Áramlástan Tanszék

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Gépészmérnöki Kar

Méréstechnikai bevezető

 Az áramló levegőbe helyezett modellek vizsgálatához szükséges a modellen illetve a modell környezetében a fizikai jellemzők mérése. Ezek lehetnek az áramló levegő sebességkomponensei, az abszolút és a relatív nyomás, hőmérséklet, erők, gázkoncentráció stb.

Mérőeszközök, berendezések:

  • Aerodinamikai mérleg a testekre ható 3 erő és 3 nyomaték komponens meghatározására
  • Többcsatornás nyomásmérő-rendszer Scanivalve nyomáspont váltóval a statikus és dinamikus nyomáseloszlás mérésére
  • Egy- és többkomponensű hődrótos mérőrendszer (CTA) a sebesség és a turbulencia meghatározására
  • Áramkép vizualizációs technikák (lézersíkkal megvilágított olajköddel és homokeróziós eljárással)
  • Digitális videokamera és képfeldolgozó rendszer
  • Szennyezőanyag koncentrációmérés
  • Futószalag a járművekhez képest hátrafelé mozgó talaj szimulálására

Nyomásmérés

Az áramlásba helyezett testek felületén lévő statikus nyomás mérésére kapacitív elven működő Setra 237 (0,35% FS) és Setra 239 (0,14% FS) típusú statikus, valamint piezorezisztív Endevco 8507C-2 (1% FS) nyomástávadókat alkalmazunk. Ez utóbbi a nagyfrekvenciájú nyomásingadozások mérésére is alkalmas. (fmax = 20 000 Hz).

Amennyiben sok pontban kell meghatározni a nyomás értékét, akkor egyetlen nyomástávadóval és egy elé kapcsolt nyomáspontváltó rendszerrel egymás után 188 pontban tudjuk megmérni a nyomást. A nyomáspontváltó számítógépes vezérlésű, 4 db 48 csatornás Scanivalve egységből áll.

Az áramló levegő sűrűségének meghatározásához szükséges helyi légnyomás mérésére Setra 470 barometrikus nyomástávadót használunk. Az áramló levegő hőmérsékletét a szélcsatorna felületébe integrált Pt100-as szonda méri (0,2°C).

Sebességmérés

A szélcsatornában uralkodó referencia szélsebességet a kiválasztott referenciapontokban elhelyezett, a magyar szabványnak megfelelő Prandtl- és Pitot csövekkel határozzuk meg

Hődrót anemometria (CTA)

Amennyiben nagy időbeni és térbeli a sebességfelbontásra van szükség, egyszerre 2 komponens meghatározására alkalmas DISA (Dantec) CTA rendszert használunk, 55 M mérőhidakkal, igény szerint egy- és kétkomponensű szondákkal. Az elérhető időbeli felbontás több 10 kHz. A relatív mérési hiba kalibrációtól, mérési körülményektől függően 1-4 %.

Lézer-doppler anemométer (LDA)

Laboratóriumunk rendelkezik egy ILA fp50fus egy komponensű, irányérzéketlen lézer-doppler anemométer rendszerrel (0,2% FS). A lézeroptika fókusztávolsága 250 v. 400 mm lehet, mérési tartomány kb 0-50 m/s. A méréshez szükséges, áramlásba juttatandó részecskéket egy SAFEX olajködgenerátor állítja elő. Mivel az LDA-nak nincs szüksége rendszeres kalibrációra, ezért a rendszer anemométerek kalibrálására is használható.

Erőmérés

A modellekre ható erők mérését általában erőmérő cellákkal végezzük. Ezek nyúlásmérő bélyegekkel ellátott, hajlításra igénybevett tartók. A bélyegek mérőhídra és erősítőre csatlakoznak. Több cellából több erő- illetve nyomatékkomponenst mérő rendszer építhető fel. A vízszintes szélcsatorna beépített, 6 komponensű erőmérő rendszere speciális igény esetén szintén aktiválható.

