I. Labormessung Lehrstuhl für Strömungslehre 2012. Technische und Wissenschaffliche Universitat...

I. Labormessung

Lehrstuhl für Strömungslehre

2012.

Technische und Wissenschaffliche Universitat Budapest

2.Méréselőkészítő

Allgemeine Informationen

• Webseite des Lehrstuhls:

www.ara.bme.hu

• Kommunikation mit dem Lehrstuhl:

www.ara.bme.hu/poseidon

(Klausurergebnisse, Messprotokoll, Präsentation, …)

• Messgruppen – 3 Personen -

• I. Klausur über die Messungen - 3.Woche, Wiederholklausur – 4.Woche

(positives Ergebnis ist nötig zum Anfang der Messungen)

3.Méréselőkészítő

Allgemeine Informationen• Kalendar:

• 1. Labor: Instrumenten, Methoden, Fehlerabschätzung

• 2. Labor: Messstände

• 3. Labor: Messung A

• 4. Labor: Messung B

• 5. Labor: Messung C

• 6. Labor: Präsentation A + ½ B

• 7. Labor: Präsentation ½ B + C

• Messprotokoll bis Ende der Woche nach der Messungswoche

(bis Sonntag, 24h).

• Konsultation vor und nach der Abgabe.

• einmalige Korrektion möglich nach der Abgabe2004 2009

4.Méréselőkészítő

Druckdifferenzmessung (Δp)

• Bildet den Grund der Messung weiterer strömungsmechanische Variablen

• Messung des Druckunterschiedes von 2 Punkten in der Strömung

• Oft wird zu einen Referenzdruck verglichen

(Referenz : atmosphärischer Druck, statischer Druck des Kanals)

• Instrumente

• U-Rohrmanometer

• "umgekehrtes" U-Rohrmanometer

• Betz-Manometer

• Schrägrohrmanometer

• Mikromanometer mit gekrümmten Rohr

• EMB-001 Digitalmanometer

5.Méréselőkészítő

Δp Messung/ U-Rohrmanometer I.

• Rohrströmung

• Absperrklappe

• Ringleitung

H

> g

pB pJ

Gleichgewichtsgleichung des Manometers:

Kann vereinfacht werden, wenn

ny <<m

(z.B. Luft strömt, Wasser Messmittel)

Wichtig ( )p f H

JB pp

hghHgpHgp mny2ny1 hgpp nym21

hgpp m21

6.Méréselőkészítő

Δp Messung/ U-Rohrmanometer II.

Dichte des Messmittels m

(Grössenordnung)

Gleichung des Manometers

Dichte des Gases: ny (z.B. Luft)

p0 - nahe zum atmosphärischen Druck [Pa] ~105Pa

R - spezifischen Gaskonstante der Luft 287[J/kg/K]

T - Lufttemperatur [K] ~293K=20°C

hgp nym

3Alcohol mkg

830

3Hg mkg

13600 3víz mkg

1000

30

Luft mkg

19,1TR

p

7.Méréselőkészítő

Δp Messung/ U-Rohrmanometer, Messfehler III.

Messwert:

Ablesegenauigkeit = 1mm: Absoluter Fehler:

Richtige Schreibweise mit dem Fehler(!)

Relativer Fehler:

Nachteile:

• Ablesefehler geht zweimal in die Rechnung ein

• Genauigkeit ~1mm

Vorteile:

• Einfach, robust

• zuverlässig

mm10h

mm1h

mm1mm10h

%101,0

mm10mm1

hh

8.Méréselőkészítő2009.tavasz

Δp Messung/ "umgekehrtes" U-Rohrmanometer

Manometersgleichung

Meistens wird bei Wasserleitungen gebrauchtStatt Quecksilber das Messmittel ist LuftDasselbe Druckunterschied erzeugt 12,6mal grössere Auslenkung!

hgpp LW21

9.Méréselőkészítő2009.tavasz

Δp Messung/ Betz Mikromanometer

Absoluter Fehler wird mit optisch vergrösserten Ablesung erniedrigt!

