Balczó Márton balczó @ ara.bme.hu & Istók Balázs istok@ ara.bme.hu

1. Balczó Márton balczó@ara.bme.hu& Istók Balázs istok@ara.bme.hu Áramlástan Tanszék www.ara.bme.hu Méréselőkészítő óra I. 2014. Áramlástan Tanszék H-1111 Bertalan Lajos u. 4-6. „AE” épület

2. Általános ismertetés Online linkek • A tanszéki weblap: • www.ara.bme.hu • A hallgatói információcsere: • www.ara.bme.hu/poseidon • (segédanyagok, zh pontszámok (?), jegyzőkönyv és prezentáció pontok, …) • Egyéb elérés: • www.facebook.com/aramlastanszakosztaly • www.facebook.com/BME.Aramlastan 2.

3. Általános ismertetés Mérőcsoportok • 5 fős mérőcsoportok • Mérőcsoportok kialakítása a második előkészítő óra hetén • Google táblázat • Link NEPTUN üzenet formájában • FONTOS, hogy időpont változtatására nincsen lehetőség • FONTOS, hogy korábban teljesített mérés kiderüljön • Aki nem jelzi, korábbi eredményét töröljük 3.

4. Általános ismertetés Féléves menetrend • Alkalmak: • 1.alkalom (8.hét): Általános ismertető, munkavédelmi oktatás, Mérőstandok bemutatása • 2.alkalom (9.hét): Mérőhelyek bemutatása • 3.alkalom (10.hét): 1. mérés • 4.alkalom (11.hét): 2. mérés (+Húsvét hétfő) • 5.alkalom (12.hét): Mérések pótlása • 6.alkalom (13.hét): 1.mérés prezentációja • 7.alkalom (14.hét): 2.mérés prezentációja 2004 2009 4.

5. Informális anyagok Letöltés www.ara.bme.hu/poseidon login ->username: neptun kód (kis betűkkel), password: NEPTUN KÓD (nagy betűkkel) vagy a megváltoztatott jelszó „Egyéb tantárgy-információk” BMEGEATMG01 -> magyar-> Félév -> Labor vagy www.ara.bme.hu „Letöltés” „Tantárgyak” BMEGEATMG01 -> magyar -> Félév -> Labor 5.

6. Felkészülés a mérésekre Előkészületek • A poseidon rendszerben meg kell nézni és le kell töltenie a mérésvezetőknek a számukra kijelölt mérés útmutatóját • Az útmutató alapján fel kell készülni • A poseidon rendszerben meg kell keresni az adott méréshez tartozó személyes mérési feladatot (A, B vagy C feladat). A feladat a mérőcsoportok beosztó táblázatából derül ki • Meg kell keresni és át kell nézni a mérésekhez az útmutatókban megjelölt szakirodalmat • A mérésekre fényképező gépet kell hozni • Egyes mérésekhez adattárolót (pendrive) kell hozni • Szükség esetén a mérés felelősével konzultálni kell

7. A mérések során Előkészületek • A mérés kezdetén a mérést segítő oktató ellenőrizni fogja a felkészültséget • A felkészületlen mérőcsoportoknak a mérést meg kell ismételnie • El kell végezni a kijelölt mérési feladatot • Rögzíteni kell a mérési elrendezést • A mérőcsoportnak a mérés során egy Betz manométer segítségével ellenőriznie kell a digitális nyomásmérő működését

8. A mérések után Kiértékelés • A mérési adatok felhasználásával mérési jegyzőkönyvet kell készíteni. • A jegyzőkönyv feltöltési határideje a mérést követő második vasárnap éjfél. • Lehetőség nyílik a mérésekkel kapcsolatban konzultációra, ezt célszerű a mérési jegyzőkönyvet javító oktatóval elvégezni. Az oktatók az általuk megjelölt konzultációs időpontban (heti 1-1 óra mérésenként) érhetők el. • A jegyzőkönyvek értékelése után 1 javítási lehetőség van

9. A mérések után Jegyzőkönyv • A mérési jegyzőkönyvek első lapja egy előírt (letölthető) fedlap kell legyen • Ezen kívül max. 8 oldalban kell az eredményeket összefoglalni. • Korábban kért közleményre nincsen szükség • A feltöltött jegyzőkönyvhöz csatolni kell azt az excel (vagy egyéb táblázatkezelővel készült) táblázatot, amiben az elvégzett számítások találhatók • A csomagot a poseidonba kell feltölteni • NAGYON FONTOS, HOGY A MÉRÉSI JEGYZŐKÖNYVEK ÖNÁLLÓ MUNKÁT TARTALMAZZANAK, VAGY MÁSOLÁS ESETÉN MEGADOTT FORRÁSÚ ELEMEKET. AKI NEM MEGENGEDETT FORRÁSOKAT HASZNÁL FEL, SZÁMOLNIA KELL AZ ETIKAI ELJÁRÁSSAL ÉS A FELFÜGGESZTÉSSEL!

