MÉRÉSI JEGYZŐKÖNYV M8. számú mérés Különböző alakú ...glink.hu/hallgatoi_segedletek/files/210e71b934197e... · Stb. Az eredményeket Excel programban számoltam végig

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Áramlástan Tanszék

A mérési jegyzőkönyv csak ezzel a borítólappal együtt adható be! Kérjük, csak a piros betűs részeket töltsék ki!

Tanév,félév 2009 / 2010 2.

Tantárgy Áramlástan BMEGEÁTAG01

Képzés egyetem Bsc X

Mérés A B C X

Nap Szerda 12-14 X Hét páros

páratlan X A mérés dátuma 2010. 04. 07.

A MÉRÉSVEZETŐ OKTATÓ TÖLTI KI !

DÁTUM

PONTSZÁM

MEGJEGYZÉS

MÉRÉSI JEGYZŐKÖNYV

M8. számú mérés Különböző alakú pillangószelepek veszteségtényezőjének

vizsgálata

Mérőcsoport: 6. sz. mérőcsoport NEPTUN kód (A) Molnár Márk ZGH504 (B) Nagy Olivér G719F1 (C) Nagy Zsolt LE4Y54 Kijelentem, hogy a jegyzőkönyvet a fentebb megnevezett mérőcsoport által végzett mérés alapján én készítettem. Jegyzőkönyvet készítette /mérésvezető/: Nagy Zsolt (C)

[email protected] Mérésvezető oktató: Dr.Szente Viktor

Mérés helye: BME Áramlástan Tanszék, Nagy Laboratórium Mérési jegyzőkönyv beadásának dátuma:

Budapest, 2010.04. 18

Mérési jegyzőkönyv javított beadásának dátuma: Budapest, 2010.04. 24


- 1 -

Tartalomjegyzék

Tartalomjegyzék 1 A mérés célja 2 A mérés rövid leírása 2 A mérőberendezések vázlata 3 Mérési feladat 4 Kalibráció 4 Veszteségtényezők számítása 7 Mért adatok 8 A nyomásváltozások alakulása a hely függvényében diagramok 10 Veszteségtényezők meghatározása 13 A veszteségtényezők alakulása a szögállás függvényében diagramok 14 Hibaszámítás 15 1.Szelep hibaszámítása 16 2.Szelep hibaszámítása 16 Relatív hiba diagramok 17 Mérési adatlap 19 Irodalomjegyzék 20


- 2 -

A mérés célja: Jelen feladatunkban a felhasználó által tetszés szerint változtatható szabályzókat, hengeres csőbe építhető pillangószelepeket vizsgálunk. A pillangószelep kívülről általában kézzel, vagy szabályzó motorral mozgatható szeleptányérral rendelkezik, így a nyitás/zárás során az eredeti áramlási keresztmetszetet és ez által az adott csővezeték ág áramlási veszteségét változtathatjuk, mellyel a kívánt térfogatáram beállítható. A mérés során ezen különböző pillangószelepek különböző szögállásában vizsgáljuk a veszteségi tényezőt. A mérés rövid leírása: 1. Mivel a beszívó elem nem szabványos alkatrész, először kalibráljuk azt. A beszívó elemet a kalibráló berendezésre csatlakoztatjuk - amiben egy szabványos mérőperem található – a másik végére pedig egy ventilátort csatlakoztatunk. 2. A ventilátoron 3 eltérő térfogatáramot beállítva megmérjük a beszívó elem- környezeti nyomás és a mérőperem két nyomás-kivetése közti nyomáskülönbséget, majd feljegyezzük. 3. A kalibrációs nyomáskülönbségek megmérése után a beszívó elemet a pillangószelepet tartalmazó cső végéhez csatlakoztatjuk, majd a ventilátor csövét is átkötjük ehhez a csőhöz. 4. Miután elvégeztük a csatlakoztatást, a 2 különböző pillangószelep közül az egyiket behelyezzük a mérőcső erre kialakított helyére, és beállítunk a ventilátoron egy állandó térfogatáramot. 5. Első lépésként lemérjük a beszívó elem nyomáskivezetése és a környezeti nyomás közti különbséget. 6. Miután ez megvan, a pillangószelep és a beszívó elem közti A nyomáskivezetésre csatlakoztatjuk a nyomásmérő (EMB-001) egyik kivezetését, a másikat pedig a szelep utáni nyomáskivezetésekre kötjük sorba, és lemérjük a nyomáskülönbségeket. 7. A pillangószelep állását először 0 fokon, majd a szelep elfordíthatóságától függően különböző szögállásokban (min. 5-6 különböző) elvégezzük a 6. pontban említett méréssorozatot. 8. Ezután kicseréljük a szelepet a másik mérendő szelepre, és ugyanezen a térfogatáramon elvégezzük a 6.-7. pontban leír méréssorozatot. 9. Miután ezzel megvagyunk feljegyezzük a számításhoz szükséges egyén értékeket is, mint a környezeti nyomást, levegő hőmérsékletet, és lemérjük a mérőberendezés fő adatait, majd rögzítjük az esetleges műszerek gyári számait.


