TÉRFOGATÁRAM MÉRÉSE. Mérési feladatok

Készítette:.................................................... ………….kurzus

Dátum: .........év .......hó .......nap

TÉRFOGATÁRAM MÉRÉSE

Mérési feladatok 1. Csővezetékben áramló levegő térfogatáramának mérése mérőperemmel 2. Csővezetékben áramló levegő térfogatáramának mérése Pitot-csővel 3. Rotaméter kalibrálása gázórával 4. Térfogatáram meghatározása köbözéssel A jelölések jegyzéke q p0 t0 h1…h8 h D d R υ V

térfogatáram légköri nyomás szobahőmérséklet manométer kitérések rotaméter skála csőátmérő torokátmérő levegő gázállandó levegő kinematikai viszk. térfogat

κ ρm

adiabatikus kitevő a manométerek mérőfolyadékának sűrűsége ρ a levegő sűrűsége p nyomás p nyomáskülönbség β átmérőviszony  idő Indexek: MP

st

mérőperemre vonatkozó statikus

1. A csővezetékben áramló levegő térfogatáramának mérése mérőperemmel egy beállított térfogatáramnál 1.1. A mérés célja A mérőperemes térfogatáram mérésének megismerése 1.2. Mérési feladat Egy beállított térfogatáramnál, a műszerek leolvasása, és a térfogatáram meghatározása számítógép segítségével. 1.3. A mérőberendezés az 1. ábrán látható. Egy ventilátor csővezetéken át levegőt szállít. A szívócsőbe a térfogatáram mérésére mérőperemet, és a cső tengelyvonalába Pitot-csövet (ld. 2. mérés) építettünk be. A térfogatáramot a nyomóoldalon fojtószeleppel tudjuk szabályozni. A nyomáskülönbségeket víztöltésű U-csöves manométerekkel mérjük. A berendezés része a barométer, és a hőmérő. A berendezés elemeinek adatai: A ventilátor típusa: Barométer típusa: Hőmérő típusa:

száma: száma: száma:

1

Hidrodinamikai Rendszerek Tanszék

Elfogadva:

2

1.4. Egyszer mérendő mennyiségek, konstansok: p0 =

1.5. Merőperemhez kapcsolt manométerek kitérései:

t0 =

h1=

mm =

m

d = 46,7 mm = D = 59,3 mm = κ = 1,4 ρm = 1000 kg/m3 R = 287 m2/s2K

h2=

mm =

m

h3=

mm =

m

h4=

mm =

m

1.6. Számítási egyenletek, a kiértékelés menete A számítást az alább megadott összefüggések felhasználásával számítógéppel végezzük el. Csak a program által kért kiindulási adatokat kell beírni a gépbe. Az eredményül kapott adatokkal a számítógép elvégzi az un. iterációt is. A térfogatáram ugyanis az átfolyási egyenlettel közvetlenül nem határozható meg, mert az egyenletben szereplő C függ a sebességtől (Re-számtól). Az iteráció menete a következő: 1. 2. 3. 4.

Felveszünk egy tetszőleges kiindulási áramlási sebességet, pl. 15 m/s-ot. A számítógép meghatározza a Re számot. Kiszámítja a kapott Re számmal a C sebességi tényezőt, majd a térfogatáramot, q-t. Kiszámítja az áramlási sebességet. Ha az új és a régi sebesség közötti eltérés nagyobb, mint 2%, akkor a 2. lépéstől kezdve megismétli a számítást az új sebességgel!

A számítógéppel kapott eredményeket írjuk be az alábbi táblázatba!

1. 2. 3. 4.

i

v (m/s) 15.0

Re

C

q (m3/s)

v (m/s)

A számítógép a következő összefüggésekkel dolgozik:

d D pMP   m gh4  h3  Nyomásesés a mérőperemen: pst  p0   m gh1  h2  Statikus nyomás a mérőperem előtt: 101300 A levegő kinematikai viszkozitása: m2/s-ban: 13,3  0,1t0 106  pst 0.5 pst A levegő sűrűsége: , Belépési tényező: E  1  4  R(273 t0 ) Átmérőviszony:





Expanziós szám:

  1  0.41 0.35 4 

3

pMP pst



Reynolds szám:

Re 

Sebességi tényező:

vD

 C  0.5959  0.0312

q  CE

Térfogatáram az átfolyási egyenlettel:

Az áramlás átlagsebessége:

2.1

 0.184  0.0029

d 2 4

8

2.5

106   Re   

0.75

2pMP



q D2 4

v

2. Csőben áramló levegő sebességének mérése a cső közepén, ebből térfogatáram számítása 2.1. A mérés célja A sebességmérő szonda (Pitot cső) és az átlagsebesség megismerése. 2.2. Mérési feladat Egy beállított pontban, a műszerek leolvasása, és a térfogatáram meghatározása. 2.3. A mérőberendezés az 1. ábrán látható (A berendezés adatait ld. mérőperem mérésnél!) 2.4. Egyszer mérendő mennyiségek, konstansok: p0 =