10. A mérések után Prezentáció • Csak elfogadott jegyzőkönyvvel • Mintaprezentáció letölthető a honlapról • 8 perces előadás • A mérés összefoglalása • A személyes mérési feladat ismertetése • Mérőberendezés és eszközök ismertetése • Hibaszámítás ismertetése • Kiértékelés összefoglalása • Eredmények megjelenítése • A mérés összefoglalása / értékelés

11. CSŐVEZETÉKEKBEN HASZNÁLT TÉRFOGATÁRAM-MÉRÉSI MÓDSZEREK ÖSSZEHASONLÍTÁSA H05

12. A mérés célja • A mérés célja különböző térfogatáram-mérési módszerek összehasonlítása • Áramló közeg levegő (Δp<5000Pa, ε = 1) • Térfogatáram-mérés • Szűkítőelemes térfogatáram-mérés • Mérőperemes módszer • Beszívóelemes módszer • Kifúvóelemes módszer • Venturi csöves módszer • Sebességmérésen alapuló térfogatáram-mérés • 10 pont módszer (Lamináris) • 6 pont módszer (Log-Lin) • 8 pont módszer (EN ISO)

13. Mérőperemes módszer • ISO 5167 Szabvány direkt kis mértékű, de kontrollált leválás, ezáltal jól ismert viselkedésű nyomásveszteség kialakítására törekszünk α átfolyási szám, α=(β,ReD) (szabványos kialakítás!) β = d/D átmérőviszony, ReD = vD/nReynolds-szám (alapképlet) dmp[m] legszűkebb keresztmetszet átmérője D [m] a szűkítést megelőző cső átmérője v [m/s] átlagsebesség a D átmérőjű csőben n [m2/s] kinematikai viszkozitás Δpmp [Pa] szűkítőelemen mért nyomásesés ρ [kg/m3] áramló közeg sűrűsége

14. Venturi csöves módszer A1 A2 Ha nem jelentős az összenyomódás (r=áll.): H p1 p2 rny Bernoulli-egyenlet (r=áll., U=áll., nincs veszt.): Dh rm direkt veszetségmentes, (leválásmentes), áramlás kialakítására törekszünk 14.

15. Beszívó elemes módszer Beszívó tölcsér • ISO EN 5801 α átfolyási szám, α=(β,ReD) (szabványos kialakítás!) dmp[m] legszűkebb keresztmetszet átmérője Δpmp [Pa] szűkítőelemen mért nyomásesés ρ [kg/m3] áramló közeg sűrűsége

16. Beszívó elemes módszer Beszívó/kifúvó mérőperem • ISO EN 5801

17. Beszívó elemes módszer Beszívó/kifúvó mérőperem • ISO EN 5801 α átfolyási szám, α=(β,ReD) dmp[m] furatátmérője Δpmp [Pa] mért nyomásesés ρ [kg/m3] áramló közeg sűrűsége

18. 2009. tavasz 18. Sebességmérésen alapuló módszer Prandtl, Ludwig von (1875-1953), német áramlástan kutató. Prandtl-cső

19. 1. 2. 3. 4. Több mért sebességből átlagsebesség számítás Nagyon fontos, hogy: átlagok gyöke ≠ gyökök átlaga (!) Pl. Ha több pontban mérjük a dinamikus nyomást, majd abból sebességet kívánunk számolni… HELYES átlagolás HELYTELEN átlagolás 19.

20. 1. 2. 4. 3. Sebességmérésen alapuló módszer Nem kör keresztmetszetű vezeték Feltéve, hogy: Méréselőkészítő 20.