- 3 -

A mérőberendezések vázlata:

Kalibráló berendezés

1.-Ventilátor 2.-Szabványos mérőperem 3.-Statikus nyomáskivezetés 4.-Kalibráló cső hossza: L= 2430mm 5.-Beszívó elem hossza: L= 400mm

Pillangószelep veszteségtényező mérőszakasz

6.-Mérőszakasz hossza: L= 815 mm 7.-Pillangószelepet tartalmazó cső 8.-„A” pont nyomáskivezetése A teljes szerkezet hossza: L= 1255mm

Típus: EMB-001 S/N=09


- 4 -

Digitális nyomásmérő Mérési feladat:

- Kalibrálja 3 lényegesen eltérő térfogatáramon a lekerekített beszívó elemet! - Határozza meg 2 különböző fokig zárható pillangószelep ellenállás-tényezőjét

a nyitási szögének függvényében! - A nyitási szöget 0°,15°,30°,40°,50°,60°,70°,80°,90° értékre állítsa, vagy

ameddig el lehet forgatni. Mérés során lemért állandónak tekinthető értékek: Környezeti nyomás: Pap 1010000 Levegő hőmérséklet: KCT o 2,2952,22 Kalibráció: Lévén hogy a beszívó elem nem szabványos alkatrész, kalibrálni kell azt egy szabványos mérőperemhez, melynek meghatározhatjuk a térfogatáramát. A beszívó elem térfogatáramának számító képlete:

bb

v pdkq

24

2

Ahol:

mmdb 4,36 beszívó elem belső átmérője k beáramlási tényező áramló közeg sűrűsége

bp a beszívó elemen mért nyomásesés A beáramlási tényező meghatározásához van szükségünk a mérőperemre.

30 192,1

2,295287101000

mkg

TRp

ahol Kkg

JR

287

A mérőperem térfogatáramának számító képlete:

pdCqv

241

2

14

Ahol: C átfolyási szám

6587,0 mérőperem átmérőviszony 1 kompresszibilitási tényező

mmd 8,33 mérőperem furatátmérője p mérőperemen mért nyomásesés


- 5 -

0254,08,275,0011,0

Re100063,00188,0

Re10000521,0216,00261,05961,0

3,065,3

7,0682

D

ACDD

Ahol D=58,9mm

8,0

Re19000

D

A Dv

D

Re ahol 51051,1

Mivel a Reynold-szám a sebesség függvénye. A sebesség az átfolyási tényezőé, ami a Reynold-szám függvénye, a megoldáshoz iterációt kell alkalmaznunk. Az iterációt C=0,6 os feltétellel kezdjük. Első lépés:

'Re CvqC Dv Második lépés:

'''Re''' CvqC Dv Stb. Az eredményeket Excel programban számoltam végig addig, amíg a két egymást követő átfolyási szám értéke 1-2%-os különbségen belül nem volt. A kalibráló berendezésen mért nyomás-esések 3 különböző térfogatáramon:

beszívó elem bp Mérőperem p

181Pa 270Pa 146Pa 220Pa 127Pa 191Pa

Első térfogatáram: C=0,6

smpdCqv

3

2

2

140168,0270

192,12

414,30338,01

6587,016,02

41

sm

Dqv v 15,6

414,30589,0

0168,0

4

22

239441015,00589,015,6Re 5

DvD


- 6 -

0254,08,275,0011,0

Re100063,00188,0

Re10000521,0216,00261,05961,0'

3,065,3

7,0682

D

ACDD

6216,0

0254,00589,08,26587,075,0011,0

23944106587,0

239946587,0190000063,00118,0

239446587,010000521,06587.0216,06587.00261,05961,0

3,065,3

8,0

7,0682

első lépés: második lépés: harmadik lépés C=0,6 C’=0,6216 C’’=0,6212

smqv

3

0168,0 s

mqv

3

0174,0' s

mqv

3

0174,0''

smv 15,6

smv 37,6'

smv 37,6''

23944Re D 24806'Re D 24806''Re D 6216,0'C 6212,0'' C

%47,3100'

100 CC %06,0100

'100

CC

9568,0181

192,12

14,30364,040174,0

2

4'' 2

1

b

bv

p

dq

k

Második térfogatáram: első lépés: második lépés: harmadik lépés C=0,6 C’=0,6227 C’’=0,6223

smqv

3

0151,0 s

mqv

3

0157,0' s

mqv

3

0157,0''

smv 55,5

smv 76,5'

smv 76,5''

