Fizika | Áramlástan » Áramlástan I

Áramlástan I KÖZVETLEN NYOMÁSMÉRŐK Folyadékoszlopos nyomásmérők Folyadéktöltésű barométer Légnyomás vagy barometrikus nyomás mérésére használjuk. Mérési tartományuk kb 1 bar Különböző szerkezeti kivitelben készülnek. Valamilyen U-alakú csőből áll, melynek egyik szára zárt, a másik a légkörrel érintkezik. Az utóbbi általában hengeres edény formájú, melyhez zárt cső tartozik Ha minden levegőt és gőzt eltávolítunk a zárt csőből, a higany addig emelkedik, míg egy bizonyos szintet el nem ér a nyitott edény szintje fölött. Ez a szint adja meg a higanyoszlop magasságát A légköri nyomás a higanyoszlop magasságának és a higany sűrűségének ismeretében kiszámítható, de általában a barométerekről közvetlenül leolvasható. p 0 = bρ hg g [mbar] A leolvasott nyomásérték abszolút nyomást jelent. Piezométer A piezometrikus nyomás a folyadék nyomási energiáját jellemző hosszúságdimenziójú mennyiség, az

egységsúlyú víztest nyomási energiája. Közvetlen mérésre szolgáló függőleges cső, amelyben a víz a nyomásnak megfelelő magasságra emelkedik. Alkalmas energia- illetve nyomásveszteség kimutatására, valamint térfogatáram mérés esetén nyomáskülönbség formájában jelentkező mérőmagasság (h) meg-határozására kis nyomások esetén. Az 1. és 2 pont közötti nyomáskülönbség: p 1 – p 2 = hρ sz g U-csöves nyomásmérő Állandó keresztmetszetű üvegcsőből készül, és a két szára között hosszmérésre alkalmas skálát helyeznek el. A nyomáskülönbség a két folyadékfelszín közötti távolságból számítható Zárt csővezetékben áramló közegnek a légköri nyomáshoz viszonyított túlnyomásának meghatározásakor az U-cső egyik szárát a csővezeték nyomásmegcsapolásához csatlakoztatjuk a nyomásközlő vezeték segítségével. A cső másik szárát szabadon hagyjuk Csővezeték két pontjában fellépő nyomások

különbségének meghatározására: Az első esetben a mérés eredménye függ a h-értéktől, a második esetben viszont nem, mivel a mérőfolyadék mindkét szára felett megtalálható a szállított közeg folyadékoszlopa. Ferdecsöves mikromanométer Két fajtája van: merevcsöves és állítható ferdecsöves. Az előbbi állandó jellegű üzemi mérésekhez, az utóbbi pedig ellenőrző, kísérleti mérésekhez hasz-nálható. A mérőcső előre meghatározott áttételi viszony szerint állítható be, értéke skáláról leolvasható. A nullhelyzet a mérési tartomány átkapcsolása-kor megváltozik, és az eltérés a skála eltolásával nem kompenzálható. A ferdecsöves mikromanométer mérőcsöve 1,52 mm belső átmérőjű Mivel a cső vékony, nem érvényesül teljesen a közlekedő edények törvénye. A keletkező eltérés állandó jellegű, ezért a mérési eredmény korrigálható. A nyomáskülönbség ∆p = κ ⋅l összefüggéssel

számítható, melyben a κ a műszerállandó. A geometriai méretekből adódó korrekciót gyakran elhanyagolják, és a következő össze-függéssel számolnak: ∆p = hρ m g ∆p = l sin αρ m g A leolvasott l hosszúságból a keresett nyomás-különbség gyors megállapítására diagram is használható. Mérőfolyadékként etil-alkoholt, petróleumot vagy kis viszkozitású folyadékot használnak. Merülőharangos nyomásmérők A zárófolyadékba nyitott, rendszerint hengeres edény merül be. A folyadékoszlopon keresztül alulról bevezetett cső közvetíti a mérendő nyomást, mely a légköri nyomásnál kisebb vagy nagyobb értékű lehet. A mérendő nyomással rugó- vagy súlyerő tart egyensúlyt, egyes kivi-teleknél maga az ellensúly is zárófolyadékba merül. Előnyük, hogy állítóerejük nagy, ezért mechanikai írószerkezetüket egyszerű karos szerkezet mozgathatja. Hátrányuk a nagy geo-metriai méreteik és csekély mérési tartományuk