Ablesefehler~0,1mm: Messwert mit a. Fehler:

Relativer Fehler:

mm1,0mm10h

%101,0mm10mm1,0

hh

10.Méréselőkészítő2009.tavasz

Δp Messung/ Schrägrohrmikromanometer

Relativer Fehler hängt von dem Winkel ab- f(α)

Manometergleichgewichtsgleichung

Ablesefehler: L~±1mm,

Relativer Fehler mit α=30°:

sinLh

%505,0

30sinmm10

mm1

sinhL

LL

hgp nym

11.Méréselőkészítő2009.tavasz

Δp Messung / Mikromanometer mit gekrümmten Rohr

Wurde an der Lehrstuhl für Strömungslehre entwickelt.

Relativer Fehler wird konstant gehalten im ganzen Messbereich.

12.Méréselőkészítő

Δp Messung/ EMB-001 Digitalmanometer

Wichtigsten TastenEin/Ausschalten Grüne TasteRECALL „0” danach „STR Nr” (stark empfohlen)Sensor I/II schalten „CH I/II”Druckdifferenz auf 0 Pa „0 Pa”Schalte Durchschnittszeit (1/3/15s) „Fast/Slow” (F/M/S)

Druckmessinterval:

2p Pa

1250p Pa

Absoluter Fehler:

13.Méréselőkészítő

Δp Messung / Statischen Druckmessrohr

Eulersche Gleichung in natürlichen Koordinatensystem, normale Komponente sagt aus -Bei parallellen, geraden Stromlinien = Druck hängt nur von Kraftfeld ab -Bei gekrümmten Stromlinien Druckgradient in Querrichtung

a) richtig b), c) falsch

14.Méréselőkészítő2009.tavasz

Geschwindigkeitsmessung

• Pitot-Rohr (Staudrucksonde)

• Prandtl-Rohr (Prandtl’sche Stausonde)

15.Méréselőkészítő2009.tavasz

Geschwindigkeitsmessung / Pitot-Rohr

Pitot, Henri (1695-1771), französischer Ingenieur

Differenzdruck ist der dynamische Druck:

pg Druck der angehalteten Strömung (Gesamtdruck)

pst Druck auf einer, mit der Strömung parallel stehenden Oberfläche (statischer Druck)

stgd ppp

2nyd v

2p

Geschwindigkeit kann berechnet werden:

dny

p2

v

16.Méréselőkészítő2009.tavasz

Geschwindigkeitsmessung / Prandtl -Rohr

Prandtl, Ludwig von (1875-1953), deutscher Forscher der Strömungsmechanik

17.Méréselőkészítő

Volumenstrommessung

• Definition des Volumenstromes

• Auf Geschwindigkeitsmessung basierende Methoden

• Für Nicht-Kreisquerschnitten auch möglich

• Für Kreisquerschnitt in Normen festgelegt

• 10-Punkt Methode

• 6-Punkt Methode

• Differenzdruck-Verfahren (Querschnittsverengungen)

• Venturi-Rohr

• Durchflussmessblende

• Saugmessblende

• Messtrichter

18.Méréselőkészítő

Durchschnitts aus mehren gemessen v Werten

Durchschnitt aus den Wurzeln ≠ Wurzel aus den Durchschnittswerte (!)

1. 2.

3. 4.

RICHTIG FALSCH

iny

i p2

v

1

ny1 p

2v

4pppp2

4

p2

p2

p2

p2

v 4321

ny

4ny

3ny

2ny

1ny

19.Méréselőkészítő

Volumenstrommessung / auf Geschw. basierendNicht Kreisquerschnittsrohre

Wenn:

1. 2.

3. 4.

2vq

3vq

1vq

4vq

n

1iii,m

A

v AvdAvq

nA

AAA i21

vAvnA

vAqn

1ii,m

n

1ii,miv

•Brauchbar für paraboloidförmigen (10P Methode) und für

turbulente Geschwindigkeitsverteilung (6P Methode)

•Stationären Strömung

Kreisquerschnitt, 10 Punkt (6Punkt) Methode

Methode in Norm festgelegt, Messpunkte aus dem Norm (MSZ 21853/2):

Si/D= 0.026, 0.082, 0.146, 0.226, 0.342, 0.658, 0.774, 0.854, 0.918, 0.974

Volumenstrommessung / auf Geschw. Basierend I.