21614Re D 22432'Re D 22417''Re D 6227,0'C 6223,0'' C

%64,3100'

100 CC %07,0100

'100

CC

9633,02

4'' 2

2

b

bv

p

dq

k


- 7 -

Harmadik térfogatáram: első lépés: második lépés: harmadik lépés C=0,6 C’=0,6235 C’’=0,6231

smqv

3

0141,0 s

mqv

3

0146,0' s

mqv

3

0146,0''

smv 17,5

smv 37,5'

smv 37,5''

20139Re D 20929'Re D 20914''Re D 6235,0'C 6231,0'' C

%77,3100'

100 CC %07,0100

'100

CC

9613,02

4'' 2

3

b

bv

p

dq

k

9613,03

9613,09633,09568,031

n

iik

k

k értékének ismeretében kalibráltuk a beszívó elemet, így már alkalmas térfogatáram mérésére. A veszteségtényezőket a vesztesége Bernoulli-egyenlet segítségével számítjuk ki, amely az alábbi:

csszpillCA D

LvvvPvp

2

..222

2222

ahol:

szpill. veszteségtényező L 2 mérési pont közti távolság D=36,4mm csővezeték belső átmérője csősúrlódási tényező

cs üres csőszakasz csatlakozások veszteségtényezője levegősűrűség v a csőben lévő átlagsebesség

Ap Pillangószelep-beszívóelem közti nyomáskivezetés

Cp Pillangószelep utáni legmagasabb nyomással rendelkező hely nyomása A pillangószelep veszteségéhez képest a többi veszteség gyakorlatilag elhanyagolható.


- 8 -

0

csD

L

Tehát:

2.

2v

pp CAszpill

A „v” átlagsebességet a beszívó elemen mért nyomáskülönbség segítségével a térfogatáramból számítjuk a már kalibrált egyenlettel.

Aqv v

Ahol:

2322

1004,14

036,04

mdA b

A mérés során lemért nyomáskülönbségek adott szögállásban:

Szögállás 0° 15° 30° 40° 50° 60°

Nyo

más

külö

nbsé

g

69 164 583 1332 2505 3774 66 165 564 1295 2517 3775 64 160 562 1293 2515 3773 63 152 552 1280 2526 3779 64 146 550 1308 2500 3775 60 148 543 1300 2495 3758 97 181 587 1311 2502 3760

101 185 588 1315 2495 3759 106 193 590 1316 2522 3770

1. Pillangószelep

Szögállás 0 10 20 25 30

Nyo

más

külö

nbsé

g

46 154 707 1614 3731 52 124 658 1485 3765 63 130 646 1456 3755 57 127 650 1463 3763 52 119 644 1468 3764 48 120 639 1466 3777 86 161 658 1477 3783 99 164 663 1480 3788

108 173 672 1485 3770 2. Pillangószelep


- 9 -

A beszívó elemen mért nyomáskülönbség mindkét pillangószelep esetében :

Papb 128 A beszívott térfogatáram:

smp

dkq b

bv

32

0147,024

Ebből a csőben lévő átlagsebesség:

sm

Aq

v v 09,1400104,00147,0

A mérés során a pillangószelep előtti nyomáskivezetés, és a pillangószelep utáni nyomáskivezetésekből adódó nyomáskülönbségeket mértük. A relaxációs szakaszban a nyomások különbsége így csökken, majd egy minimumot elérve ismét nő. Ebben a minimum pontban lévő nyomáskülönbség az a nyomáskülönbség, melyet fel kell használnunk a szelep veszteségének kiszámításához( CA pp ). Ezek az értékek a táblázatban vastagon szedett értékek. A nyomáskivezető csapok egymáshoz viszonyított távolsága a legelső pillangószelep utáni nyomáskivezetéstől mérve rendre 36-36-36-36-36-36-36-72-72 mm-re vannak egymástól.


- 10 -

A nyomásváltozások alakulása a hely függvényében diagramok:


- 11 -


- 12 -


- 13 -

A diagramokból és a számadatokból is kiolvashatóak a legkisebb nyomáskülönbségek, melyekkel kiszámíthatjuk az adott szögálláshoz tartozó pillangószelep veszteségtényezőt. Ezen értékeket a diagramban bekarikázással jelöltem. 1-es szelep:

2..

2v

pp CAszpill

ahol: 27,118087,14

2192,1

222 v

5073,027,118

600 8227,10

27,1181280

40

2344,127,118

14615 0956,21

27,1182495

50

5912,427,118

54330 7748,31

27,1183758

60

2-es szelep

2..