Dugattyús nyomásmérők Elve: az ismert méretű dugattyúra ható, a nyomás következtében fellépő erőt hitelesített súlyokkal egyenlítjük ki. A mérősúlyokat a dugattyú hossztengelyében helyezik el, és a dugattyút a súlyokkal együtt forgásba hozzák. (A dugattyú kis játékkal van illesztve) A nyomás számítható: p = Gd + G Ad Igen pontos nyomásmérő és nagy nyomások mérésére is alkalmas. Hitelesítő illetve kalibráló műszerként is használják. Mérési pontosságuk 0,001 és 0,0001 között van KÖZVETETT NYOMÁSMÉRŐK Rugalmas alakváltozáson alapuló nyomásmérők A legtöbb nyomásmérő műszer a nyomás hatására létrejövő rugalmas alakváltozás alapján működik. Előnyük a kis méret, a tetszőleges működési helyzet, mechanikai rezgéseknek ellenálló kivitel, nagy mérési tartomány, leolvasáshoz nagyméretű skála készíthető, és nagy mérési pontosság. A rugóelemes nyomásmérők mérési tartománya néhány Pa

nyomástól több száz MPa-ig tejed. Ezek lehetnek csőrugós, szelencés és membrános nyomásmérők. Csőrugós nyomásmérők Bourdon-csöves nyomásmérőnek is nevezik, egyik végén zárt, ellipszis keresztmetszetű cső, belső terét valamely közeg nyomásával terhelve az kör alakot igyekszik felvenni. A cső anyaga rugalmas A Bourdon-cső egyik végét lágy forrasszal a rugótestbe forrasztják, a nagy méréstartományú műszereknél becsavarozzák, a másik végét fémkupakkal lezárják. A csőrugó szabad vége nyomás hatására elmozdul, mely elmozdulás nagysága a cső anyagának rugal-massági határán belül arányos a terhelő nyomással. Terhelhetőségét befolyásolják a cső anyagának rugalmassága, keresztmetszetének alakja és görbületi íve. Különlegesen nagy nyomások mérésére központon kívüli excentrikus furatú kör keresztmetszetű csöveket használnak. A Bourdon-cső szabad végének elmozdulása függ a nyomás nagyságán

kívül a cső görbületi sugarától és az ív hosszúságától. Geometriai méretek korlátozottan növelhetők. Az elmozdulás mértéke a csőrugó anyagától is függ, ezért kis- és közepes méréstartományú csövek anyaga általában színesfém, nagy nyomások mérésére szolgáló műszerekben acél. A Bourdon-csöves nyomásmérők fontos szerkezeti eleme a rugó-test vagy rugóállvány, mely tartja a csőrugót, hordozza a mutatószerkezetet és a tokot, a műszertokból kinyúló csavarmenetes csonk útján a mérendő térhez kapcsolódik. A rugótest anyaga általában azonos a csőrugó anyagával A csőrugó szabad végének elmozdulását karos áttétel továbbítja a mutatószerkezethez. Szelencés nyomásmérők Érzékelőeleme vékony, rugalmas anyagból készült, henger alakú szelence, mely a mérendő nyomás hatására rugalmas alakváltozást szenved. A bevezetett nyomás hatására a két hom-loklap kihajlik, melynek nagysága arányos a

nyomással. A szelence mozgását emeltyű továbbítja a mutatószerkezethez. A műszer annál érzékenyebb, minél vékonyabb fémlemezből készül a szelence, és minél nagyobb a hatásos felülete. Túlterhelésre érzékenyek, ekkor az érzékelő eredeti alakját elveszíti, és további mérésre már nem alkalmas. A szelence visszatérítő ereje kicsi, mert a lemezvastagság vékony, és ily módon nullhibával kell számolni. Ezért a szelencét pálca alakú egyenes rugóval előfeszítik. Alkalmas nyomás, nyomáskülönbség és vákuum mérésére Membrános nyomásmérők Síkmembrános nyomásmérők Érzékelője két karima közé befogott rugalmas lap (membrán). Nyomás hatására a membrán kihajlik, melyet a hozzákapcsolt mutató jelez. A kihajlás teljes terheléskor kb 1,52 mm Túlterheléskor a membrán a befogókarimára felfekszik, így a sérülést a membrán elkerüli. Nyomás, vákuum és nyomáskülönbség egyaránt mérhető. A mechanikai

rezgéseket jól tűri, ezért sűrű anyagok nyomásának mérésére igen alkalmas. Túl-terhelésre és hőmérséklet változásra érzékeny Csőmembrános nyomásérzékelők Egyik végén zárt, hullámos cső, mely a nyomás hatására hosszirányban megnyúlik vagy rövidül. Érzékenysége a legnagyobb, hosszirányú méretváltozása az anyag rugalmassági határán belül arányos a terhelő nyomással. Érzékenysége függ a felülettől, a hullámok számától, a falvastagságtól és az anyag szilárdságától. Lágyított anyagból készítik, és az anyag rugalmasságát rugóval pótolják Nyomás, vákuum és nyomáskülönbség mérhető vele. NYOMÁS ÉS NYOMÁSKÜLÖNBSÉG TÁVADÓK Piezoelektromos mérőjel-átalakító Erőt alakítanak át villamos feszültséggé. Működésük a piezoelektromos hatáson alapszik Szigetelőkristályokból kivágott hasábok egyes felületein erő hatá-sára villamos töltések jelennek meg. Pl.: kvarckristály A kvarc

