TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií

Vizualizace teplotních polí metodou pLIF

Návod na cvičení

Darina Jašíková

Liberec

2011

Materiál vznikl v rámci projektu ESF (CZ.1.07/2.2.00/07.0247) Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření, KTERÝ JE SPOLUFINANCOVÁN EVROPSKÝM SOCIÁLNÍM FONDEM A STÁTNÍM ROZPOČTEM ČESKÉ REPUBLIKY

Název práce / studijního textu / projektu název kapitoly / podkapitoly

Úvodní informace Při tomto cvičení se seznámíte s možnostmi bezkontaktní vizualizace a měření teplotních polí kapalin. Metoda Planar Laser Induced Fluerescence je využívána pro zjišťování prostorového rozložení teplotního pole a rozdílů koncentrací v kapalinách. Nasazení metody je obzvláště vhodné pro sledování dějů, uvnitř uzavřených nádob. Seznam pomůcek a laboratorního vybavení  Technika pro metodu pLIF, tj. pulsní laser, digitální kamery, stativ, sada optických barevných filtrů  Skleněná nádoba, čerpadlo s termostatem, koncentrát barviva Rhodamin B pro vizualizaci teploty, propojovací materiál (hadičky, ventily, redukce)  Odvzdušňovací ultrazvukový generátor  Topná spirála  Měřák s teplotní sondou Postup pro vypracování cvičeni Teoretická příprava  Vysvětlete pojmy teplota, teplo, koncentrace, vlnová délka světla.  Zopakujte si základy metody pLIF, které byly předneseny na přednášce, vysvětlete obrázek 1.

Obrázek 1 Princip excitovaného a emitovaného světla částicí Praktická příprava  Na základě znalosti o vlnových délkách barev vyberte vhodný filtr pro vizualizaci teplotních polí, pokud víte, že vlnová délka vyzářeného světla se pohybuje v rozmezí 570nm až 600nm. Ve vašich úvahách vám pomůže obrázek 2.  Podle schématu na obrázku 3 zapojte systém skleněné nádoby, čerpadla s termostatem.  Naplňte nádrž a celý okruh vodou  Pitná voda obsahuje rozpuštěný vzduch, který se ve formě bublinek usadí na stěnách skleněné nádoby. Bubliny znesnadňují měření, proto je nutné je odstranit. Pro odstranění bublin použijte ultrazvukový generátor.

2


 Pod dohledem lektora ponořte sondu generátoru do vody. Dbejte na to, aby byla sonda celým objemem ponořena. Zapněte generátor po dobu 5sec na 80% výkon. Odvzdušnění opakujte dle potřeby.  Vypočítejte objem vody v systému a na základě tohoto výpočtu dávkujte koncentrát roztoku Rhodaminu B. Koncentrát obsahuje 0.1g barviva na 1litr vody. Požadovaná koncentrace roztoku v systému by měla být okolo 0,001g/l. Při výpočtu vycházejte ze směšovací rovnice 1 nebo logické úvahy. , kde [1] m1, m2 w1, w2 w

jsou hmotnosti roztoků, které směšujeme jsou hmotnostní zlomky koncentrací látek v směšovaných roztocích hmotností zlomek rozpuštěné látky ve výsledném roztoku (čisté vody je 0)

 Na termostatu nastavte teplotu 20°C a nechte kolovat vodu v systému, dokud nedojde k úplnému promísení. Stav teploty průběžně kontrolujte měřákem s teplotním čidlem.  Do nádoby umístěte topnou spirálu tak, aby byla povětšině ponořena.  Sledujte postup ohřevu v časovém intervalu 5sec. Z tohoto časového údaje vypočítejte nastavení frekvence snímání.  Nejprve spusťte měření a poté zapněte topnou spirálu. Děj měřte po dobu 10minut.

Obrázek 2 Sada barevných filtrů

Obrázek 3 Schéma pro zapojení skleněné nádoby, termostatu, čerpadla a regulačních ventilů, Legenda: 1-nádrž s roztokem, 2-čerpadlo s termostatem LAUDA master PROLINE RP845, 3, 5-regulační ventil, 4–rozdvojka,

3


Obrázek 4 Uspořádání měřicí techniky, 1 – LASER Nd:4A6, pulzní, vlnová délka = 532 nm, 2 – KAMERA DANTEC DYNAMICS model: C4742-53-12NRB, 3 – MULTIMETR Agilent U1252A, 4 – snímaná plocha, 5 – laserový řez, 6 – nádrž s roztokem, 7 – teplotní sonda – Agilent U1181A, 8 – čerpadlo s termostatem LAUDA master PROLINE RP845

Obrázek 5 Uspořádání měřicí techniky – reálná situace v laboratoři

Obrázek 6 Správné ponoření sondy ultrazvukového generátoru s bublinkami vzduchu na skle nádoby

4


Otázky k zamyšlení:  Jmenujte alespoň 3 metody pro prostorové měření teplot  Zamyslete se nad možnostmi odstranění rozpuštěného vzduchu z kapalin.  Najděte další fluorescenční barviva, která je možné použít pro vizualizaci a měření prostorových teplotních polí a uveďte vlnové délky emitace a emise. Zpracujte do přehledné tabulky.

Poděkování: Tento text vznikl za podpory projektu ESF CZ.1.07/2.2.00/07.0247 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření.

5


6

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI

Recommend Documents