BUDAPESTI M SZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM
KALORIKUS GÉPEK MÉRÉSEI - Schlieren, lángterjedési sebesség mérés-
ENERGETIKAI GÉPEK ÉS RENDSZEREK TANSZÉK
SCHLIEREN TECHNIKA A Schlieren jelenség „Schlieren” jelenség alatt optikai inhomogenitásokon áthaladó fénysugarak irányváltozását értjük. Az optikai inhomogenitás önmagában tág fogalom, kialakulhat szilárd testeknél pl.: felületi egyenetlenségeknek köszönhet&en, vagy gáznem' közegeknél pl.: a s'r'ség rohamos változása esetén. Az optikai inhomogenitásokban közös, hogy a rajtuk való áthaladás során az eltérül& fénysugarak miatt a képtorzulás alakul ki. Az 1. ábrán látható esetben egy autó tetején kialakult termikus határréteg okozza a Schlieren jelenséget, ami a háttérben látható rács párhuzamos vonalait eltorzítja. A jelenség összetett, de némely esetben jól leírható törvényszer'ségek szerint megy végbe, ezért a Schlieren módszerek fizikai jelenségek megmutatására és számszer'sítésére is alkalmasak (kvalitatív és kvantitatív felhasználás).
1. ábra - Termikus határréteg autó tetején [3]
Fizikai háttér Tekintsünk valamilyen közeget, melyben a törésmutató eloszlása nem konstans, hanem folyamatosan változik. Ekkor a törésmutató mez& változása grad (n) vektorral, vagyis a törésmutató mez& gradiensével jellemezhet&. Ha egy fénysugár egy ilyen folytonosan változó törésmutatójú közegrészen halad át, akkor adott pontban egy R sugarú görbe pályára áll rá a 2. ábrán látható módon.
2. ábra - Fénysugár elhajlása folytonosan változó törésmutatójú közegben
R görbületi sugárra írható: 1 = R
grad (n) sin n
Az eltérülési szög értelmezése Ha egy fénysugár x távolságot tesz meg egy grad (n) -nel jellemzett, folytonosan változó törésmutatójú közegben, akkor az eltérülési szög a görbe vonal érint&je és a zavartalan fényterjedéshez tartozó egyenes által bezárt szög: (lásd. 3. ábra)
3. ábra - Az eltérülés szögének értelmezése
A törésmutatót befolyásoló fizikai jellemz k A törésmutató általában függ a fény hullámhosszától; a közeg – melyen a fény áthalad – h&mérsékletét&l, nyomásától és anyagi min&ségét&l, keverék esetén a komponensek koncentrációjától. n = n( , T , p,
i
)
Adott anyagi min&ség esetén a törésmutató a s'r'ségt&l függ. A gázokra vonatkozó állapotegyenletek figyelembevételével – az állapotegyenlet egyértelm' összefüggést teremt a s'r'ség, a nyomás és a h&mérséklet között – a törésmutató változása a h&mérséklet és nyomásváltozást is mutatja. n = n(
( p, T )) = n( p, T )
A törésmutató h&mérséklet és nyomásfüggésének leírásában igen fontos a Gladstone – Dale összefüggés: n 1
= konst
Az ideális gáztörvényt ugyanazon anyag két állapotára felírva = 0
p = konst 2 T
:
p T0 p0 T
Behelyettesítve a Gladstone – Dale egyenletet, írható: n 1 p T0 = n0 1 p 0 T
, illetve: n =
Izobár folyamatnál ( p = p0 ) : nT =
T0 T
(n0
p T0 p0 T
(n0
1) + 1 .
1) + 1
A 4. ábrán atmoszférikus nyomású leveg& törésmutatójának h&mérsékletfüggése látható. Megfigyelhet&, hogy a h&mérséklet emelkedésével a görbe ellaposodik, ami egy – a törésmutató h&mérsékletfüggésére alapozó – mérés érzékenységét magas h&mérséklettartományban lerontja.
4. ábra - Atmoszférikus nyomású leveg& törésmutatója a h&mérséklet függvényében
Párhuzamos sugármenet Schlieren berendezések berendezések Egy párhuzamos sugármenet' Schlieren berendezés egyszer'sített sémáját mutatja az 5. ábra.