hatszögletes rendszerben kristályosodik X-tengely: villamos tengely; a töltések mindig az X-tengelyre merőleges felületen jelennek meg. Y-tengely: mechanikai tengely; a villamos tengelyre merőleges felületre felvitt töltések hatására az Ytengely irányában a kristály méretváltozást szenved. Z-tengely: optikai tengely; optikai alkalmazásoknál e tengelyre merőlegesen hasítják el a kristályt. Villamos és mechanikai szempontból e tengely közömbös. A kvarckristályból úgy kell hasábot vagy hengert hasítani, hogy legyen az X-tengelyre merőleges felülete. Az X-tengely irányában F-erővel megnyomva a keletkező töltés nagysága: Q = kF, ahol k a töltésérzékenységi állandó. A töltés csak az erő nagyságától függ, de független a geometriai méretektől. Kimeneti mennyisége a feszültség A kristályon megjelenő feszültség nagysága: U C = Q / C C ahol C C a kristály kapacitása. Nyúlásmérőbélyeges mérőjel-átalakító A mérendő

nyomás egy fémtestre hat, melynek felületére erősítik a bélyeget. A fémtest nyúlását a bélyeg ellenállás változássá alakítja át. Az üreges henger anyaga nagy rugalmasságú nemesacél A mérőtestre általában négy bélyeget erősítenek fel Wheatstone-hídba. A bélyegek fele függőleges, tehát az erő irányával egybeesik és összenyomódik. A másik fele, a vízszintesen fekvő bélyegek megnyúlnak Nagyobb nyomások mérésére alkalmas kivitel: az érzékelőelem egyoldalúan zárt cső, melynek belső tere összeköttetésben van a mérőfolyadékkal. Ez a cső jó rugalmas tulajdonságú, rozsdamentes acélból készül. A cső felületén tengelyirányba két bélyeg van, kettő pedig keresztirányban Mérési határaik 77000 bar Kapacitív mérőjel-átalakító Két lemezből álló kondenzátorok. A mérendő jellemző hatására változik a közöttük lévő levegőréteg A távadó korrózióálló acélból készült mérőcella. NYOMÁSMÉRŐK

VIZSGÁLATA, KALIBRÁLÁSA Műszerek vizsgálatánál beszéltünk alaphibáról és járulékos hibáról. Az alaphiba a műszer pontossági osztályának megfelelő megengedett hiba. Az alaphibát a következő tényezők határozzák meg: irányváltási hiba, ismétlési hiba, érzéketlenségi küszöb, nullahiba és érzéketlenségi hiba. A járulékos hiba a környezeti feltételeknek a referencia feltételektől való eltérése által okozott hiba. Befolyásolják a környezeti hőmérséklet, a barometrikus nyomás, a rezgések, a külső mágneses tér, a távfeszültség, stb. Műszerek vizsgálata és hitelesítése során első-sorban az alaphibát kell meghatározni Merülőharangos nyomásmérő vizsgáló készülék Működés közben az üzemi mérőhelyen vagy leszerelés esetén az erre kijelölt helyen a műszer használója is bevizsgálhatja, kalibrálhatja a nyomásmérő műszereket. Az üzemi mérőhelyen végzendő ellenőrzéshez használható berendezés,

melyet a vizsgálandó műszerrel együtt azonos nyomású térhez kapcsolhatunk. Az eljárás hátránya, hogy a vizsgálandó műszer mérési tartományából csak a nullpont és az éppen fennálló üzemi nyomás értéke ellenőrizhető. Vizsgáló-helyiségben a teljes mérési tartomány is ellenőrizhető, de ott nyomás előállító készülék is szükséges. Nagy pontosságú súlyterhelésű manométer vizsgáló készülék Nagy nyomást csavarorsós dugattyúval illetve súlyterheléssel hozhatunk létre (1000 bar). A készülékek töltőfolyadéka paraffinolaj, petróleum vagy transzformátorolaj. Oxigénnyomást mérő műszerek töltőfolyadéka glicerin és desztillált víz keveréke. Mérés elve: a dugattyús nyomásmérőt és a műszerhez csatlakoztatott nyomásmérőt azonos nyomás terheli. Ugyan-ekkora nyomás uralkodik a dugattyús szivattyúban is. A mérés megkezdése előtt az olajrend-szert légteleníteni kell A vizsgálat alá vont műszert

csatlakoztatjuk a berendezéshez, majd nyomásfokozatnak megfelelő terhelő súlyt helyezünk a súlytartó tálcára. A mérődugattyú forgatómotorját bekapcsoljuk és a csavarorsós nyomás előállítóval a nyomást fokozatosan emeljük, amíg a mérődugattyú lebegő állapotba kerül. Mérés alatt a mérődugattyúnak oly mérvű süllyedése nem lehet, hogy a lebegő állapot megszűnjön. A létrehozott nyomás számszerű értéke a terhelő súlyokról leolvasható. Ezen műszerek pontossága jobb, mint 0,1% SEBESSÉGMÉRÉS MŰSZEREI Torlasztásos elven működő sebességmérők Pitotcső Pontszerű sebességmérőként használható. Műszerállandója jó közelítéssel 1-nek vehető Zárt csővezetékbe beépítve 90°-ban meghajlított csövet az áramlás irányával szemben helyezünk el. Ezzel érzékeljük az áramló közeg össznyomását (p Ö ) A zárt csővezeték falára merőleges csövecske érzékeli a statikus nyomást (p S ) Így az U-csöves

