2013.

Technische und Wirtschaftswissenschaftliche Universit ät Budapest

Lehrstuhl für Strömungslehre I. Labormessung

Allgemeine Informationen

• • • • Webseite des Lehrstuhls:

www.ara.bme.hu

Kommunikation mit dem Lehrstuhl:

www.ara.bme.hu/poseidon

(Klausure rgebnisse, Messprotokoll, Präsentation, …) Messgruppen – 4 Personen I. Klausur über die Messungen - 5.Woche, Wiederholklausur – 6.Woche

(positives Ergebnis ist nötig zum Anfang der Messungen)

Méréselőkészítő 2.

• • • •

Allgemeine Informationen Kalendar:

• • • • • • • 1. Labor: Instrumenten, Methoden, 2. Labor: Fehlerabsch ätzung, Messstände 3. Labor: Laborklausur 4. Labor: Messung A 5. Labor: Abgabe Messung A, Messung B 6. Labor: Abgabe Messung B, Konsultation zur Präsentation

.

7. Labor: P räsentation Messprotokoll bis Ende der Woche nach der Messungswoche (bis Sonntag, 24h).

Konsultation vor und nach der Abgabe.

einmalige Korrektion möglich nach der Abgabe 2004 2009

Méréselőkészítő 3.

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

Méréselőkészítő 4.

• • •

Δp Messung/ U-Rohrmanometer I.

Rohrströmung Absperrklappe Ringleitung Gleichgewichtsgleichung des Manometers: H

p 1

 r

ny p 1 p B



g



H



p 2

  

p J p 2

 r

m

  r

ny

r

ny

 

g



g

 

H

 D

h

 D

h

  r

m



g

 D

h

Kann vereinfacht werden, wenn r ny << r m (z.B. Luft strömt, Wasser Messmittel)

p 1



p 2

 r

m



g

 D

h

Méréselőkészítő

Wichtig ) p B > g D p J

5.

Δp Messung/ U-Rohrmanometer II.

Gleichung des Manometers D

p

  r

m

 r

ny

 

g

 D

h

Dichte des Messmittels r m (Grössenordnung) r

Hg



13600 kg m 3

r

Alcohol

r

víz



1000 kg m 3



kg 830 m 3

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

Luft



R p 0



T



1 , 19 kg m 3 p 0 - nahe zum atmosphärischen Druck [Pa] ~10 5 Pa R - spezifischen Gaskonstante der Luft 287[J/kg/K] T - Lufttemperatur [K] ~293K=20 °C

Méréselőkészítő

D

6.

Δp Messung/ U-Rohrmanometer, Messfehler III.

Messwert: D

h



10 mm

Ablesegenauigkeit = 1mm: Absoluter Fehler:   

1 mm

Richtige Schreibweise mit dem Fehler(!) D

h



10 mm



1 mm

Relativer Fehler:    D D

h h



1 mm 10 mm



0 , 1



10 %

• • Nachteile: Ablesefehler geht zweimal in die Rechnung ein Genauigkeit ~1mm • • Vorteile: Einfach, robust zuverlässig

Méréselőkészítő 7.

Δp Messung/ "umgekehrtes" U-Rohrmanometer

Manometersgleichung

p 1



p 2

  r

W

 r

L

 

g



h

Meistens wird bei Wasserleitungen gebraucht Statt Quecksilber das Messmittel ist Luft Dasselbe Druckunterschied grössere Auslenkung!

erzeugt 12,6mal

2009.

tavasz Méréselőkészítő 8.

Δp Messung/ Betz Mikromanometer

Absoluter Fehler wird mit optisch vergrösserten Ablesung erniedrigt!

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

h



10 mm



0 , 1 mm

Relativer Fehler:    D D

h h



0 , 1 mm 10 mm



0 , 01



1 %

2009.

tavasz Méréselőkészítő 9.