2.5. Pitot csőhöz kapcsolt manométerek kitérései: h5=

mm =

m

h6=

mm =

m

ρm = 1000 kg/m3

h7=

mm =

m

R = 287 m2/s2K

h8=

mm =

m

t0 = D = 59,3 mm

2.6. Számítási egyenletek és a kiértékelés menete A számításokhoz végezzük el a behelyettesítéseket, majd a kiszámított értékeket írjuk át a következő táblázat megfelelő oszlopaiba: A statikus nyomás:

pst  p0   m g (h6  h5 ) 

A levegő kinematikai viszkozitása m2/s-ban:  

A levegő sűrűsége:



101300 13.3  0.1t0 106  pst

pst  R273  t0 

A dinamikus nyomás: pdin   m g (h7  h8 ) 

4

A cső közepére szerelt Pitot- cső segítségével a maximális levegősebesség határozható meg közvetlenül:

vmax  pdin

2





vátl  kvmax

Az átlagsebesség pedig:

ahol k az áramlási formától függő szám. Az áramlási formát a Re-szám ismeretében tudjuk v D megállapítani: Re  átl



ha Re  2320 , akkor k = 0.5 ha Re  2320, akkor k = 0.78

lamináris az áramlás, turbulens az áramlás.

A táblázatban mindkét k-val számolja ki az átlagsebességet és a Reynolds számot. Döntse el az áramlás jellegét, és ennek megfelelően bekarikázással jelölje meg az érvényes Reynolds számot, és számolja ki a hozzátartozó térfogataramot.

D2 q  vátl 4

A térfogatáram: pst Pa

ρ kg/m3

pdin Pa

vmax m/s

összefüggéssel számítható.

k 0.5 0.78

vátl m/s

Re -

q m3/s

3. Rotaméter kalibrálása gázórával 3.1. A mérés célja Rotaméter és gázóra megismerése, a rotaméter kalibrálása gázórával. 3.2. Mérési feladat Öt beállított pontban a gázóra és a stopper leolvasása, ezekből a q térfogatáram meghatározása, valamint a h rotaméterállás leolvasása. A kalibrációs görbe felvétele, azaz a számolt térfogatáram és a rotaméterállások ábrázolása (q=f(h) ) milliméterpapíron. A kalibrációs diagramon fel kell tüntetni a berendezés adatait, a nevet és a dátumot. 3.3. A mérőberendezés (2. ábra) A berendezés elemeinek adatai: A légszállítógép típusa: száma: A gázóra típusa: száma: A rotaméter típusa: száma: A mérés menete: A porszívó indítása előtt az Sz1 és Sz2 jelű szelepek nyitva vannak. A felfutás után óvatosan lezárjuk az Sz2 szelepet, ez lesz a rotaméteren átáramló maximális térfogatáram. Leolvassuk az értékeket, ez lesz az első mérési pont. Az Sz2 szelep nyitásával ahogy a térfogatáram csökken, további mérési pontokat vehetünk fel – lehetőleg egyenletes elosztásban. A mérés végén mindkét szelep nyitva legyen, a porszívó kikapcsolható. 3.4. A számítási egyenletek és a kiértékelés menete Térfogat: V  V2  V1

Térfogatáram:

5

q

V



2. ábra 3.5. A mért és számított adatok: Sorszám

V1 m3

τ s

V2 m3

h osztás

ΔV m3

q m3/s

1. 2. 3. 4. 5.

4. Térfogatáram mérés köbözéssel Ismert keresztmetszetű tartályban mérjük egy tetszés szerinti szintemelkedés idejét. A szintemelkedést a tartályhoz kötött, a közlekedőedények törvénye alapján működő üvegcsőben figyeljük. Az üvegcső mellé skálát helyezünk. Az időmérésre stopperóra szolgál. A folyadékáram: , [

],

ahol α [ ] a tartályállandó, az 1 mm magas tartályszelet térfogata, azaz a tartály keresztmetszete, a Δm a mért szintemelkedés mm-ben, a Δt a szintemelkedés ideje s-ban. A köbözés csak akkor használható, ha a rendszer nyitott, vagy megszakítható. A köbözés során egyszerre kell figyelni a szintemelkedést és kezelni a stopperórát, ezért célszerű csak az előbbit nézni és kerek mm-szint-értékeknél az órát elindítani, illetve megállítani, és a stopper által mért időt tized, század sec értékkel együtt leolvasni. A véletlen hiba csökkentése érdekében lehetőleg ne mérjünk 30 másod-percnél rövidebb ideig! (Itt ez megvalósul,ha legalább Δm=100 mm emelkedés idejét mérjük!) Állítsunk be egy tetszőleges

térfogatáramot, és rögzítsük a hozzátartozó Δm és Δt adatokat az alábbi táblázatban: Δm

Δt

mm

s

α

6

Qköböz