differenciál-manométer a kétféle nyomás különbségét méri, amely nem más, mint a dinamikus nyomás: pd = ρ ⋅ v2 2 Így a sebesség: v= 2 ρ száll ⋅ ( pÖ − p S ) A nyomáskülönbség: ∆p = h(ρ m -ρ száll )g Nyílt felszínű csatornában is alkalmazhatunk pitotcsövet sebesség mérésére. Ha a víz v-sebességgel közeledik egy cső meghajlított végével szemben, akkor a víz kinetikai energiája potenciális energiává alakul. A kinetikai és a potenciális energia közötti kapcsolat: v2 =h 2g Ahol a h sebességmagasság, a vízfelszín magassága a dinamikus csőben. Ha h-t megmérjük, a sebességet az összefüggés átrendezésével számíthatjuk ki: v = 2 gh Elektromos elven működő sebességmérők Bemerülő örvénymérő Nagy átmérőjű zárt csővezetékekben folyadékok és gázok sebességének, térfogat áramának, valamint összegzett térfogatának a mérésére szolgál. A mérési keresztmetszetben a szonda különböző

mélységekben rögzíthető, így pont-szerű sebességek mérésére is alkalmas. A szondába delta keresztmetszetű zárótest van beépítve, melynek két oldalán váltakozva örvények szakadnak le az áramló közeg sebességével arányosan. A leszakadó örvények száma annál nagyobb, minél nagyobb az áramló közeg sebessége. Érzékelése történhet termisztorral vagy rezgőlemezzel A kimenő villamos jel frekvencia, amely egyenesen arányos a közeg áramlási sebességével. ÁRAMLÁSMÉRŐK Zárt vezetékbe építhető áramlásmérők Mérőmagasság elvén működő térfogatáram-mérők mérőjel képzői Mérőperem Vékony falú, éles sarkú, hengeres nyílású szűkítő elem. Szabvány tartalmazza a mérőperem és mérővezeték olyan méretviszonyait, valamint hidraulikai jellemzőit, amelyeknek betartása mellett felépített mérőberendezéssel hitelesítés nélküli térfogatáram mérése végezhető el. A szabvány megadja az átfolyási számokat

(α), melyekkel a hatónyomás ismeretében meghatározhatjuk a térfogatáramot. qv = αAd 2 ρ száll ⋅ ( p1 − p2 ) Ahol A d a szűkített keresztmetszet, p 1 statikus nyomás a mérőperem előtt, p 2 pedig a mérőperem után. Követelmény, hogy a mérőperem cső belsejében lévő része körszimmetrikus legyen, homlokfelületei pedig síkok és párhuzamosak legyenek Nyomásmérő megcsapolás a csőfalba készített, a cső belső felületén végződő nyílás. Általában kör keresztmetszetű furat, de lehet körgyűrű alakú rés is A nyomásmérő megcsapolások elhelyezési lehetőségei: sarokban elhelyezett; gyűrűkamrás; furatos; karimán átmenő. A be- és kilépő oldali megcsapolások különböző félsíkokban is elhelyezhetők A mérőnyomás megállapításánál ügyelni kell a meg-csapolások szintkülönbségeinek figyelembevételére. Venturi-cső A cső tengelyével koncentrikus tengelyszimmetrikus szűkítőelem, amely konfúzorból,

hengeres részből és diffúzorból áll. Ha a konfúzor rész szabványos mérőtorok kialakítású, akkor a szűkítőelem neve mérőtorok beömlésű Venturi-cső, ha a konfúzor kúp, akkor a neve kúpos Venturi-cső (klasszikus). A kúpos Venturi-cső hengeres részből, és az ezt követő kúpból (konfúzorból), hengeres torok-részből és kúpos diffúzorból áll. Lényeges a következő előírások betartása: a hengeres rész belépő át-mérője az azt megelőző mérőszakasz közepes átmérőjétől nem lehet nagyobb illetve kisebb, mint 1%. A hengeres rész hossza legalább az átmérővel egyenlő nagyságú legyen A konfúzor rész kúpos kialakítású, csúcsszöge 21°. A torokrész legyen hengeres, tengelyirányú hossza egyezzen meg belső átmérőjével. A diffúzorrész legyen kúpos, csúcsszöge 715° között legyen Ív- és könyökcsövek Kissé szennyezett közegek mérésénél nagy jelentőségű. A szennyezettséggel szemben gyakorlatilag

