Periodikusan mozgó, áramlásba helyezett testek ellenállástényezőjének mérése
Periodikusan mozgó, áramlásba helyezett testek ellenállástényezőjének mérése
Huzsvár Tamás MSc II. évf.
e-mail: thuzsvar@hds.bme.hu
Konzulens: Dr. Hős Csaba, Hidrodinamikai Rendszerek Tanszék
e-mail: cshos@hds.bme.hu
Napjainkban a nyomáshatároló szelepek az légköritől eltérő nyomáson zajló technológiák elsődleges túlnyomással szembeni védelmi eszközei. A hasadó tárcsákhoz képest előnyük abban rejlik, hogy lefúvatáskor nem szenvednek maradandó károsodást, így nem csak nyomásvédelmi, de szabályozási célokra is felhasználhatóak. Működésük közben azonban a rugós nyomáshatároló szelepek esetében, bizonyos kedvezőtlen üzemállapotokban a szeleptest periodikus mozgása (rezgése) figyelhető meg. Szakirodalmi források alapján ismert, hogy az áramlásba helyezett, periodikusan mozgatott testek ellenállástényezője nagyban eltér az állandósult állapotban mérhetőtől, így e jelenség a szelepek esetében nem csak méretezési nehézséget, de komoly biztonságtechnikai kockázatot is rejt magában, a megnövekedett ellenállástényező következtében a szelepszárra ható többlet erő végett.
A vizsgálat során a BME Hidrodinamikai Rendszerek Tanszékének laboratóriumában található, áramlásba helyezett, periodikusan mozgatott testek vizsgálatára szolgáló mérőgéppel végeztük el a leggyakoribb szeleptest alakok – gömb, kúp és sík körlap – ellenállástényezőjének meghatározását mind állandósult, mind pedig periodikusan gerjesztett állapotban. A periodikus mérések során mindhárom mérőtest esetében azonos, előre meghatározott frekvencia lépcsőkön történtek a vizsgálatok, számos térfogatáram esetén. A mérőrendszer ellenőrzését a mérőtestekre mozgás közben ható tehetetlenségi erő segítségével végeztük el, mivel ennek értéke analitikusan is kiszámítható. A rendszer további ellenőrzése céljából az állandósult állapotban mérhető ellenállástényezőket szakirodalmi forrásokkal és CFD szimulációkkal vetettük össze. A blokkolási tényezővel való korrigálást is elvégeztünk. Mivel az ellenállástényező értéke nagyban függ a mért erő amplitúdójától, így egy olyan jelsimítási optimumot kellett találnunk, mely a lehető legkisebb mértékben befolyásolja a feldolgozott erőjel amplitúdóját. Ezt a Savitzky-Golay simítás paraméter optimalizációján keresztül valósítottuk meg.
Az instacionárius állapot ellenállástényezőjének meghatározásához az adott témában széles körben alkalmazott Morison-féle egyenletet illesztettük a mérési adatokra. Ezen eredmények feldolgozása után - a szakirodalmi forrásokkal egybevágóan - bizonyítást nyert számunkra, hogy a periodikus gerjesztés az állandósult állapotban mérhető ellenállástényező értékéhez képest jelentős növekedést okoz. Illetve ennek mértéke azonos áramlási sebesség mellett, a rezgési frekvencia növelésével együtt növekszik, így lehetőségünk nyílt egy kritérium becslésére mely megadja, hogy milyen rezgési frekvencia felett szükséges a dinamikus ellenállástényező figyelembevétele.
Irodalom:
1. G. H. Keulegan and Carpenter L. H. Forces on cylinders and plates in an oscillating fluid. Journal of Research of the National Bureau of Standards, 60(5):423–440, 1958.
2. T. SARPKAYA (1981): Morison’s equation and the wave forces on offshore structures. Technical report, Naval Civil Engineering Laboratory
3. Cs. J. Hős, A. R. Champneys, K. Paul, and McNeely M. Dynamic behavior of direct spring loaded pressure relief valves in gas service: Model development, measurements and instability mechanisms. Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 2014.