5. ábra - Schlieren berendezés vázlata R O1,O2 S B S’
-
Rés Schlieren objektívek Tárgy Blende (kés) Vetítés síkja
A fényforrás képét egy kondenzor lencserendszer egyesíti R rés helyén. R rés fényforrásnak tekinthet&. O1és O2 azonos kiképzés' lencséket jelölnek, így az O1– O2lencserendszer az R rés éles képét hozza létre O2 fókuszsíkjában (ez a sík megegyezik B kés síkjával). A fénysugarak a továbbiakban egy vetít&lencsén haladnak át, amely S tárgy képét hozza létre S’ megfigyelési síkban. Az R rés adott pontjából kiinduló fénysugarak O1-en áthaladva párhuzamos sugarakat alkotnak. Tekintve, hogy ez R bármely pontjára igaz belátható, hogy párhuzamos sugárnyalábokat kapunk (6. ábra).
6. ábra - Párhuzamos sugárnyalábok kialakulása
A 4. ábrából leolvasva a párhuzamos sugárnyalábok maximális szögeltérése: max
= tan
s1 f1
, ami kis szögekre:
max
=
s1 f1
Tekintsük R rés hosszabbik élét a lap síkjára mer&legesnek (3. ábra). O2 fókuszsíkjában helyezzük el B Schlieren blendét (kés) úgy, hogy a blende éle párhuzamos legyen a rés hosszabbik élével (s1 a rés rövidebbik éle). A B blendét felfelé mozgatva R rés képéb&l egyre nagyobb részt takar ki, míg végül teljesen ki nem takarja. A kitakarásnak megfelel&en S’ erny&n a megvilágítás er&ssége egyenletesen – az erny& bármely pontjában egyformán – csökken. Tegyünk S tárgy helyébe egy olyan síkot, amely csak egy pontban (P) képes a fénysugarakat átereszteni. Ebben az esetben a P ponton áthaladó fénysugarak egy szög' fénykúpot alkotnak. A fénykúp sugarai a párhuzamos fénysugarakból kerülnek ki, minden irányhoz tartozó sugárnyalábból egy-egy. Ennek a fénykúpnak is egy s1szélesség' rés a képe B blende síkjában, a fénysugarak S’ erny&n egy pontban (P’) egyesülnek. Tehát a vizsgált térrész, vagy tárgy egy pontjának képe a leképzésben szintén pont. Ha a P pontban a fénysugarak iránya – Schlieren következtében – megváltozik, a rés képe eltolódik annak megfelel&en, hogy az eltolódás a blende
élével párhuzamosan felfelé, vagy lefelé történt. Ha a réskép lefelé tolódik el, akkor a blende annak egy részét kitakarja, a létrejöv& P’ képpont megvilágításának er&ssége csökken. Mivel ez érvényes P síkjának bármely pontjára a Schlieren helyek egy id&ben mutathatók ki. A Schlieren blende alaphelyzetét alkalmasan megválasztva – Schlierent&l mentes körülmények között a résképet részben már kitakarja – a blende élére mer&leges irányban az elhajlások mindkét irányban kimutathatók. Azon pontok megvilágítása, amelyek a blende él felé hajlottak el gyengébb lesz – az alap megvilágításhoz képest – míg amelyek az ellenkez& irányban térültek el, azoké er&sebb. A blende élével párhuzamos elhajlásokra a megvilágítás er&ssége nem változik, így azokra a rendszer érzéketlen. Ezért a gyakorlatban két rés – és vele párhuzamos állású blende – állás mellett kell felvételeket készíteni. Célszer' a két állást úgy megválasztani, hogy azok egymással derékszöget zárjanak be. Az eltérülési szög a kés pozíciójának és a Schlieren objektívek fókusztávolságának ismeretében számítható. Méréshatár, Méréshatár, érzékenység A méréshatár vizsgálatánál azt kell tudnunk, hogy mekkora az a legnagyobb eltérülési szög, amit a rendszer még ki tud mutatni. A 7. ábra alapján belátható, hogy ha a rés képe „s1 mértékben” eltérül, akkor a kitakarás teljes, további eltérülés ebben az irányban már nem okoz változást a megvilágítás er&sségében.