érzéketlen. Elektromos elven működő áramlásmérők Indukciós áramlásmérő Elve a Faraday-féle indukciótörvényen alapszik: mágneses térben l hosszúságú vezetőt v sebességgel mozgatunk, így a vezetőkben feszültség indukálódik (U i ) U i = Blv A mágneses térben mozgó vezető folyadék is lehet, ha vezetőképessége eléri a mérés által megkívánt értéket. A térfogatáramot a következő összefüggéssel számíthatjuk: qv = U i ⋅ A B ⋅l , ahol A a mérőcső keresztmetszete, B a mágneses indukció, l az elektródok közötti folyadékszál hossza. Az egyenletben egyedül a feszültség a változó érték, így a térfogatáram feszültségméréssel meghatározható. Gyakorlatban váltakozó árammal gerjesztett mágneses teret használunk, ami kiküszöböli az elektrolitikus befolyásokat és váltóáramú jelerősítő alkalmazását teszi lehetővé. Ügyelni kell arra, hogy gáz, levegőzárványok vagy szilárd szennyeződés az

elektródokat el ne szigetelhesse. Ez vízszintes síkú elektródapár estén nem következhet be A mérőcső szigetelő, vegyi agresszivitásnak ellenálló anyagból készül. A fém elektródákat nemesfémből állítják elő Előnyei: a széles méréstartomány, kis energiavesz-teség, a pulzációra érzéketlen, szennyeződésekre érzéketlen, automatizálási feladatokra jól felhasználható. Turbinás áramlásmérő Csőben nyomás alatt áramló gáz vagy folyadék tér-fogatáramának és mennyiségének a mérésénél jelen-tős szerepet kapott. Mérési információja elektronikus eszközökkel továbbítható, és szabályozási valamint értékelési célokra egyaránt alkalmas. Széles mérési tartományban pontossága megelőzi az egy-szerűsége miatt kiterjedten alkalmazott szűkítőelemes mérőket. A műszer két egységre osztható: 1. mérőturbina, amely kapcsolatot teremt a mérendő mennyiség és a mérő kimenőjele között; 2. jelfeldolgozó

egység, amely a mérőturbina kimenőjelét szabályozási vagy értékelési célra átalakítja, illetve kijelzi. A mérőturbina olyan axiális átömlésű turbina, melynek hasznos teljesítmény leadása nincs, tehát a járó-kereket fékezőnyomaték nem terheli. Így a lapátokon létrejövő elterelés mértéke is kisebb Ez lehetővé teszi, hogy a mérőturbina működése jól megközelíthesse az áramlástechnikai gépek affinitási törvényeinek azt a tételét, hogy a járókerék fordulat-száma lineáris összefüggésben van a gépben kialakuló térfogatárammal. A turbinakerék fordulatszáma az átáramlott közeg térfogatáramával, egy adott idő-tartam alatt megtett fordulatok száma pedig ezen idő alatt átáramló térfogattal arányos. Ez teszi lehetővé, hogy a mérőturbinát térfogatáram mérésére, és átfolyt térfogat mennyiségének számlálására is alkalmazzuk. A térfogatáram és a fordulatszám közötti lineáris függvénykapcsolat

csak ideális közeggel működő súrlódás nélküli mérőturbinában jöhet létre. n i = k i Q Valóságos folyadék esetében és a fellépő csapágysúrlódás, valamint résáramlás miatt a turbinakerék az ideálistól eltérően tényleges fordulatszámmal fog forogni. n = kQ A mérő fordulatszámának ∆n eltérése a mér térfogatáramban ∆Q eltérést okoz. A mért térfogatáram Q m = n/k i A mérés abszolút hibája: ∆Q = Q m – Q A mérés relatív hibája: ε = ∆Q / Q A relatív hiba a fordulatszámokkal is felírható: ε = (n – n i ) / n i A mérő abszolút és relatív hibája is a térfogat-áram függvénye. A relatív hiba térfogatáram függését hibagörbén szokás megadni. A mérési tartomány Q min –től Q max térfogatáramig terjed. A mérési tartományon belül a mérő relatív hibája nem lépheti túl a ∆ε-nal megadott hibahatárokat. A hibagörbe felrajzolása az átáramló közeg térfogatáramának és a járókerék

fordulatszámának meghatározása útján történhet. A mérőturbina olyan elektromos kimenőjelet szolgáltat, amelynek frekvenciája arányos a turbinakerék fordulatszámával. A kimenőjel frekvenciáját digitális mérővel mérik A fordulatszám és a frekvencia közötti összefüggés: f = Zn , ahol Z a fogaskoszorú fogszáma. A térfogatáram számítása a frekvenciával: Q = Qmax ⋅f f max A mérőturbina beépítése: a beépítés környezetében mérőszakaszt kell kialakítani. A mérőszakasz áramlásrendezővel ellátott megelőző egyenes csőszakaszból, a mérőturbinából és a követő egyenes csőszakaszból áll. Ha a csővezeték át-mérője nagyobb, mint a mérőturbina névleges átmérője, akkor a mérőszakasz előtt szűkítést, utána pedig bővítést kell alkalmazni. Főbb alkalmazási területek: kőolaj- és földgáz-ipar, vegyipar, gépipar és erőművek, élelmiszer-ipar. Örvénymérők Az örvényleválásos áramlásmérő