21. Sebességmérésen alapuló módszer Kör keresztmetszetű vezeték (10 pont módszer) • A sebességprofil feltételezetten másodfokú parabola. • Állandó üzemállapot • Prandtl-csővel végzett sebességmérés alapján. Szabványos eljárás, a mérési pontokat a szabvány (MSZ 21853/2) megadja: Si/D= 0.026, 0.082, 0.146, 0.226, 0.342, 0.658, 0.774, 0.854, 0.918, 0.974

22. Sebességmérésen alapuló módszer Kör keresztmetszetű vezeték (6 pont módszer) • A sebességprofil feltételezetten turbulens sebességprofil • Log-Lin módszer Szabványos eljárás, a mérési pontokat a szabvány (MSZ 21853/2) megadja: Si/D= 0,032; 0,135; 0,321; 0,679; 0,865; 0,968

23. Sebességmérésen alapuló módszer Kör keresztmetszetű vezeték (8 pont módszer) • A sebességprofil feltételezetten turbulens sebességprofil • 60°-onként 3 profil Szabványos eljárás, a mérési pontokat a szabvány (ISO 5801) megadja: Si/D= 0,021; 0,117; 0,184; 0,354; 0,655; 0,816; 0,883; 0,979

24. Mérési feladatok • „A” mérési feladat • Beszívóelem kalibrációja • „B” mérési feladat • Megelőző egyenes csőszakasz hatása szűkítőelemes módszerre • „C” mérési feladat • Sebességmérésen alapuló módszer ellenőrzése 24.

25. Nyíróréteg vizsgálata NPL szélcsatornában H04

26. NPL szélcsatorna Tanszékünk egyik legkisebb szélcsatornája NPL (National PhysicalLaboratory) típusú, • mérőterének keresztmetszete 0.5 x 0.5 m, • hossza 2 m. • fából készült1941-ben, egyenáramú motor hajtja, • a fordulatszáma 0-1500 1/perc között változtatható egy potenciométerrel. • a be fúvási sebesség 0-15 m/s • mérendő testet egy, a csatorna tetejére felszerelt mérleg mérőterébe nyúló karjára kell felszerelni. 26.

27. H04 „A” mérés az NPL szélcsatornában Forma 1 versenyautó első kerekére ható ellenálláserő, nyomásmegoszlásból felhajtóerő meghatározása és nyíróréteg szabályozással történő csökkentése. A vizsgálat tárgya a különböző méretű elemekkel befolyásolni az áramlást. • szimmetrikusan elhelyezett kerék modell • különböző méretű és helyzetű lapok alkalmazásával megvizsgálni az ellenállás erő csökkentésének lehetőségét • a nyomásmegoszlást mérni az egyik kerék kerület mentén. • az ellenállás-tényező nyíróréteg szabályozással • határozzák meg az Ahátfal, 1 kerék vetületét Akerék, A hátfal és a két kerék vetületének összterülete Aössz • először a mérleget kell kalibrálni (súlyok segítségével 2-3 pontban), • meghatározandó a mérlegkarra ható ellenállás erő • ezt követi az áramlás jellemzőinek megismerése pamutszálakkal, olajköddel történő láthatóvá tétellel, • 3-5 különböző sebességnél meghatározandó a kerék modellekre ható ellenálláserő, egy sebességnél mérendő a nyomásmegoszlás a kerék körül. • a kerekekre ható ellenálláserő mérendő két lap méretnél és két keréktől mért távolságnál • egy változatnál mérendő a kerék kerülete menti nyomásmegoszlás, és ebből is számítandó az ellenállás és felhajtóerő közelítő értéke 27.

28. H04 „B” mérés az NPL szélcsatornában Egyszerűsített, tükrözött autó homlokfal modell körüli áramlás és az ellenálláserő vizsgálata különböző karosszéria geometriáknál. • a személygépkocsik homlokfala körüli áramlásról. • B oszlopnál levágott autó homlokfal modell áll rendelkezésre, • modell belsejében nyomáskivezetések vannak, • mérhető benyújtott Pitot csővel az össznyomás, • és mérleggel a modellekre ható ellenállás erő. • nyomáskülönbség (Δpseb) a szélcsatorna és az atmoszféra között. • először a mérleget kell kalibrálni (súlyok segítségével 2-3 pontban), • meghatározandó a mérlegkarra ható áramlási ellenállás erő • ezt követi az áramlás jellemzőinek megismerése olajköddel történő láthatóvá tétellel, • 3-5 különböző sebességnél meghatározandó a modellekre ható ellenálláserő és a modellben lévő statikus nyomás (a mérőtérben lévő nyomáshoz képest) kerekekkel, majd kerekek nélkül, valamint a kerékház kitöltésével, • a vizsgálat és a modellekre ható ellenálláserő, valamint a modellben lévő statikus nyomás meghatározása, pl. spoiler a homlokfal alatt. Üres kerékszekrénnyel Kerekek nélkül, lezárt kerékszekrénnyel Felszerelt kerekekkel 28.