Δp Messung/ Schrägrohrmikromanometer

Manometergleichgewichtsgleichung D

p

  r

m



ny

 

g

 D

h

D

h



L



sin

 D Ablesefehler:  L~ ±1mm, Relativer Fehler mit α=30°: 

L L

  D

L h sin

 

1 mm 10 mm sin 30

 

0 , 05



5 %

Relativer Fehler hängt von dem Winkel ab f(α)

2009.

tavasz Méréselőkészítő 10.

Δp Messung / Mikromanometer mit gekrümmten Rohr

Wurde an der Lehrstuhl für Strömungslehre entwickelt.

Relativer Fehler wird konstant gehalten im ganzen Messbereich.

2009.

tavasz Méréselőkészítő 11.

Δp Messung/ EMB-001 Digitalmanometer

Wichtigsten Tasten Ein/Ausschalten RECALL Sensor I/II schalten Druckdifferenz auf 0 Pa Schalte Durchschnittszeit (1/3/15s) Grüne Taste „0” danach „STR Nr” (stark empfohlen) „CH I/II” „0 Pa” „Fast/Slow” (F/M/S) Druckmessinterval: Absoluter Fehler:

p

1250

Pa

 D  2

Pa

Méréselőkészítő 12.

Δp Messung / Statischen Druckmessrohr

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

Méréselőkészítő

a) richtig b), c) falsch

13.

Geschwindigkeitsmessung

• • Pitot-Rohr (Staudrucksonde) Prandtl Rohr (Prandtl’sche Stausonde)

2009.

tavasz Méréselőkészítő 14.

Geschwindigkeitsmessung / Pitot-Rohr

Pitot, Henri (1695 1771), französischer Ingenieur p g Druck der angehalteten Strömung (Gesamtdruck) p st Druck auf einer, mit der Strömung parallel stehenden Oberfl äche (statischer Druck)

p d



p g



p st

Differenzdruck ist der dynamische Druck:

p d

 r

ny 2



v 2

Geschwindigkeit kann berechnet werden:

v



2

r

ny



p d

2009.

tavasz Méréselőkészítő 15.

Geschwindigkeitsmessung / Prandtl -Rohr

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

2009.

tavasz Méréselőkészítő 16.

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

Méréselőkészítő 17.

Durchschnitts aus mehren gemessen v Werten

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

v i



2

r

ny

 D

p i v 1

 r

2 ny

 D

p 1

1.

2.

3.

4.

v



2

r

ny

 D

p 1



2

r

ny

 D

p 2



4 2

r

ny

 D

p 3



2

r

ny

 D

p 4



2

r

ny

 D

p 1

 D

p 2

 D

p 3 4

 D

p 4

RICHTIG FALSCH

Méréselőkészítő 18.

Volumenstrommessung / auf Geschw. basierend Nicht Kreisquerschnittsrohre

q v

 

A v



dA



i n

 

1 v m i,

 D

A i

Wenn: D

A 1

 D

A 2

 D

A i



A n q v

 D

A i



i n

 

1 v m i,



A n



i n

 

1 v m i,



A



v q v

1

q v

2 1.

2.

q v

3

q v

4 3.

4.

Méréselőkészítő 19.

Volumenstrommessung / auf Geschw. Basierend I.

Kreisquerschnitt, 10 Punkt (6Punkt) Methode

•Brauchbar für paraboloidförmigen (10P Methode) und für turbulente Geschwindigkeitsverteilung (6P Methode) •Stationären Strömung Methode in Norm festgelegt, Messpunkte aus dem Norm (

MSZ 21853/2)

: S i /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 II.

Kreisquerschnitt, 10 Punkt (6 Punkt) Methode

q v



A



v 1



v 2



...



v 10 10

Teilquerschnitte müssen die gleiche Grösse haben:

A 1



A 2



...



A 10

Vorteile: Strömung wird nicht gestört Optimal zur individuellen Messung Einfach, leicht verwirklichbar Nachteil: Stationären Strömung nötig während der Messung Messfehler kann grösser sein

Méréselőkészítő 21.