készülékek folyadékok, gázok, és gőzök térfogatáramának mérésére, széles nyomáshőmérséklet- és viszkozitás tartományban alkalmazhatók. Nagy pontosságot biztosít, szinte mindenhová alkalmazható. Az elektronika frekvencia kimenete lehetővé teszi, hogy számítógéppel, szabály-zókkal illetve adatfeldolgozó berendezésekkel ellátott technológiákhoz is alkalmazhassuk. Működési elv: az áramló közegbe merülő test körül örvények jönnek létre. Az áramlás irányára merőleges tengelyű zavaró test mögött az örvények váltakozva a test egyik, majd másik oldalán szakadnak le. Az áramlás irányára merőleges d méretből a közeg v áramlási sebességéből és az örvényképződés f frekvenciájából képzett dimenzió nélküli szám az ún. Strouhal-szám állandó: Sr = (f ⋅ d) / v Az Sr értékét a nyomás, a hőmérséklet és a viszkozitás változása csak kis mértékben befolyásolja. Ha a Strouhal-szám állandósága

biztosított, akkor a leválási frekvencia egyenes arányban áll az áramlási sebességgel: f = v ⋅ (Sr / d) A zavaró test általában delta keresztmetszetű, mely elősegíti az örvények leszakadását. A leszakadás frekvenciáját termisztorral vagy rezgő lemezekkel érzékeljük. Az örvénymérők az érzékelőt tartalmazó mérőtestből és jelfeldolgozó elektronikus egységből állnak. Ha a Reynolds-szám 104 értéknél nagyobb, akkor az időegység alatt leszakadó örvények száma széles tartományban az áramlási sebességgel arányos. Az örvényleválást zavaró tényezők kiküszöbölésére a mérőt elő- és követő csőszakasszal, áramlásrendezővel kell ellátni. Az örvénymérőhöz közvetlen kijelző csatlakoztatható, vagy frekvenciamérő. Ha frekvenciát mérünk, akkor a következő összefüggéssel számolhatjuk a térfogatáramot: qv = qmax f f max Ahol q max a mérőre jellemző maximális térfogatáram, f max pedig a maximális

térfogatáramhoz tartozó frekvenciaszám. Térfogatmérők Térfogatkiszorításos elven működők A dugattyús rendszerű vízórák előnye, hogy nem érzékenyek a folyadék viszkozitásának változására, így igen pontosak. Hátrányuk, hogy a mérendő folyadéknak tisztának és vegyileg közömbösnek kell lennie, esésveszteségük elég nagy, és a méretük is. Turbinás vízmérőórák Az áramló víz sebességi energiáját használják fel mérésre. Előnyük, hogy a szennyeződésre kevésbé érzékenyek, hátrányuk a kisebb pontosság. Legelterjedtebb típusok: a szárnykerekes és a Woltmannszárnyasvízórák Szárnykerekes vízmérők: Olyan mérőturbina, amelynek forgómozgását a szárnykerékre tangenciálisan rááramló víz hozza létre. Woltmann-szárnyas vízmérőórák: Működési elvét tekintve propeller turbinának felel meg. A szárnykerékre a víz tengelyi irányban áramlik, és hozza ezáltal forgásba A szárnykerék

forgómozgását általában mágneskuplung közbeiktatásával csiga hajtómű közvetíti a számláló és jelzőszerkezet felé. Nyílt felszínű csatornákban alkalmazható áramlásmérők Mérőbukók A bukók a víz átbukása alapján két fő csoportba oszthatók: tökéletes átbukású és tökéletlen átbukású bukók. A tökéletes átbukás nagyobb szintesést követel meg, de a mérés pontosabb A mérőbukók csoportosíthatók az átfolyási nyílás alakja szerint is: háromszög szelvényű (Thomson-féle); négyszög szelvényű (Bazin-féle illetve Poncelet-féle); trapéz szelvényű (Cipoletti-féle). Kis térfogatáramok mérésére jól használhatjuk a Thomson-féle bukókat. A mérőmagasság ismeretében a következő összefüggéssel számolhatjuk a térfogatáramot: qv = 5 8 µ 2 g tgαh 2 15 A vízhozam tényező (µ) diagramból olvasható le a nyílásszög függvényében. Bazin-bukóra a térfogatáram összefüggés: qv = 3 2 µ 2 g bH 2