21.Méréselőkészítő

Vorteile:Strömung wird nicht gestörtOptimal zur individuellen MessungEinfach, leicht verwirklichbar

Nachteil:Stationären Strömung nötig während der MessungMessfehler kann grösser sein

Kreisquerschnitt, 10 Punkt (6 Punkt) Methode

Teilquerschnitte müssen die gleiche Grösse haben:10

v...vvAq 1021

v

1021 A...AA

Volumenstrommessung / auf Geschw. Basierend II.

22.Méréselőkészítő

Venturi-Rohr

p1 p2

m

ny

h

H

Bernoullische Gleichung (=konst., U=konst., Verluste vernachlässigbar):

A1 A2

s

mq konstAvq

3

vv

2211v AvAvq

2vp

2vp ny2

22ny2

11

1dd

2

p

1dd

2

hgv

4

2

1ny4

2

1ny

nym1

Bei niedrigen Druckveränderung(=konst.):

Volumenstrom / Differenzdruck-Verfahren

23.Méréselőkészítő

In Norm festgelegt => sehr genau

= dmp/D Durchmesserverhältnis,d mp[m] Durchmesser der BohrungD [m] Durchmesser der RohrleitungReD = vD/ Reynolds-Zahlv [m/s] Durchschnittsgeschwindigkeit in der Rohrleitung[m2/s] kinematische ViskositätΔpmp [Pa] Druckunterschied gemessen an der Messblende Kompressibilitätsfaktor (()~1 wenn Δpmp>5000Pa, und p1 nahe atmosphärisch) Durchflusszahl, =(,ReD) (in Norm definiert!) Isentropische Exponente

Durchflussmessblende

mp2mp

v

p2

4

dq

Volumenstrom / Differenzdruck-Verfahren

24.Méréselőkészítő2009.tavasz

Nicht genormt

Saugmessblende, nicht normiert

6,0

p2

4

dq mp

2mp

v

mp

2besz

v

p2

4d

kq

Volumenstrom / Differenzdruck-Verfahren

25.Méréselőkészítő

Messfehlerabschätzung bei mehreren Messwerten I.Messfehler der Geschwindigkeitsmessung

Dinamischer Druck gemessen mit Prandtl-Rohr:pd =486,2Pa

Umweltparametern:p0 =1010hPa ; T=22°C (293K); Spez. Gaskonstante des LuftesR=287 J/kg/K

Messvariablen mit Messfehler belastet (Xi):Ablesefehler des atm. Druckes p0=100PaMessfehler der Temperaturmessung, T=1KMessfehler der Druckmessung (EMB-001) pi)=2Pa

dlev

p2

v

TRp0

lev

tetanKons,p,p,Tfv d0 sm

45,28v 3lev mkg

2,1

26.Méréselőkészítő2009.tavasz

Absoluter Fehler allgeimein

p, T, pd)

2n

1i ii X

RXR

Pasm

029,0p21

p1

TR2pv

Pasm

104,1pp21

TR2pv

Ksm

00366,0pp1

T21

R2Tv

21

d0d

4d

23

00

d0

21

d3021 pX;pX;TX

vR

Messfehlerabschätzung bei mehreren Messwerten II.Messfehler der Geschwindigkeitmessung

27.Méréselőkészítő2009.tavasz

Absoluter Fehler der Geschw. Messung:

Relativer Fehler:

Ergebnis mit dem Fehler:

%21,00021,0vv

sm

05977,045,28v

2

21

d0

d

2

23

0d0

2

21

d0

p21

pTR2

pp21

pTR2pT21

ppR2

Tv

sm

05977,0v

Messfehlerabschätzung bei mehreren Messwerten III.Messfehler der Geschwindigkeitmessung