Volumenstrom / Differenzdruck-Verfahren Venturi-Rohr

A 1 Bei niedrigen Druckver änderung ( r =konst.):

q v



v



A



konst

 

v



m 3 s q v



v 1



A 1



v 2



A 2

Bernoullische Gleichung ( r =konst., U=konst., Verluste vernachl ässigbar):

p 1



v

r

2 v 2 2

 r

2 ny

r ny r m p 1

v 1

  r

m

r

ny 2

  r

ny

    

d d 2 1

   

4 g

 D

h



1

    r

ny 2

 D

p

    

d d 2 1

 

4



1

   A 2 p 2 H D h

Méréselőkészítő 22.

Volumenstrom / Differenzdruck-Verfahren Durchflussmessblende

In Norm festgelegt => sehr genau

q v

    

d 2 mp 4

  

2

D

p mp

r b = d mp /D d mp [m] D [m] Re D = vD/ n v [m/s] n [m 2 /s] Δp mp   k Durchmesserverhältnis, Durchmesser der Bohrung Durchmesser der Rohrleitung

Reynolds-Zahl

Durchschnittsgeschwindigkeit in der Rohrleitung kinematische Viskos itä t [Pa] Druckunterschied gemessen an der Messblende K ompressibilitätsfaktor (  ( b,t,k )~1 wenn Δp mp >5000Pa, und p1 nahe atmosphärisch) Durchflusszahl,  =( b ,Re D ) (in Norm definiert!) Isentropische Exponente

Méréselőkészítő 23.

Volumenstrom / Differenzdruck-Verfahren Saugmessblende, nicht normiert

Nicht genormt

q v

   

0 , 6

  

d 2 mp 4

  

2

 D r

p mp q v



k



d 2 besz 4

  

2

 D

p mp

r

2009.

tavasz Méréselőkészítő 24.

Messfehlerabschätzung bei mehreren Messwerten I.

Messfehler der Geschwindigkeitsmessung

Dinamischer Druck gemessen mit Prandtl-Rohr: p d =486,2Pa Umweltparametern: p 0 =1010hPa ; T=22 °C (293K);

v

Spez. Gaskonstante des Luftes R=287 J/kg/K 

2

r

lev

 D

p d

r

lev



R p 0



T v



28 , 45 m s

r

lev



1 , 2 kg m 3 v



f



T , p 0 ,

D

p d , Kons tan te

 Messvariablen mit Messfehler belastet (X i ): Ablesefehler des atm. Druckes  p 0 =100Pa Messfehler der Temperaturmessung,  T=1K Messfehler der Druckmessung (EMB-001) D p i )=2Pa

Méréselőkészítő 25.

Messfehlerabschätzung bei mehreren Messwerten II.

Messfehler der Geschwindigkeitmessung

Absoluter Fehler allgeimein 

R



i n

 

1

  

X i

  

R X i

 

2 R X 1



v



T ; X 2



p 0 ; X 3

 D

p d

 p,  T, D p d ) 

v



T



2 R



1 2



T



1 2



1 p 0

 D

p d



0 , 00366 s m



K

 

v p 0

  D

v p d

 

2 R



2 R



T

 

1



2 p 0



3 2



T



1 p 0



1 2

D

p d

 D

p d



1 2



1 , 4



10



4 s m



Pa



0 , 029 s m



Pa

2009.

tavasz Méréselőkészítő 26.

Messfehlerabschätzung bei mehreren Messwerten III.

Messfehler der Geschwindigkeitmessung

Absoluter Fehler der Geschw. Messung: 

v

   

T



2 R

D

p d p 0



1 2



T



1 2

 

2

   

p 0



2



R



T

 D

p d

 

1 2



p 0



3 2

 

2

     D

p d

 

2



R



T p 0



1 2

 D

p d



1 2

 

2



v



0 , 05977 m s

Relativer Fehler: 

v



0 , 0021



0 , 21 % v

Ergebnis mit dem Fehler:

2009.

tavasz Méréselőkészítő

v



28 , 45



0 , 05977 m s

27.