3 Ahol H = (h + v 1 2) / 2g és µ = 0,645 Poncelet-bukóknál a térfogatáram összefüggés megegyezik a Bazin-bukó összefüggésével, de itt a µ értéke 0,580,59 között van. 3 A Cipoletti-bukónál alkalmazható térfogatáram összefüggés: qv = 1,866 ⋅ bH 2 Forgószárnyas vízsebességmérők Ezekkel a mérőkkel nyílt felszínű csatornákban adott áramlási keresztmetszetben több helyütt pontszerű sebességet mérünk és ebből átlagsebességet számolunk, majd ezt megszorozzuk az átáramlási keresztmetszettel. FOLYADÉK SZÁLLÍTÁSÁRA ALKALMAS CSŐHÁLÓZATOKBA ÉPÍTETT SZERELVÉNYEK VESZ-TESÉGTÉNYEZŐJÉNEK MEG-HATÁROZÁSA A csővezetékbe iktatott idomdarabok és csőelzáró szerelvények veszteségmagassága (h’) az áramló folyadék lendületével arányos: h’ = ζ ⋅(v2 / 2g) Zárószerkezetekre ζ-án kívül ζ 0 értéket is megad. Ez a zárószerkezet legszűkebb keresztmetszetére  A  vonatkozik. A két

veszteségtényező között a következő összefüggés áll fenn: ζ = ζ 0   A0  2 A különböző zárószerkezetek összehasonlításához a ζ 0 értékét határozzuk meg a zártsági fok függvényében. (A / A 0 ) A mérés menete: A tartályból a centrifugál szivattyú vizet szív, és a nyomóvezetéken keresztül a Danaida-hordóba szállítja. A nyomóvezetékbe épített zárószerkezetek veszteséget okoznak, mely nyomásesésben nyilvánul meg. A nyomásesés méréséhez U-csöves differenciálmanométert használunk, amit a szerelvény előtti és utáni nyomásmegcsapolóhoz csatlakoztatunk. Mérés előtt meg kell határozni az elzáró-szerelvény zártsági fokát. Erre azért van szükség, mert minden zártsági fokhoz ismerni kell az átáramlási keresztmetszetet (A 0 ). A számítás menete Felírhatjuk a csőszerelvény előtti és utáni megcsapolási pontokra a Bernoulli-egyenletet: 2 2 p v p v H 1 + 1 + 1 = H 2 + 2 2 + h Mivel a

csővezeték vízszintes helyzetű: H 1 = H 2 ρ sz g 2 g ρ sz g 2 g A keresztmetszetek egyenlősége miatt a kontinuitási egyenlet leegyszerűsödik: v 1 = v 2 Ezek figyelembevételével: h = p1 − p2 ρ sz g ∆p = h ρ sz g Ezt a nyomásesést tudjuk mérni a manométerrel: ∆p = h( ρ mérő − ρ sz )g ρ − ρ sz h = h mérő ρ sz A veszteségmagasság: ζ ρ − ρ sz v2 = h mérő ρ sz 2g A csővezeték teljes belső keresztmetszetére vonatkoztatott veszteségtényező, a veszteség-magasság képletéből átrendezéssel számítható. Az elzáró szerelvény legkisebb keresztmetszetére vonatkoztatott veszteségtényező a nullás értékekkel behelyettesítve az előző képletből számítható. Ezekben az összefüggésekben a sebességértékek ismeretlenek. Ezek meghatározhatók a kontinuitási egyenlettel: v = qv / A ; v0 = qv / A0 A sebességek számításához tehát a térfogat-áramot kell méréssel meghatároznunk. Ez háromféle módszerrel

lehetséges: Köbözéssel (tolózár mérésekor): A Danaida-hordót használjuk fel. Ekkor az elzáró dugót a kifolyónyílásba helyezzük A szivattyút beindítva a vízszint folyamatosan emelkedni kezd a köböző edényben. Egy bizonyos H 1 szint elérésekor elindítjuk a stoppert, és H 2 szint elérésekor leállítjuk az időmérést, majd a szivattyút. A térfogatáram ekkor: qv = D 2π H 2 − H 1 ⋅ 4 t Danaida-hordó segítségével (szelep vizsgálata-kor): Előfordul, hogy a térfogatáram olyan nagy értéket képvisel, amelyhez túlságosan nagy köböző tartályra lenne szükség. Ebben az esetben alkalmazható a Danaida-hordó, aminek az alján egy vagy több nyílás van. A Danaida-hordó elzáró dugóját eltávolítjuk, és beindítjuk a vízszivattyút A beáramló térfogatáram egy része az alsó nyíláson keresztül távozik, miközben folyamatosan emelkedik a vízszint a hordóban. A vízszint emelkedésével fokozatosan nő a nyíláson

kiáramló víz sebessége Ezáltal a kiáramló térfogatáram nagysága is nő. Mivel a beáramló térfogatáram állandó, ezért elérkezünk egy olyan egyensúlyi állapothoz, mikor a be- és kiáramlás megegyezik egymással. Ez az állapot akkor következik be, amikor a vízszint magassága állandósul a Danaida-hordóban (H 3 ). A kifolyó nyíláson kiömlő víz sebessége: v1 = ϕ 2gH 3 Ahol ϕ a sebességi tényező. A Danaida-hordó alsó nyílásán kiáramló térfogatáramot meghatározhatjuk, mivel az átmérő ismert (q v1 ). Ugyanakkor az megegyezik a q v -vel, amit meg akartunk határozni. qv = qv1 = d12π ⋅ v1 4 Vízmennyiségmérő segítségével (kúpos csap) Ez az egyik legegyszerűbb forma. A vízmennyiség mérő óra a csővezetékbe van beépítve A számláló az átfolyt vízmennyiséget (térfogatot) köbméterben jelzi. A méréshez egy stopper-óra is szükséges, mellyel vagy 0,1 m3 átfolyási idejét mérjük, vagy 1 percen keresztül