29. H04 „C” mérés az NPL szélcsatornában A homlokfali nyíróréteg szabályozás vizsgálata hossztengelyével párhuzamosan megfújt hengernél. • a nyíróréteg szabályozás mechanizmusának megismerése, valamint „éles” be- és kilépő élekkel rendelkező henger ellenállástényezőjének csökkentése a homlokfalra erősített különböző méretű, és homlokfalhoz képest változtatható távolságú kör alakú lemez • először a mérleget kell kalibrálni (súlyok segítségével 2-3 pontban), • meghatározandó a mérlegkarra ható ellenállás erő • ezt követi áramlás jellemzőinek megismerése olajköddel történő láthatóvá tétellel nyíróréteg szabályozás nélkül és a statikus nyomásmegoszlás meghatározásával a modell homloklapján. • nyíróréteg szabályozás nélkül és két, különböző méretű körlapot a homlokfaltól 3-3 különböző távolságban rögzítve meghatározandó az ellenálláserő • a legkisebb ellenálláserőnél az áramlás jellemzőinek megismerése olajköddel történő láthatóvá tétellel, és nyomásmegoszlás mérés Egy mérési konfiguráció A hátfali nyomás mérése Az összes elem bemutatása 29.

30. KAPULÉGFÜGGÖNY KÍSÉRLETI VIZSGÁLATA H02

31. Mi az a kapulégfüggöny? • Két különböző légállapotú teret elválasztó kaput sík szabadsugárral zárunk le • Az áramvonalak párhuzamosak a kapu síkjával:NINCS ÁTÁRAMLÁS • Kis nyomáskülönbség esetén a szabadsugár meggörbül, megtartva a terek elválasztását

32. Hol használjuk? • A légállapotok különbözősége szerint: • Hőmérséklet, páratartalom: középületek, irodaépületek, légkondicionált termek, hűtőház • Gőzök, gázok koncentrációja: vegyi üzemek csarnokai • Aeroszol koncentrációja: festőüzem, félvezetőipari, űripari tisztatér • Lebegő mikroorganizmusok mennyisége: biológiai, orvosi laboratórium, kórház • Radioaktív gázok és por veszélye: nukleáris labor, atomerőművi üzemcsarnok

33. A légfüggöny méretezése y x v0 [m/s] a szabadsugár kiáramlási sebessége s0 [m] résszélesség ρ [kg/m3] áramló közeg (levegő) sűrűsége β[fok] a szabadsugár kiáramlási hajlásszöge a kapu geometriai síkjához képest pk [Pa] a külső tér abszolút nyomása pb [Pa] a belső tér abszolút nyomása R [m] a szabadsugár görbületi sugara

34. A légfüggöny méretezése • Az impulzustételt használjuk kétszer: 1) Sík szabadsugár által szállított impulzusáram-vektor nagysága végig megegyezik a kiáramlásnál mérhetővel, mérések szerint ez enyhén görbült szabadsugárra is igaz: y x

35. A légfüggöny méretezése 2) Különböző nyomású tereket elválasztó szabadsugár esetén a nyomásból származó erők és impulzusáramok egyensúlyára: X irányú erőegyensúly komponensegyenlete(eltérő kilépő és záró hajlásszögeket feltételezve): EGYENLŐ KILÉPŐ ÉS ZÁRÓ HAJLÁSSZÖG y x

36. A légfüggöny méretezése Y irányú erőegyensúly komponensegyenlete: Korábbi eredményeinket felhasználva: y x

37. A légfüggöny méretezése Vezessük be a dimenziótalan kapuszélességet és nyomáskülönbséget: Ezzel az egyensúlyban lévő LÉGFÜGGÖNY GEOMETRIAI ÖSSZEFÜGGÉSE: A LEVEZETETT MODELLBEN VALÓS MÉRÉSEK SZERINT A SZABADSUGÁR GÖRBÜLETI SUGARA körív alakú sugarat feltételezve: Az Euler-egyenlet normálirányú komponensegyenletével megegyezően.

38. Rendelkezésre álló eszközök • Szélláda ventilátorral • p_din_max=600 Pa (TBC) • Átlátszó csarnok-kapumodell változtatható méretekkel: • s=5…25 mm (TBC) • b=50…250 mm (TBC) • beta=0…45 fok (TBC) • Beszívócsonk átmenő térfogatáram biztosításához • Beszívó mérőtölcsér (kifelé szivárgó légfüggöny esetéhez) • Mérőperem (befelé szivárgó légfüggöny esetéhez) • Porszívó nyomáskülönbség létrehozásához • P_din_max=600 Pa (TBC) • Olajköd-generátor • Síklézer-forrás • Manométerek, csővezetékek, mérőszalag, vonalzó, tolómérő