2v

pp CAszpill

ahol: 27,118087,14

2192,1

222 v

4059,027,118

480 3108,12

27,1181456

25

0062,127,118

11910 5465,31

27,1183731

30

4029,527,118

63920


- 14 -

A veszteségtényezők alakulása a szögállás függvényében diagramok:

1. Pillangószelep szögállás-veszteségtényező grafikonja

0

5

10

15

20

25

30

35

0 10 20 30 40 50 60 70

ß szögállás (fok)

vesz

tesé

gtén

yező

veszteség-szögállás

2. Pillangószelep szögállás-veszteségtényező diagramja

0

5

10

15

20

25

30

35

0 5 10 15 20 25 30 35

ß szögállás (fok)

vesz

tesé

gtén

yező

veszteség-szögállás


- 15 -

1. Pillangószelep szögállás veszteségtényező

0° 0,5073 15° 1,2344 30° 4,5912 40° 10,8227 50° 21,0956 60° 31,7748

2. Pillangószelep szögállás veszteségtényező

0° 0,4059 10° 1,0062 20° 5,4029 25° 12,3108 30° 31,5465

Hibaszámítás: A feladat a veszteségtényező mérésekor fellépő abszolút és relatív hiba meghatározása. Mivel több mérési eredményből tevődik össze a meghatározása, halmozottan ejtünk leolvasási hibákat, így a hiba számításához az alábbi képlete használjuk: Abszolút hiba: Relatív hiba:

n

i i

szpilliszpill X

X1

2..

..

..

..

szpill

szpill

b

ööszpill pk

p

v

p

2

2..

2

ahol: CAö ppp

Az alábbi értékek közül a 2 nyomáskülönbséget terhel elolvasási hiba, mely a nyomásmérő mérési pontatlansága:

Pap 2

ppk b

211

2

22

2

2..1

p

pkpp

pk b

ö

bszpill

ppk

p

b

ö

222


- 16 -

1.Szelep hibaszámítása:

017,0212896126,0

11220,1

ppk b

fok

0079,012896126,0

6022220,2

ppk

p

b

öfok

019,0

212896126,0

60212896126,0

112

22

2

2

2

22

2

2..

p

pkpp

pk b

ö

bszpill

%75,30375,05073,0019,0

..

.. szpill

szpill

A további számításokat Excelben hajtottam végre. Abszolút hibák:

0° 15° 30° 40° 50° 60°

1 0,017 0,017 0,017 0,017 0,017 0,017

2 0,0079 0,019 0,072 0,169 0,33 0,496

..szpill 0,019 0,026 0,074 0,17 0,33 0,497 Relatív hibák:

ß szögállás ..szpill ..

..

szpill

szpill

0° 0,5073 3,75% 15° 1,2344 2,11% 30° 4,5912 1,61% 40° 10,8227 1,57% 50° 21,0956 1,56% 60° 31,7748 1,58%

2. Szelep hibaszámítása A számításokat Excelben hajtottam végre. Abszolút hibák: 0° 10° 20° 25° 30°

1 0,017 0,017 0,017 0,017 0,017 2 0,0063 0,016 0,084 0,192 0,493 ..szpill 0,018 0,023 0,086 0,193 0,493


- 17 -

Relatív hibák:

ß szögállás ..szpill ..

..

szpill

szpill

0 ° 0,4059 4,43% 10 ° 1,0062 2,29% 20 ° 5,4029 1,59% 25 ° 12,3108 1,57% 30 ° 31,5465 1,56%

A számított adatokból jól látszik, hogy míg teljesen nyitott állapotban 2 és 1 értéke igen alacsony ( 1 állandó), zárás közeli állapotban 2 értéke jelentősen megemelkedik.


- 18 -

A grafikonokból és a táblázatokból is jól látszik, hogy minél inkább zárt állapotba kerül a szelep, annál kisebb hibát vétünk a leolvasás során. Viszont mivel a veszteségtényező értéke a zárás mértékét növelve exponenciálisan nő, a relatív hiba éréke pedig a zárás hatására csak alacsony meredekséggel csökken, minél zártabb a szelep, annál nagyobb eltérés lehetséges a valóságos és a mért-számított veszteségtényező között.


- 19 -


- 20 -

Irodalomjegyzék: Lajos Tamás- Az áramlástan alapjai M8-as mérés előkészítő Hőtan 2 segédlet- Levegő fizikai tulajdonságai táblázat

Documents

MÉRÉSI JEGYZŐKÖNYV M8. számú mérés Különböző alakú ...glink.hu/hallgatoi_segedletek/files/210e71b934197e... · Stb. Az eredményeket Excel programban számoltam végig