figyeljük az átfolyt térfogatot. Ha az első módszerrel mérünk, akkor a térfogatáram: q v = V / t = 0,1/t A mérés során a csőszerelvényeket különböző fojtási értékekre állítjuk be. A mérés adatait táblázatba foglaljuk és az ismeretlen tényezőket meghatározzuk, majd egy koordináta-rendszerben feltüntetjük. AXIÁLIS VENTILÁTOR VIZSGÁLATA A mérés célja: meghatározni a szélcsatornával egybeépített axiális ventilátor jelleggörbéit mérési adatok alapján. Ehhez meg kell vizsgálnunk a ventilátoron illetve a csővezetékben végbemenő nyomásváltozásokat. A statikus nyomás (p st ): a csőfallal párhuzamos áramló közegnek a falra ható nyomása. A dinamikus nyomás (p d ): az áramló közeg mozgási energiájából származó nyomás. Szívóoldalon: p1d = ρl 2 Nyomóoldalon: p 2 d = v12 ρl 2 v22 Az össznyomás (p ö ): a statikus és dinamikus nyomás összege. Az össznyomás növekedés (∆p ö ): a ventilátor nyomó- és

szívócsonkjában uralkodó össznyomások különbsége. A statikus nyomás növekedés (∆p st ): a ventilátor nyomócsonkjában uralkodó statikus nyomás, és a szívócsonkban uralkodó össznyomás különbsége. Tehát nem azonos a nyomó- és szívócsonkban uralkodó statikus nyomások különbségével. A ventilátor üzemeltetésekor csak a statikus nyomásnövekedés hasznosítható. Ezért a gyártók legtöbb esetben a statikus nyomásnövekedés görbéjét adják meg. A mérőhely kialakítása: Az axiális ventilátor a szabadból szív. A ventilátor járókereke a motor tengelyére van erősítve A vezetőkerék-házhoz közdarabok csatlakoznak, majd ezeket követi a konfúzor, valamint a konfúzor kisebb átmérőjének megfelelő méretű csőszakasz. A csőszakaszok mindegyikén található egy-egy körvezetékes mérőhely, a nyomáskülönbségek mérésére. A mérés során fokozatosan változtatni kell a ventilátor térfogatáramát. Ezt a célt

szolgálja a fojtókúp, melynek tengelyirányú elmozdulását csavarosós mechanizmus biztosítja. A ventilátor nyomóvezetékében áramló levegő áramképének rendezésére áramlásrendezőt kell beépíteni adott távolságra a vezetőkerék-háztól. A méréshez használt műszerek: ferdecsöves mikromanométer a konfúzor előtti és utáni nyomások különbségének mérésére; Askánia típusú mikromanométer a statikus nyomáskülönbség mérésére; elektromos mérőbőrönd az axiál ventilátort meghajtó villanymotor által felvett teljesítmény mérésére. A mérés menete: A konfúzor előtti és utáni nyomások különbségének mérése A ferdecsöves mikromanométert bekötés után vízszintes helyzetbe hozzuk, beállítjuk a mérés-határnak megfelelő szögértéket, és utána lenullázzuk. Ezután a mérés megkezdhető, és a mű-szerről leolvasható valamilyen nagyságú kitérés, amely a nyomáskülönbséggel arányos. A statikus

nyomásnövekedés mérése Vízszintes helyzetbe hozzuk az Askánia típusú mikromanométert, majd lenullázzuk. Mivel a ventilátor szabadból szív, ezért a statikus nyomásnövekedésre a következő összefüggés adódik: ∆p st = p 2st – p 0 = ∆p 2st Ahol a 2-es index a nyomócsőben lévő értékeket jelenti. Az elektromos motor által felvett teljesítmény mérése Az elektromos motor által felvett teljesítményt tekintjük a bevezetett teljesítménynek. Így a hatásfok a ventilátornak és a motornak, mint gépcsoportnak az össz hatásfokát fogja jelenteni. A mérőbőrönd segítségével wattban mérjük a felvett teljesítményt. A számítás menete Első lépésként meghatározzuk a konfúzor előtti és utáni nyomások különbségét: ∆p = ρ mérő gl sin α , ahol l a mikromanométerről leolvasott kitérés. A levegő sűrűségét az általános gáztörvényből határozhatjuk meg: ρl = ρ0 p0 + ∆p2 st 273 ⋅ 1,013 ⋅10 5 273 + t

Ahol p a légköri nyomás, ρ 0 pedig a levegő normál állapotra vonatkoztatott sűrűsége. A ventilátor térfogatárama q v = Av A ventilátor hasznos teljesítménye P haszn = q v ∆p ö Az össz hatásfok η ö = (P haszn / P felvett ) ⋅ 100