La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

La presentazione è in caricamento. Aspetta per favore

1 MISURE DI VELOCITA DEI FLUIDI. 2 La velocità dei fluidi La velocità dei fluidi Il tubo di Pitot Il tubo di Pitot Lanemometro a filo caldo Lanemometro.

Presentazioni simili


Presentazione sul tema: "1 MISURE DI VELOCITA DEI FLUIDI. 2 La velocità dei fluidi La velocità dei fluidi Il tubo di Pitot Il tubo di Pitot Lanemometro a filo caldo Lanemometro."— Transcript della presentazione:

1 1 MISURE DI VELOCITA DEI FLUIDI

2 2 La velocità dei fluidi La velocità dei fluidi Il tubo di Pitot Il tubo di Pitot Lanemometro a filo caldo Lanemometro a filo caldo ARGOMENTI DELLA LEZIONE

3 3 LA VELOCITA DEI FLUIDI

4 4 Il moto dei fluidi e un fenomeno complesso. La velocitadei fluidi e V = f (x,y,z,t) CAMPO DI MOTO X y z P V=V(x,y,z,t)

5 5 Flusso turbolento: In un punto P(x,y,z) si puo scomporre la V(t) in componente media V e fluttuante V(t) V(t)=V+V(t) V Es: V = 10 m/s d = 1 mm t=10 -4 s f=10 kHz di V(t) interessano valore RMS e spettro Convezione di strutture vorticose

6 6 Strumenti per la misura della velocità V(x,y,z,t): sonde locali (tubo di Pitot, filo caldo ecc.) misurano V(x i,y i,z i,t) (osservatore euleriano) + sistema di scansione x, y, z

7 7 Strumenti per la misura della velocità V(x,y,z,t): tecniche globali (basate sullanalisi di immagini) misurano V(x,y,z,t i ) + analisi di sequenze di immagini

8 8 Flusso stazionario: la V media è costate nel tempo campo di moto medio V(x,y,z) misurabile con scansione di una sonda su griglia di punti (es. prove in galleria del vento)

9 9 campo di moto periodico misurabile mediante scansione di una sonda su griglia di punti (es. aspirazione m.c.i.) Flusso periodico: la V è periodica

10 10 una sonda non può determinare il campo di moto (es. esplosione) Flusso implusivo o non periodico

11 11 Fluidodinamica interna di - macchine- impianti - veicoli- edifici Esempi di settori interessati alla misura della velocità di fluidi: Aerodinamica esterna di - velivoli- veicoli terrestri - edifici- ponti

12 12 Misure: sul campo o nel sistema reale: problemi di ambiente, accesso ai punti di misura

13 13 Misure: su modelli (es. galleria del vento): problemi di similitudine (scala, turbolenza ecc.)

14 14 Misure: Confronto con codici di calcolo

15 15 IL TUBO DI PITOT

16 16 TUBO DI PITOT: ANALISI DEL FUNZIONAMENTO E una sonda che misura in un punto del campo di moto TEOREMA DI BERNOULLI (conservazione dellenergia) |V| 1 p 2 v2cost per una linea di corrente in fluido incomprimibile e non viscoso in moto orizzontale (M<1)

17 17 1 p 2 v2cost PTPTPTPT V 2 /2 V 2 /2 PSPSPSPS

18 18 ad un punto di ristagno V=0 P T = pressione totale o di ristagno P S = pressione statica = densita del fluido = densita del fluido T S P T P S +12 V 2

19 19 Quindi Misuro (p T - p S ) e calcolo V, nota. Relazione non lineare Sensibilità variabile Sensibilità bassa a basse velocità V 2p T p S (P T -P S ) V

20 20 Tubo di Pitot = sonda ad ogiva con presa di pressione totale a prua e prese di pressione statica lungo logiva. PTPTPTPT PSPSPSPS

21 21 Il P= (p T - p S ) viene misurato mediante manometri differenziali connessi al tubo di Pitot con tubicini Manometro differenziale ad U P = g h h