7. ábra - a, Nincs kitakarás b, Teljes kitakarás
Közelít&leg írható: s1 az adott készüléken mérhet& legnagyobb szögelhajlás. max f2 A fenti egyenletb&l látható, hogy a méréshatár s1 változtatásával változtatható (pl. növelhet&, ha a kialakult Schlieren képen a teljes kivilágosodás, vagy teljes elsötétedés kialakul, lásd 6. ábra). Fontos ugyanakkor megjegyezni, hogy a rés változtatása hatással van az érzékenységre is. Az érzékenység azt a minimális változást jelenti, amit egy módszerrel már észlelni lehet. Esetünkben ez a minimális eltérülési szög, amit tételezzünk fel a legnagyobb eltérülési szög ’p’ százalékának: p max 100
min
Az érzékenység E=
1 min
min
reciproka:
100 f 2 p s1
Látható., hogy ’s1’ résméret növelésével az érzékenység csökken. 8. ábra - A vizsgált termikus határrétegben teljes elsötétedés alakult ki
Mérési stratégiák stratégiák Szimmetrikus jelenség, teljes eltérülés nem jön létre
blende pozíció középen Szimmetrikus jelenség, teljes eltérülés jön létre blende középs& pozícióban, résméret növelése ha a résméret tovább nem növelhet&, akkor a blendét a középs& pozícióból el kell mozdítani, ekkor a jelenség egyik oldala deríthet& fel Nem szimmetrikus jelenség, teljes eltérülés jön létre a blendét a középs& pozícióból el kell mozdítani olyan irányban, hogy a teljes eltérülés csökkenjen (a teljes elsötétedés világosodni, a teljes kivilágosodás sötétedni kezd, lásd 9. ábrán a 8. ábrán látható esetet)
8 - 9. ábra - A vizsgált termikus határrétegben teljes elsötétedés alakult ki, termikus határréteg képe a blende elmozdítása esetén
A tanszéki Schlieren berendezés A tanszéki Schlieren berendezés vázlata a 10. ábrán látható. A fényforrás higanyg&z lámpa, a rés és a kés pozíciója precízen állítható. A Schlieren objektívek átmér&je 80 mm, ez a vizsgálható térrész méretének fels& korlátja.
10. ábra - A tanszéki Schlieren berendezés vázlata (Schlieren – Aufnahmegerät 80)
1 2 3 4,6 5 7 8 9 10 11 12 13
-
Fényforrás Kondenzor Rés Schlieren objektívek Vizsgálandó tárgy Blende Fotó objektív Vetít& objektív Mattüveg/vetítés helye Eltérít& tükör Leképez& objektív Mattüveg/kés pozíciójának ellen&rzése
Mérés menete 1, fényforrás begyújtása, bemelegítése 2, vizsgálandó tárgy elhelyezése a vizsgálótérben
3, 4, 5,
precíz elhelyezésr&l gondoskodni kell (párhuzamosság, mer&legesség). Ehhez a látómez&t élesre kell állítani.
megfelel& résvastagság kiválasztása, a rés pozíciójának beállítása
ez a vizsgálandó jelenség el&zetes átgondolását igényli. A tipikus réspozíciók: függ&leges, vízszintes.
a kés réssel való párhuzamosságának beállítása kés pozíciójának beállítása
tipikus késpozíció: középs& ( a kés Schlieren mentes esetben a rés képének felét takarja ki)
Színes Schlieren felvételek Lehet&ség van a rés (10. ábra – 7) helyére színes illetve csíkos diát elhelyezni (lásd. 11. ábra).
11. ábra - Schlieren berendezéshez használható színes dia
A színes dia használata esetén, ha üres vizsgálótér mellett a dia pozícióját változtatjuk, akkor – feltéve, hogy a rés legfeljebb olyan vastag, mint a dián lév& csíkok vastagsága – egységes szín', alap megvilágítású képet kapunk. Az ekkor látható – 0 eltérülés' fénysugarakhoz tartozó szín – színt alapszínnek nevezzük. Ha a vizsgálótérben Schlieren tartalmú tárgyat, vagy közeget helyezünk el, akkor az eltérülések eredményeként különböz& szín' zónák jönnek létre a leképzés során. Ekkor az eltérülési szög a színes dia csíkjainak vastagságából és a szín sorrendb&l számítható ki. Színes képre mutat példát a következ& ábra:
12. ábra - Rakétamodell körüli áramlás szemléltetése színes Schlieren technikával [2]
13. ábra - Turbinalapátok közötti áramlás szemléltetése színes Schlieren technikával [3]
14. ábra - Lökéshullámok lövedék körül [4]
BUNSEN LÁNGOK Gáznem égési formák felosztása A gáznem' anyagok égését két alapvet& csoportba sorolhatjuk: 1,
el&kevert lángok (premixed flames) – a tüzel&anyag és oxigén összekeverve éri el a reakciózónát. Ha az áramlás nem turbulens erre az égésfajtára vékony reakciózóna (lángfront) jellemz&.
