Vortex áramlásmérő nemlineáris viselkedésének vizsgálata
Vortex áramlásmérő nemlineáris viselkedésének vizsgálata
Fenyvesi Bence MSc II. évf.
e-mail: fenyvesi.bence.4@gmail.com
Konzulens: Dr. Horváth Csaba, Áramlástan Tanszék
e-mail: horvath@ara.bme.hu
Az örvényhagyó elven működő vortex áramlásmérők széles körben alkalmazhatóak cseppfolyós, illetve gáz/gőz közegek térfogatáram-méréséhez. A műszer áramlástechnikai elve alapján amennyiben egy testet olyan áramlásba helyezünk, amelynek jellemző Reynolds-száma egy adott tartományon belül esik, a testről Kármán-féle örvénysor úszik le. Ebben a Reynolds-szám tartományban a Strouhal-szám állandóságát feltételezve az örvények leválási frekvenciája arányos a közeg sebességével, ezáltal pedig a térfogatárammal is.
A módszer kritikus pontja a Strouhal-szám értékének változékonysága a vizsgált Reynolds-szám tartományon. Ideális esetben – a Strouhal-szám Reynolds-szám függetlensége esetén – tökéletesen lineáris karakterisztikájú áramlásmérő műszer lenne kialakítható, amely az örvényleválás frekvenciájával teljes mértékben arányos térfogatáram-adatot szolgáltatna a mérési tartomány egészén.
Vizsgálataim motivációja, hogy egy ipari vortex áramlásmérő kalibrációs esettanulmányán keresztül elvégezzem a műszer nemlineáris viselkedésének kritikai elemzését, és ezáltal feltárjam a Strouhal-szám Reynolds-szám függésének részleteit. Ezen vizsgálatok elvégzéséhez egy – a rendelkezésemre álló mérőműszer kalibrálására alkalmas – berendezést terveztem, amelyet a tervek alapján megépítettem. Mivel a Kármán-féle örvénysor leválása egy meghatározott Reynolds-szám tartományban való vizsgálathoz kötött, a műszer gyártója által megadott mérési tartomány betartása különösen fontos szempont. Emellett a vizsgált nemlinearitás kicsiny volta miatt erősen indokolt, hogy egy-egy mérési beállítást stabilan tartson a rendszer, beleértve a hőmérséklet és a térfogatáram pontos állíthatóságát, illetve azok állandó értéken tartását is, ezáltal csökkentve a kalibrálási módszer hibáját.
A kalibrációs mérések elvégzése után a megszerzett mérési adatokat részletesen kiértékeltem, azokat témába vágó szakirodalmi adatokkal összevetettem. A mérési eredményekből kiindulva felmértem, hogy az instabilitások – bár az előzetes feltevésemnek megfelelően kismértékűek –valóban jelen vannak a folyamatban. A jelenség más oldalról való megközelítése, illetve az instabilitások pontosabb megértése érdekében a rendelkezésre álló geometriai adatok felhasználásával kiegészítő numerikus áramlástani vizsgálatokat is végeztem az áramlásmérő modelljén.
E vizsgálatok hozzájárulnak más olyan jelenségek mélyebb megértéséhez is, melyekben az örvényleválás kulcsszerepet játszik. Ilyen jelenség a ventilátor-lapátok, szárnymetszetek örvényzaja. E témakör az Áramlástan Tanszék egy aktuális kutatási területe, mely szerint a lapátvégeken keletkező örvényzaj frekvenciáját befolyásolhatja a szárnymetszetre jellemző Strouhal-szám – Reynolds-szám kapcsolat.