22 22 Tipici valori di P = (p T - p S ) in aria: 1.2 kg/m kg/m 3 v 1 m/s v 10 m/s p molto piccoli in aria. p molto piccoli in aria. Quindi occorrono manometri (o trasduttori di P) differenziali molto sensibili. p 1 2 v 2 0.6Nm mmH 2 O p 60 N m 2 6 mmH 2 O

23 23 Tubi di collegamento tra le prese di pressione e manometro sono filtri passa basso. Solo |V| MISURE IN CONDIZIONI DINAMICHE Se V(t) P(t)

24 24 Il modello e ideale. Esistono fonti di incertezza legate alla misura di p T e p S e alla conoscenza di alla misura di p T e p S e alla conoscenza di V 2p T p S INCERTEZZA di MISURA con TUBI di PITOT

25 25 Incertezza legata alla forma del foro di una presa di pressione statica, P SM °P S e% = (P S -P SM )/( V 2 /2) INCERTEZZA sulla MISURA DI p S Forma di riferimento D No ! Foro privo di imperfezioni superficiali e% Foro privo di imperfezioni superficiali e% Meglio D Meglio D e% e%

26 26 Incertezza dovuta alla posizione delle prese di pressione p S X P(X) - P S V 2 /2 V 2 /2 P(X)=P TOT X P(X)


27 27 X P(X) - P S V 2 /2 V 2 /2 P(X)=P TOT X P(X) P TOT P(X)


28 28 Incertezza su P T causata da disallineamento della ogiva con il flusso °30°15°015°30°45° V P T -P TM P T P T15°

29 29 Incertezza su P S causata da imperfetto allineamento della ogiva con il flusso. V V V V // A A Sez.A-A V V = ± 42.5° = ± 42.5° Con prese di P S a ± 40° 45° si ottiene insensibilità ad angolo di attacco solo in un verso)

30 30 Incertezza su P T dovuta alla viscosita Se Re ----> effetto trascurabile p Tm p T c v22 RevR c Re Profili di velocità Zona di azioni viscose

31 31 Incertezza legata alluso di una sonda di dimensioni finite. 1)errori di inserzione in condotti. A0A0A0A0 V0V0V0V0 (A 0 -A p ) VPVPVPVP vv A p A 0 V P >V 0 Inoltre il tubo causa perdite di carico P

32 32 2) errori di inserzione in prossimita di pareti. Y D Y/D V/V V/V

33 33 Errori di misura p T in gradienti di V --> p Tm > p T Come se si misurasse in punto spostato di Come se si misurasse in punto spostato di

34 34 LANEMOMETRO A FILO CALDO

35 35 Misura V (t) fino ad alte frequenze Uscita = E(t) Sensore = Filo elettrico o film conduttore scaldato dalla corrente I ed esposto al flusso V Filo elettrico R W R W I 2 T W Filo elettrico R W R W I 2 T W Flusso V T W Flusso V T W

36 36 Filo caldoL 1 3 mm d 5 m volume di misura molto piccolo molto fragile ! molto fragile ! RIVESTIMENTO DI RAME FILO DI TUNGSTEN O mm SUPPORTI V I IL SENSORE

37 37 Film caldo su supporto meccanico con o senza isolante elettrico Supporto a cuneo in vetro Film metallico in Pt Supporto cilindrico in vetro Volume di misura più grande Migliore resistenza meccanica (liquidi)

38 38 PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO varia la corrente I varia la corrente I per mantenere T W = cost per mantenere T W = costElettronica mantiene I = cost e T W varia mantiene I = cost e T W varia Scambio termico tra filo e fluido è f (V) Filo elettrico R W R W I 2 T W Filo elettrico R W R W I 2 T W Flusso V T W Flusso V T W

39 39 PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO varia la corrente I varia la corrente I per mantenere T W = cost per mantenere T W = costElettronica mantiene I = cost e T W varia mantiene I = cost e T W varia ANEMOMETRO a T W = cost da cui ANEMOMETRO a I = cost Scambio termico tra filo e fluido è f (V) Filo elettrico R W R W I 2 T W Filo elettrico R W R W I 2 T W Flusso V T W Flusso V T W