15. ábra – Bunsen láng 2,
diffúziós lángok (non premixed, diffusion flames) – a tüzel&anyagot és oxigént különkülön vezetjük a reakciózóna közelébe. A keveredés diffúzió és turbulencia útján jön létre.
16. ábra - A gyertya lángja tipikus diffúziós láng [5]
El kevert láng szerkezete Az el&keveredési zónához közeledve a keverék el&melegszik, majd a reakciózónát elérve h&mérséklete hirtelen megn&. A h&mérséklet és a tüzel&anyag ill. oxigén koncentráció alakulásának jellegét mutatja a következ& ábra:
17. ábra – El&kevert láng felépítése, h&mérséklet és reakciósebesség eloszlás
A Bunsen láng felépítése az alábbi ábrán látható. Ha a tüzel&anyag „túl sok”, akkor a környezeti leveg&vel keveredve egy második lángfrontban ég el.
18. ábra - Bunsen láng felépítése
19. ábra - Áramlási és lángterjedési sebesség egyensúlya stabil lángban
A Schlieren felvételeken a bels& kúp jól látható. Feltételezve, hogy a bels& lángfront alakja kúpos (nem forgási paraboloid) a Schlieren felvételb&l meghatározható a lángterjedési sebesség a 19. ábra felhasználásával. Ekkor ugyanis felírható a lángterjedési sebesség és az áramlási sebesség lángfrontra mer&leges komponensének egyensúlya a fél-kúpszög segítségével: u = v sin ( u v
-
) Lángterjedési sebesség [m/s] Átlagsebesség [m/s]
Az égés leveg szükséglete Az égés elméleti leveg&szükséglete elemi, tökéletes égési reakciók összességeként írja fel egy tüzel&anyag égését. Ezeket az egyenleteket sztöchiometriai egyenleteknek nevezik. Például a metán (CH4) sztöchiometriai egyenlete a következ&: 79 79 CH 4 + 2 O 2 + N2 CO 2 + 2 H 2 O + 2 N2 21 21 Fontos megjegyezni, hogy nem oxigénnel, hanem leveg&vel égetünk, így a leveg& N2 tartalmát is figyelembe kell venni. Az egyenletben anyagmennyiség szerepel (mól), ugyanakkor – feltételezve, hogy a kiinduló anyagok és reakció termékek azonos nyomáson és h&mérsékleten vannak jelen a rendszerben – ezek az arányok térfogat arányt is jelentenek. Az egyenletb&l kiszámítható, hogy egységnyi mennyiség' tüzel&anyaghoz mennyi leveg&re van szükség. Ez a kifejezés az elméleti leveg&szükséglet. Értéke az el&z& példa alapján (O2 és N2együtt): 79 m 3 leveg L0 = 2 + 2 = 9.524 21 m 3 tü.a. Az elméleti leveg&szükséglet felhasználásával bevezethet& a légfelesleg tényez&, ami azt mutatja meg, hogy az elméletileg szükségeshez képest mennyi leveg&t juttattunk az égéshez: L = L0 L L0
-
Légfelesleg tényez& Égéshez vezetett leveg& mennyisége [m3], [m3/s] Elméleti leveg&szükséglet [m3], [m3/s]
Q > 1 esetén a keverék az elméletileg szükségesnél több leveg&t tartalmaz (tüzel&anyagban szegény), Q < 1 esetén pedig kevesebbet (tüzel&anyagban dús). A légfelesleg tényez& a tüzeléstechnikában az egyik legalapvet&bb és egyben legfontosabb fogalom. Az égés jellemz&it (lángterjedési sebesség, károsanyag képz&dés) a légfelesleg tényez& függvényében szokás megadni. A lángterjedési sebesség légfelesleg függésére mutat példát a következ& ábra:
20. ábra - Földgáz lángterjedési sebessége a légfelesleg függvényében