Gázkoncentráció mérés

A szélcsatornában végzett szennyezőanyag-terjedési vizsgálatokban nyomgázt bocsátunk ki, majd a mintavételi helyeken elszívott gázminta koncentrációját határozzuk meg. Ehhez szükséges ismert mennyiségű nyomgáz kibocsátása (a), illetve gázminták egyidőben történő elszívása (b), majd a gázminták elemzése.
A gázkibocsátást digitális tömegáram-szabályozó Brooks 5850S egységek végzik (0,7 % ill. 0,2 % FS), a mintavételezést illetve a gázminták egymás utáni detektorra juttatását pedig egy saját fejlesztésű mintavevő berendezés. A koncentrációk meghatározása lángionizációs detektorral történik. (FID)
Lehetőség van szennyezőanyag-források körüli koncentráció meghatározására a szennyező forrás helyén kibocsátott olajköddel is, amelyet lézersíkkal világítunk meg, és nagy intenzitásérzékenységű kamerával digitalizálunk. Az alkalmazott lézersík 6 mW-os folyamatos üzemű lézert használ, a síkot rezgőtükör hozza létre. A kamera LaVision Imager Intense 10 bit színmélységgel, 30fps maximális rögzítési sebességgel és 640x480 pixel felbontással.

Szondamozgató traverzek

Ahol szükséges (CTA-szonda, LDA optika stb. esetén), a szenzorokat a mérőtérben  nagy pontossággal mozgatni tudjuk, így a mért fizikai jellemző térbeli eloszlását tudjuk mérni (pld. a sebesség változását egy egyenes mentén - sebességprofil). A mozgatáshoz léptetőmotoros meghajtású, nagy merevségű lineáris egységeket (Isel) alkalmazunk, kb. 0,05 mm-es pozícionálási pontossággal, számítógépes vezérléssel. nagy szélcsatornáról is kéne pár szekszi kép! minden szélcsatornánk rendelkezik ilyen rendszerrel?

Áramlások vizualizációja

A fizikai jellemzők mérése mellett az áramlási vizsgálat fontos része az áramlási mechanizmusok megértését elősegítő áramlásmegjelenítés. Ennek számos módja van, laboratóriumunkban ezekből a következőket használjuk:
Áramlás vizualizáció olajköddel és lézersíkkal
Az áramlásba olajködcsíkokat vezetünk, ezeket hagyományos fénnyel vagy lézersíkkal világítjuk meg.

Homokerózió

A vizsgált modell feketére festett felületét fehér, azonos szemcseméretű homokkal szórjuk be. A különböző sebességű szél által elhordott homok helyén megjelenő fekete foltok fényképezésével a helyi szélviszonyokat jellemző digitális intenzitásképek készíthetőek.
képet, mert ez is mutatós
További, általunk már kipróbált módszerek:
Felületi áramvonalak megjelenítése festék-paraffin keverékkel
Áramvonalak megjelenítése „smoke wire” technikával
Mérésvezérlés és adatgyűjtés
Valamennyi mérőeszköz és berendezés a mérést végző Windows PC-hez kapcsolódik. Az analóg és digitális I/O-t National Instruments Labview 6.1 ill. 8.0 rendszerben írt programokkal végezzük, PCI, PCMCIA vagy USB interfészű adatgyűjtő eszközökkel (mintavételi frekvencia 20-200kHz) illetve, ha a mérőeszköz digitális interfésszel rendelkezik, RS-232 vagy RS-485 porton keresztül. A mérési adatok többnyire ASCII fájlokban kerülnek archiválásra.

Kalibráció

Mérőeszközeinket – amelyiket szükséges – rendszeresen kalibráljuk.
 Műszer     Kalibrálás
 Nyomástávadók     Mérési naponta, OMH által hitelesített Betz mikromanométerhez
 Barometrikus nyomástávadó     Gyári kalibráció
 Pt100 hőmérő     Gyári kalibráció
 Hődrót-anemométer (CTA)     Minden mérési nap elején és végén
 Lézer-doppler anemométer (LDA)     Nem szükséges
 Erőmérő cellák     Mérések előtt és után
 Brooks tömegáram szabályozók     Gyári kalibráció
 Lángionizációs detektor (FID)     Minden mérés előtt és mérés közben is.
Analóg I/O adatgyűjtő eszközök      Gyári kalibráció

Adatfeldolgozás, kiértékelés, megjelenítés

Adatfeldolgozásra általában MS Excelt, National Instruments Labview-t, Tecplot 360-at alkalmazunk. Mérési eredményeinket így meg tudjuk jeleníteni más (például numerikus szimulációs) eredményekkel közös ábrán. Méréseinkről igény esetén videofelvételt tudunk készíteni. A mérésről jelentést készítünk nyomtatott és digitális formában, valamint kérésre elektronikus prezentációt is.
 

 

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem       BME Gépészmérnöki Kar