39. Mérési feladatok Minden esetben célunk a légfüggöny működő és nem működő tartományainak feltérképezése a nyomáskülönbség mérésével: • „A” mérési feladat • Zárt üzemcsarnok, állandó v és s mellett b és beta változtatásával, • „B” mérési feladat • Kis mértékben kifelé szivárgó üzemcsarnoknál a térfogatáram mérése közben állandó b és s mellett v és beta változtatásával, • „C” mérési feladat • Befelé szivárgó, külön géppel szívott üzemcsarnoknál a térfogatáram mérése közben állandó b és s mellett v és a térfogatáram változtatásával, A fenti mérések után minden esetben olajköddel és síklézerrel vizualizáljuk a légfüggönyben és a kapun keresztül zajló transzportfolyamatokat néhány kiválasztott üzemállapotban.

40. Dinamikus nyomásmérés hengeres testek felületén H03

41. Mérési feladatok • Mérés célja: ismerkedés a számítógépes adatgyűjtéssel, időben változó nyomásjelek rögzítése és kiértékelése. • Átlagos nyomástényező eloszlás meghatározása kör- és négyzet alapú hengerek felületén, határréteg-leválás helyének meghatározása. • Következtetés a fal közelében kialakult turbulencia viszonyokra a nyomásértékekből számolt, időbeli ingadozást jellemző négyzetes középérték (RMS) alapján • Nyomásjelek gyors Fourier-transzformációval (FFT) kapott frekvenciaspektrumának elemzése, örvényleválási frekvenciák detektálása, örvényleválás frekvenciájából számolt Str szám Re-szám függésének vizsgálata.

42. Mérőstand • M03 BSc mérés kocsija + adatgyűjtő számítógép

43. Nyomásmérés • Endevcopiezorezisztív, széles frekvencia átviteli tartománnyal rendelkező miniatűr nyomástávadó • Foglalatban tolható be a vizsgált henger a nyomásmérési pontjához Referencia-nyomáshoz (pl. statikus körvezeték!) Érzékelő membrán Elektromos jelvezeték

44. Nyomásmérés • Endevcopiezorezisztív, széles frekvencia átviteli tartománnyal rendelkező miniatűr nyomástávadó • Foglalatban tolható be a vizsgált henger a nyomásmérési pontjához Szenzorfoglalat

45. Nyomásmérés négyzet alapú hengeren • A téglalap alapú henger felületén több nyomásmérési pont is ki van alakítva • A nyomásmérési pontok nyomása csöveken van kivezetve a hengerből • A csövek másik oldala csatlakoztatható az Endevconyomástávadó referencia nyomáskivezetéséhez • Az 5 nyomásmérési ponttal ellátott oldal 90 fokonkénti elforgatásával a négyzet mind a 4 oldala mentén meghatározható a nyomáseloszlás Nyomásmérési pontok Nyomáskivezető csövek Endevco referencia-nyomásvezetékéhez

46. Pressure and force alkalmazás • A mérőPC-be beépített adatgyűjtő kártya mintavételezi a nyomástávadó feszültségjelét, megtörténik az analóg/digitális konverzió • A feszültég értékeket az adatgyűjtő-méréskiértékelő program a nyomástávadó kalibrációs összefüggése alapján nyomásértékekké alakítja

47. Pressure and force alkalmazás • A rögzített nyomásjel időbeli változásának megjelenítése • Átlagérték (mean) és átlagértéktől való átlagos négyzetes eltérés (RMS deviation) kiszámítása . Az átlagokat jellemző adatok, és az idősorok kimenthetők .txt file-ban

48. Pressure and force alkalmazás • Gyors Fourier-transzformáció az időben változó nyomásjel alapján • A harmonikus jel-összetevők amplitúdójának változása a frekvencia függvényében, az FFT adatok kimenthetők .txt file-ba

49. Nyomástényező-eloszlás hengeren • ∆pi: a felületi pont és a statikus nyomás közötti nyomáskülönbség • plev : a levegő sűrűsége • v: a megfúvási sebesség • Szubkritikus és szuperkritikus esethez tartozó, időben átlagolt nyomásból származó felületi nyomástényező-eloszlás • Határréteg-leválás helyének hozzávetőleges meghatározása, eltérés a lamináris, súrlódás nélküli esettől

50. Nyomástényező-eloszlás téglalap alapú hengeren • ∆pi: a felületi pont és a statikus nyomás közötti nyomáskülönbség • plev : a levegő sűrűsége • v: a megfúvási sebesség • Szél felőli oldalon torlópont • Leválás az oldallapokon • Leválási buborék a hátlapon