LÁNGCSÖVES LÁNGTERJEDÉSI SEBESSÉG MÉRÉS Homogén gáz – leveg& keverékben a kísérleti tapasztalatok szerint a láng terjedési sebessége több tényez& függvénye: nyomás, h&mérséklet és a gáz és leveg& térfogataránya. Adott h&mérsékleten és nyomáson az égés gáz – leveg& keverékben csak egy meghatározott alsó – és fels& keverékarány között lehetséges. Ezen határok között a láng terjedési sebesség maximummal rendelkez& görbe szerint változik. Az így meghatározható alsó- és fels& gyulladási koncentráció határ biztonságtechnikai szempontból is fontos jellemz&. Egy térben az alsó gyulladási koncentráció határ alatt, annak kb 1/10-részét szokták megengedni. Ha az éghet& gáz koncentrációja ezt meghaladja, robbanás veszély állhat el&. Megfelel& készülékben különböz&, mérhet& összetétel' gázkeverékek állíthatók el&. A gázkeverékkel egy függ&leges helyzet', alul teljesen nyitott üvegcsövet feltöltve, villamos szikrával meggyújtható a keverék. A gyújtás helyét&l a lángfront a cs&ben egy megjelölt távolságot fut be, aminek idejét méréssel meghatározva a lángterjedési sebessége a gáz – leveg& keverékben kiszámítható. A terjedési sebességet a gáz-leveg& elegy összetétele függvényében ábrázolhatjuk.
Lángterjedési sebesség vizsgálata Egy felül zárt, alul nyitott csövet ismert éghet& gáz – leveg& keverékkel feltöltünk, majd villamos szikrával meggyújtunk. A gyújtás helyét&l kiindulva egy vékony lángfront jön létre, amely végig halad a csövön egészen a teljes kiégésig. A lángfront egy „t” id&pontban való helyzetét az 21. ábra, a lángfront el&tt és után kialakult h&mérséklet – és nyomás viszonyokat a 22. és 23. ábra szemlélteti.
21-23. ábra – Lángfront helyzete, a lángfront el&tt és után kialakult h&mérséklet és nyomás viszonyok u w tk
-
Lángterjedési sebesség A visszaáramló égéstermék sebessége Kezdeti h&mérséklet
tt pr
-
Visszaáramló égéstermék h&mérséklet
-
A lángfront el&tti reagens zónában kialakult nyomás A lángfront utáni nyomás Koncentráció (gáz – leveg& keverékarány)
pt
cg
t gyull
Gyulladási h&mérséklet
t max
A lángfrontban lév& h&mérséklet
p
A lángfront el&tti és utáni nyomáskülönbség
A láng terjedési sebessége egy gáz fajtájánál a kezdeti h&mérséklett&l, a nyomástól és gáz – leveg& arányától függ; u = f (cg, p, tk) A cs&ben álló gáz –leveg& elegyben a keletkez& égéstermék visszafelé áramlik. A visszaáramló égéstermék sebességét dönt&en a lángfront h&mérséklete határozza meg; w = f (tmax) A 2. ábrán jól nyomon követhet& adott V id&pillanatban az égéstermék zóna és a reagens zóna közötti h&transzport folyamat a h&mérséklet gradiens következtében. A hideg keverék a gyulladási h&mérsékletig felmelegszik. Az ég&képes keverék gyulladása után h&fejl&dés indul meg, ami további h&mérsékletemelkedést eredményez. A magas h&mérséklet fel&l az el&melegítést is a h&fejl&dés biztosítja. A reagens zónában a nyomás /pr/ nagyobb, mint a termékzónában /pt/, mert a fajtérfogat növekedés miatt létrejöv& áramlás gyorsítását ez a nyomáskülönbség biztosítja. pr > pt w vt u w
= -
u vr Reagens közeg fajtérfogata Az égéstermék fajtérfogata
Az egyenletet rendezve: v w=u t vr
A fal kioltó hatása A normál lángterjedési sebesség sík lángfront esetén egyértelm' mennyiség. A görbült lángfront esetén a nyomáskülönbség hatására szekunder áramlás alakul ki. A kísérlet során ez jól megfigyelhet&: A gyújtás helyét&l kiinduló lángfront jellegzetes „medúza” alakot vesz fel. Ez a lángfront alak a cs& fala mentén, a kioltási távolságon belül kialakuló áramlás következménye. A fal melletti visszaáramlás egy tórusz gy'r' menti örvény kialakulását okozza ( 24. és 25. ábra )
24-25. ábra – A fal mellett kialakuló áramlás
A láng terjedési sebessége Különböz& koncentrációk esetén a mért futási id&k és futási távolság ismeretében számított sebesség alapján a láng terjedési sebessége a koncentráció függvényében ábrázolható. A jelleggörbéje egy másod, vagy harmadfokú polinommal közelíthet& (26. ábra). A jelleggörbe három meghatározó alapponttal rendelkezik / cg , min , cg , 0 , cg , max /.
