Központi fúvókás injektor (In) mérése

1

Központi fúvókás injektor (In) mérése A mérés célja: meghatározandó az injektor (légsugár-légszivattyú) jelleggörbéje, azaz a nyomásszám és a hatásfok a mennyiségi szám függvényében és az eredmények ábrázolása diagramban. A berendezés vázlata és fényképei 5

4

mérőperem

szívóoldali zárókúp

szabályozó pillangószelep

1

3

2

fúvóka

keverőtér

diffúzor

légszállítógép

1. ábra A berendezés vázlata

2 1

2. ábra A fúvóka, a keverőtér induló szakasza és a szívótér képe Az 1 és 2 nyomásmegcsapolással

2

mérőperem

szívóoldali zárókúp

szabályozó pillangószelep

keverőtér

fúvóka

diffúzor multimanométer

légszállítógép (ipari porszívó)

3. ábra A berendezés fényképe a vázlatéval azonos megnevezésekkel, kiegészítve az 1-5 megcsapolások nyomásmérését szolgáló multimanométrrel A berendezés paraméterei: Átmérők: df = 15 mm; d1 = 40 mm; d2 = 80 mm; d3 = 40 mm Multimanométer mérőfolyadékának sűrűsége: ρm = 1000 kg/m3 Levegő termodinamikai paraméterei: fajhőviszony κ = 1,4; gázállandó R = 287 J/kgK; innen cp = κR/(κ-1) = 1005 J/kgK A mérési gyakorlaton egyszer leolvasott adatok: t0 = °C; p0 = Pa A mérés menete: A légszállító gép (porszívó) szívóoldalán lévő tolózár zárt állása mellett elindítjuk a porszívót, majd óvatosan kinyitjuk a szelepet (így a multimanométer folyadék szintjei nem lengenek túlzottan). A szabályozó pillangószelep teljes nyitásától kezdve annak teljes zárásáig legalább hét mérési pontot állítunk be úgy, hogy a H4 – H5 manométer kitérés egyenletesen csökkenjen. Az utolsó mérési ponthoz az addig nyitott szívóoldali záró kúpot zárjuk el teljesen. Leolvassuk a légkörre nyitott manométerág H0 kitérését és a H1, H2, H3, H4, H5 kitérést valamint a t1, t2 és t3 hőmérsékletet. A H, illetve a t indexei az elrendezési vázlat megfelelő szelvényeire és a multimanométer ezekhez kapcsolt ágaira utalnak. A mért adatokat beírjuk az alábbi fejlécű, otthon előkészített táblázatba: Nr. 1 …

H0 mm

H1 mm

H2 mm

H3 mm

H4 mm

H5 mm

H4 – H5 mm

t1 °C

t2 °C

t3 °C

3 A mérőberendezés működési elve, a mérés kiértékelése: Nyomás az i-edik keresztmetszetben a manométer egyensúlyból pi = p 0 + (H 0 − H i )ρ m g [Pa] Itt Hi mm helyett m-ben helyettesítendő.

(1)

A fúvókából kilépő levegő sebessége meghatározható • ideális gáz • izentropikus állapotváltozásának feltételezésével a • kontinuitásból és az • energiaegyenletből. Ideális gáz állapotegyenlete felhasználva, hogy

pi

Ti = 273 + ti , [K]

ρi

= RTi

[J/kg]

(2)

Izentropikus állapotváltozás az 1 jelű keresztmetszet és a fúvóka f jelű kilépő keresztmetszete között

ρ f  p2  =  ρ1  p1 

1

κ

, illetve

p  =  2  T1  p1 

Tf

κ −1 κ

Kontinuitási egyenlet – a primer levegő tömegárama állandó ⋅ d 2f π d12π m1 = v1 ρ1 = v f ρf , 4 4 amit rendezve és a (3) képletből a sűrűségviszonyt beírva v1 = v f

d 2f ρ f d12

(3)

(4)

1

d 2f  p  κ = v f 2  2  . ρ1 d1  p1 

(4/a)

Energiaegyenlet, a fúvókában az összentalpia állandó v 2f v12 h1 + = h1ö = h fö = h f + , 2 2 itt h = cp·T a termodinamikai entalpia.

(5)

Behelyettesítve az (5) egyenletbe a (4/a) egyenletet és a termodinamikai entalpia iménti képletét, végül a (3) jobb oldali egyenletet, kapjuk, hogy  v   d 2f 1 −  2   d12   2 f

Innen rendezés után

 p2     p1 

1

κ

   

2

   Tf  = c p (T1 − T f ) = c p T1 1 − T1   

κ −1     p2  κ    = c p T1 1 −    .   p1     

4

v f = 2cpT1

p  1 −  2   p1  d 1 −  f  d1

  

4

κ −1 κ

2

.

(6)

 p2  κ    p1 

Ezzel a primer levegő tömegárama a (4) képlet szerint

⋅

m1 = v f ρ f

d 2f π 4

.

Felhasználva a (2) és a bal oldali (3) képletet 1

2 p  p κ d f π . m1 = v f ⋅ 1  2  ⋅ 4 RT1  p1  ⋅

(7)

A beszívott levegő tömegáramát a mérőperem segítségével határozzuk meg, ⋅ d 22, 0π m2 = α 2 ρ 0 (H 5 − H 4 )ρ m g = 0,0000955 ρ 0 (H 5 − H 4 )ρ m g , (8) 4 itt behelyettesítettük a mérőperem d2,0 = 0,0115 m furatátmérőjét és az α = 0,65 mérőperem állandót. A távozó levegő összes térfogatárama nyilván ⋅

⋅

⋅

m 3 = m1 + m 2 .

(9)

Az injektor jelleggörbéi Megrajzolandó az Y nyomásszám és az η hatásfok az X mennyiségi szám függvényében. A mennyiségi számot a szekunder és primer tömegáramok hányadosaként definiáljuk: ⋅

X =

m2 ⋅

.

(10)

m1 A nyomásszám a hasznos fajlagos munka (összentalpia növekménye a 2 – 3 állapot között) és a bevezetett fajlagos munka (összentalpia csökkenése az 1 – 3 állapot között) hányadosa. v32  v2  −  c p T2 + 2  2  2 Y= . 2 v32  v1  c p T1 + −  c p T3 +  2  2 c p T3 +

(11)

A hatásfok a szekunder és a primer teljesítmény hányadosa. A teljesítmény pedig a levegő tömegáramának és a tömegegységre jutó fajlagos munkának a szorzata. Írható tehát, hogy

η = X ⋅Y .

A kiértékelést célszerű EXCEL táblázatos formában végezni.

(12)

5 Az EXCEL táblázat fejléce az alábbi mennyiségek számítását teszi lehetővé a hivatkozott számú képletek alapján: Nr.

–

p1

p2 1 Pa

p3

T1

T2 2 K

T3

ρ1

ρ2 3 kg/m3

ρ3

vf

m& 1

m& 2

m& 3

X

6 m/s

7

8 kg/s

9

10 –

h1

h2 4 J/kg

h3

Y

η

11

12 –

A hallgatók a mérési adatok táblázatából átmásolják a mért értékeket az EXCEL táblázat első 10 oszlopába, majd futtatják az .xls fájlt. A mérőcsoport tagjai az X, Y és η oszlopok alapján egy közös diagramban együtt megrajzolják az Y (X) és η(X) grafikont. A mérőcsoport a mérésre hozzon 1 db A4 milliméterpapírt és a mérési adatok 2. oldalon található fejléces és alatta 10 soros táblázatát fekvő A4 lapon!