40 40 SCHEMA DI FUNZIONAMENTO I V E Q IN = R W I 2 potenza termica prodotta Q OUT = d L(T W -T A )potenza termica asportata dal flusso R W = resistenza filod= diam. filo L= lunghezza filoT W = temp. filo T A = temperatura fluido = coeff. di scambio termico convettivo forzato = coeff. di scambio termico convettivo forzato

41 41 Convezione forzata per i cilindri = ( A + B V n ) n 0.5 = ( A + B V n ) n 0.5 allora allequilibrio Q IN = Q OUT (1)R W I 2 = ( A + B V n ) d L ( T W -T A ) V

42 42 Ogni filo o film e diverso da ogni altro A, B, d, L, R W sono caratteristiche da filo a filo. A, B, d, L, R W sono caratteristiche da filo a filo. T W non euniforme. calibrazione individuale di ogni filo calibrazione individuale di ogni filo va calibrato nel flusso alla T A di lavoro va calibrato nel flusso alla T A di lavoro

43 43 da tale relazione si nota che: SE I = cost V --> R W ( CIOE T W ) SE T W = cost V --> I R W = cost R W = cost E W2R W R W I 2 = ( A + B V n ) d L ( T W -T A )

44 44 Taratura con V nota: - confronto con Pitot - ugelli di taratura TIPICA CURVA INGRESSO-USCITA V E V E0E0E0E0 E W2R W R W I 2 =( A + B V n ) d L( T W -T A )

45 45 RISPOSTA DINAMICA Nel caso non stazionario m W CdTW dt lequazione descrive un sistema del 1° ordine se T W varia il sistema sarà lento Meglio T W = cost sistema veloce R W I 2 =( A + B V n ) d L( T W -T A )

46 46 Se I = cost 0le inerzie termiche limitano la dinamica a f MAX Hz dTW dt Se T W = cost 0le inerzie termiche non pesano piu e il sistema lavora fino a f MAX 50 kHz dT W dt

47 47 CIRCUITO A CORRENTE COSTANTE I cost ingresso a ponte di Wheatstone Sorgente di corrente costante Sonda a filo caldo + cavi R W R1R1R1R1 R1R1R1R1 R E Si alza R e si alza I fino ad equilibrio con V = 0. Il filo si scalda. Se V ° 0 --> ponte si sbilancia perche R W Se V ° 0 --> ponte si sbilancia perche R W Posso leggere sbilanciamento E = f ( V )

48 48 CIRCUITO A TEMPERATURA COSTANTE A R1R1R1R1 R1R1R1R1 R L L C Offset E 1 Filo caldo e E = E 1 + Ae Uscita E=Ae+E 1 alimenta il ponte (retroazione) se V T W R W E I T W T W =cost Risposta in frequenza f MAX 50 kHz.

49 49 CALIBRAZIONE DINAMICA test dellonda quadra Onda quadra ai capi del filo caldo e si regolano L ed A per avere risposta come in figura. f C 11.3 W A R1R1R1R1 R1R1R1R1 R L L C e E E t t W 3% max

50 50 Il filo caldo a temperatura costante è lo strumento piu adatto per misure di turbolenza Possibilità di analisi spettrale V(t) t

51 51 SENSIBILITA ANGOLARE V eff =f (V, ) Il filo caldo e sensibile allangolo di incidenza del flusso. Occorre calibrazione con 0. V

52 52 In flussi con incognito si usano sonde a 2 fili non paralleli I due segnali si possono elaborare per determinare V ed. E V=30m/s V=20m/s V=10m/s -50° 0° 50° V

53 53 Il filo caldo e insensibile al verso del flusso.Il filo caldo e insensibile al verso del flusso. E sensibile allallineamento con V E sensibile allallineamento con V E intrusivo errori di inserzione.E intrusivo errori di inserzione. E molto sensibile al disturbo elettro-magnetico (ottima antenna ! )E molto sensibile al disturbo elettro-magnetico (ottima antenna ! ) ALCUNI PROBLEMI


Scaricare ppt "1 MISURE DI VELOCITA DEI FLUIDI. 2 La velocità dei fluidi La velocità dei fluidi Il tubo di Pitot Il tubo di Pitot Lanemometro a filo caldo Lanemometro."

Presentazioni simili


Annunci Google