26. ábra – A láng terjedési sebessége
Ahol: cg,min
-
cg,0
-
cg,max
-
Alsó gyulladási határérték. A keverékben sok a leveg& és kevés a gáz, ez az érték alatt gyulladás nem jöhet létre. A görbe maximuma. Ismert gáz fajtára az értéke sztöchiometrikus egyenlettel meghatározható /tökéletes égés/. Fels& gyulladási határérték. A keverékben kevés az éghet&, nagy a légfelesleg tényez&, ez az érték felett gyulladás nem jöhet létre.
A bevitt gyulladási energia meghatározza az alsó és fels& határértéket /cg,min, cg,max/. A láng terjedési sebessége állandó h&mérséklet (t), illetve nyomás (p) mellett, változó nyomás és h&mérséklet esetét a 27. és 28. ábra szemlélteti.
27-28. ábra – Láng terjedési sebessége állandó h&mérséklet és változó nyomás mellett illetve állandó nyomás és változó h&mérséklet mellett
A lángterjedési sebesség mér berendezés felépítése és kezelése A tanszéki lángterjedési sebesség mér& berendezés elvi felépítése a 29. ábrán látható. Ezen az ábrán követhet& nyomon különböz& gáz – leveg& elegy összetételénél a láng terjedési sebességének mérése. A rendszer gáz ellátása hálózati vezetékes gáz útján történik, míg a leveg& ellátását egy ventilátor biztosítja. Mind a gáz, mind a leveg& egy meghatározott mennyiségének szállítása egy kever&téren keresztül történik az elégetésre és a keverék elegy sebességének mérésére szolgáló üvegcs&be. A gáz és a leveg& útja a kever&térig megegyezik. Külön – külön gázórával mérjük a eltér& koncentráció értékek beállításához szükséges mennyiségeket, majd egy kézi vezérlés' mágnesszelepeken keresztül juttatjuk a kever&térbe. Itt jön létre a keverékképzés. A másik lehet&ség a mennyiségek beállítására az azonos kialakítású furattárcsák alkalmazása, amelyek az osztókörön különböz& átmér&j' furatokkal rendelkeznek. A két tárcsával azonos nyomáson,
eltér& furatátmér&kkel, azonos áramlási id& esetén a térfogatáramot lehet változtatni. A furat átmér&k arányából számítható a gáz – leveg& aránya ( G/ L). A kever&térb&l a beállított gáz – leveg& elegy az ábrán látható módon feltölti a mindkét végén zárt üvegcsövet. Az üvegcs& alsó zárófedele egy visszagyulladásgátló betéthez kapcsolódik. Ennek kett&s szerepe van. Egyrészt az égés során a visszagyulladást akadályozza meg, másrészt a mér&cs& beállított koncentrációjú keverékkel való feltölt&dését is jelzi. A visszagyulladásgátló betét is telít&dik az éghet& eleggyel, amit a végén elhelyezett gyújtóláng meggyújt. A mérésre szolgáló üvegcs&ben az ég&képes keveréket egy kézi vezérlés' gyújtó elektródával gyújtjuk meg. A üvegcs& alján és a végén két ionizációs detektor található, amelyek érzékelik a lángfront kialakulását, és a lángfront futásának befejezését. A két ionizációs érzékel& alternatív kapcsolóként egy relén keresztül indítja, illetve leállítja az elektromos stoppert a mérés során
29. ábra - A tanszéki lángterjedési sebesség mér& berendezés elvi felépítése 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
-
Nyomásszabályzó Gázóra (leveg&) Gázóra (földgáz) Nyomáskülönbség mér& Mágnes szelep Furattárcsás áramlás szabályzó Kever&tér Visszaégés gátló / kontrolég& Gyújtóláng Stopper Jelfeldolgozó és stopper vezérl& Lefuvató szelep Nyomás ellenörz& „U” cs& Gyújtóelektróda Lángcs& Lángfont érzékel& ionizációs detektor Töltés kapcsoló
A mérés menete A mérés során állandó gázmennyiség mellett a leveg& mennyiségét változtatva állítjuk be a különböz& keverékarányokat a furattárcsák segítségével. 1. Zárjuk a mér&cs& alsó zárófedelét, majd a gáz és leveg& oldali furattárcsát a legkisebb furatállásba állítjuk. Ezt követ&en nyitjuk a mágnesszelepeket. Megkezd&dik a kever&téren
2.
