16 -
1.Szelep hibaszámítása:
017,0212896126,0
11220,1
ppk b
fok
0079,012896126,0
6022220,2
ppk
p
b
öfok
019,0
212896126,0
60212896126,0
112
22
2
2
2
22
2
2..
p
pkpp
pk b
ö
bszpill
%75,30375,05073,0019,0
..
.. szpill
szpill
A további számításokat Excelben hajtottam végre. Abszolút hibák:
0° 15° 30° 40° 50° 60°
1 0,017 0,017 0,017 0,017 0,017 0,017
2 0,0079 0,019 0,072 0,169 0,33 0,496
..szpill 0,019 0,026 0,074 0,17 0,33 0,497 Relatív hibák:
ß szögállás ..szpill ..
..
szpill
szpill
0° 0,5073 3,75% 15° 1,2344 2,11% 30° 4,5912 1,61% 40° 10,8227 1,57% 50° 21,0956 1,56% 60° 31,7748 1,58%
2. Szelep hibaszámítása A számításokat Excelben hajtottam végre. Abszolút hibák: 0° 10° 20° 25° 30°
1 0,017 0,017 0,017 0,017 0,017 2 0,0063 0,016 0,084 0,192 0,493 ..szpill 0,018 0,023 0,086 0,193 0,493
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Áramlástan Tanszék
- 17 -
Relatív hibák:
ß szögállás ..szpill ..
..
szpill
szpill
0 ° 0,4059 4,43% 10 ° 1,0062 2,29% 20 ° 5,4029 1,59% 25 ° 12,3108 1,57% 30 ° 31,5465 1,56%
A számított adatokból jól látszik, hogy míg teljesen nyitott állapotban 2 és 1 értéke igen alacsony ( 1 állandó), zárás közeli állapotban 2 értéke jelentősen megemelkedik.
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Áramlástan Tanszék
- 18 -
A grafikonokból és a táblázatokból is jól látszik, hogy minél inkább zárt állapotba kerül a szelep, annál kisebb hibát vétünk a leolvasás során. Viszont mivel a veszteségtényező értéke a zárás mértékét növelve exponenciálisan nő, a relatív hiba éréke pedig a zárás hatására csak alacsony meredekséggel csökken, minél zártabb a szelep, annál nagyobb eltérés lehetséges a valóságos és a mért-számított veszteségtényező között.
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Áramlástan Tanszék
- 19 -
Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Áramlástan Tanszék
- 20 -
Irodalomjegyzék: Lajos Tamás- Az áramlástan alapjai M8-as mérés előkészítő Hőtan 2 segédlet- Levegő fizikai tulajdonságai táblázat