Infomaterialen

www.ara.bme.hu/poseidon Sparache wählen (rechts oben) login ->username: neptun-kennzeichen (kleine Buchstaben), password: NEPTUN KENNZEICHEN (kapitale Buchstaben) „Egyéb tantárgyinformációk” / „Course Informations” BMEGEATAG11 -> deutsch Oder www.ara.bme.hu

In ungarisch > „Letöltés” > „Tantárgyak” > BMEGEATAG11 ->deutsch oder direkt: www.ara.bme.hu/oktatas/tantargy/NEPTUN/BMEGEATAG11/DEUTSCH Selbstkontrolle von Laborprotokolle: www.ara.bme.hu/lab

Vorbereitung für die Labormessungen

• In Vorbereitung auf die Labormessungen, müssen alle Mitglieder der Messgruppe die Messung kennenlernen.

• In dem Poseidon-System muss überprüft werden, welche Messung und welche Aufgabe zu der Gruppe zugeordnet ist (zB. M03 / c).

• Eine Hand geschriebener Messungsplan muss durch die Laborleiters vorbereitet werden. Diese Übersicht sollte folgende Angaben enthalten: • Informationen der Messgruppe (Namen, Neptun Kennzeichen) • Raum für die Unterschrift des Messungvorgesetzten.

• Eine Liste der Instrumente, die während der Messung verwendet werden, und Raum für die Seriennummern, die während der Messung dokumentiert werden sollen.

• Eine Tabelle für die Dokumentation der gemessenen und berechneten Werte (zB. Atmosphärischer Druck, Temperatur, etc.) • Die Gleichungen, die notwendig sind, um die Messung und den damit zusammenhängenden Berechnungen abzuschließen, und Platz für die Überprüfung der Berechnungen.

• 1 Stück A4-Millimeterpapier muss mitgebracht werden

•

Während der Labormessung

Zu Beginn des Labors der Hand geschriebene Messungsplan wird durch den leitenden Doktoranden/Assistenten überprüft, und Fragen werden gestellt, um zu prüfen, ob die Gruppe für die Messung vorbereitet ist.

• Wenn die Gruppe nicht vorbereitet ist, werden sie zur Wiederholung zurückgerufen.

• Während die Messung stellt der leitender Doktorand/Assistent Aufgaben um die Messwerte und die Kalkulationen zu prüfen

• • • • •

Nach der Messung

Ein Protokoll muss über die Messung gefertigt werden.

Für die Labormessungen, bei denen eine automatische Kontrolle der Berechnungen im Internet möglich sind, müssen die Berechnungen überprüft und vom System akzeptiert werden.

www.ara.bme.hu/lab Nachdem die Berechnungen akzeptiert sind, muss das Protokoll mit den Berechnungen (pdf+xls in einem Zip File) in das Poseidon-System aufgeladen werden.

Die Protokolle sollen bis Ende der Woche nach der Messwoche aufgeladen werden.

Die Messprotokolle werden innerhalb von 2 Tagen überprüft, und die Messgruppe wird durch Poseidon darüber informiert. Wenn das Protokoll nicht akzeptiert wurde , gibt es eine Möglichkeit, das Protokoll in einer Woche zu korrigieren.

Nach der Labormessung

• Konsultation: • Bei Balázs Istók, nach E-mail-Vereinbarung • Voraussetzungen für das Protokoll: • Das Protokoll kann maximal 6 Seiten lang + der gewünschten Protokolltitelseite + Anlagen sein.

• Die Anlagen müssen die folgenden enthalten: • von Hand geschriebener und ausgefüllter Messplan in gescanntem Format • Kalibration des Digitaldruckmessers • Alle Laborprotokolle müssen original und von der Messgruppe gefertigt sein! Jeder kopierter Teil, der nicht von der Gruppe gefertigt ist muss mit Literaturreferenz an stelle des Vorkommens gekennzeichnet und in der Literaturverzeichnis aufgezählt werden. Das Aufladen von kopierten Protokollen wird streng bestraft!

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