3. 4.
keresztül a mér&cs&nek a beállított keverék eleggyel való feltöltése. A cs& teljes feltöltését a visszagyulladásgátló betét tetején megjelen& kis láng jelzi. Ezt követ&en zárjuk a mágnesszelepeket, nyitjuk a mér&cs& alsó zárófedelét , és kézi vezérlés útján gyújtó szikrával meggyújtjuk mér&cs&ben lév& keverék elegyet. Ha nem jött létre égés, akkor a keverék elegy az alsó gyulladási határérték alatt van. Ebben az esetben zárjuk a mér&cs& alsó zárófedelét, a leveg& rendszer furattárcsáját másik állásba helyezzük ( csökkentjük a leveg& mennyiségét ), és nyitjuk a mágnesszelepeket. Újra töltjük a mér& rendszert. A feltöltés után ismételjük meg a fentiekben már ismertetett lépés sort mindaddig amíg el nem érjük az alsó gyulladási határértékét. Az alsó gyulladási határérték elérése után létre jön az égés, kialakul a lángfront, az ionizációs kör ezt érzékeli, és elindítja az elektromos stoppert. A lángfront a cs&ben ismert távolság megtétele után érzékeli az ott elhelyezett másik ionizációs kör és leállítja a stoppert. A mért id& és a lángfront által befutott távolság ismeretében a lángfront sebessége számítható. Az mérést mindaddig folytatjuk változó leveg& mennyiség hozzákeverésével, amíg el nem érjük a fels& gyulladási határértéket. A mérési sorozat végén a különböz& gáz – leveg& arányoknál mért futási sebesség ismeretében számítható a láng terjedési sebessége, valamint ábrázolható az ismert futási távolság ismeretében a lángterjedési sebesség - koncentráció függvény
Felkészülést segít kérdések Schlieren 1, Mi a „Schlieren” jelenség? 2, Milyen összefüggés van egy folytonosan változó törésmutatójú közeg törésmutatójának gradiense és a rajta áthaladó fénysugár pályájának görbületi sugara között? Készítsen ábrát! 3, Fejezze ki az eltérülési szöget, mint a zavartalan fényterjedés irányában mért x távolság és R görbületi sugár függvényét! Készítsen magyarázó ábrát! 4, Adott gáz milyen jellemz&it&l függ a törésmutató? Tüzeléstechnika 1, Mi jellemz& az el&kevert égésre? Vázolja fel egy el&kevert, lamináris láng szerkezetét! 2, Milyen megfontolás alapján számítható a lángterjedési sebesség? 3, Milyen egyenletek a sztöchiometriai egyenletek? Mit fejeznek ki ezek az egyenletek? 4, Mi az elméleti leveg&szükséglet? 5, Mi a légfelesleg tényez&? Lángterjedési sebesség mérés 1, Lángterjedési sebességet meghatározó paraméterek? 2, Visszaáramló égéstermék sebességét meghatározó paraméterek? 3, A lángterjedési sebesség jelleggörgéje? 4, A lángterjedési sebesség görbét meghatározó határértékek? 5, A lángterjedési sebességet hogyan befolyásolja a p, t változása (rajz)?
HIVATKOZÁSOK [1] GARY S. SETTLES: Schlieren and Shadowgraph Imaging in the Great Outdoors , Proceedings of PSFVIP2, Honolulu, USA, May 16-19, 1999 http://www.mne.psu.edu/psgdl/psfvip2.pap.copyrightedimages.pdf [2] http://www.la.dlr.de/ra/sart/projects/lfbb/colorschlieren.jpg
[3] http://ttm.tugraz.at/img/research/metrology/schlier.gif [4] http://courses.ncssm.edu/hsi/ss/schlieren/images/803_43.jpg [5] http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/7d/Candleburning.jpg
