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