= c − c
c (4.2-2)
5. Měření parametrů trysek
Těmito vírovými útvary je pak vefukované palivo během směšování značně ovlivněno a v závislosti na počátku a konci vefuku vůči poloze pístu v sacím, eventuelně v kompresním zdvihu dochází k vytvoření homogenní případně nehomogenní směsi vůči zapalovací svíčce.
Podle druhu zjednodušení těchto vlivů je určeno použití dané metody ke zjištění parametrů trysek.
5.1 Výfuk plynů do volného ovzduší
Simulace pro zjišťování parametrů trysek do volného ovzduší patři mezi nejjednodušší, ale zároveň také nejméně vypovídá o vlivu vefukování na projev motoru.
Tato zkouška nám víceméně slouží jen ke kalibraci, nebo pro ověření předpokládaných požadavků trysek.
Příkladem zkoušení trysek do volného prostoru pro kapalné palivo je stanice na zkoušení trysek dieselových motorů.
Obr. 21. Stanice na zkoušení trysek
Tato stanice slouží pro kontrolu, případně pro seřízení otvíracího tlaku a kontrolu tvaru paprsku. Určení těsnosti a skupiny vrzání.
Takto provedená stanice může zjistit parametry trysek pouze pro kapalná paliva dieselových motorů. Pro benzinové motory by bylo zapotřebí zajistit časové otvírání ventilu.
Zjišťování parametrů vefukovacích trysek je velmi omezené a je víceméně odkázáno na integrální, anemometrické nebo vizuální metody popsány v další stati. Bez použití těchto metod jsme schopni určovat objemový průtok (průtokoměrem) a visuelně sledovat plynulost vefuku.
5.2 Výfuk plynů do vířivého prostředí
Abychom analyzovali chování trysek na projev motoru, museli bychom provádět měření přímo na motoru za chodu. Takovéto měření by bylo velice přesné a žádoucí. Je tu však problém aplikace zařízení schopného analizovat průběhy ve spalovacím prostoru. Z těchto důvodů se snažíme chod motoru simulovat ve zkušebních stanicích, které umožňují přístupnější aplikaci následujících metod.
Pro zjišťování parametrů trysek ve vířivém prostředí je možno použít následující metody, které lze rozdělit na[7]:
- integrální metody - anemometrické metody - vizualizační metody
5.2.1 Integrální metody
Integrální metody pro měření velkých vírových pohybů slouží k rychlému a levnému měření tzv. otáček náplně, nebo toku momentu hybnosti. Základní zjednodušení fyzikální reality spočívá v zavedení představy rotace náplně jako tuhého tělesa. Osa otáčení tohoto fiktivního tuhého tělesa je v případě měření tečné rotace totožná s osou válce, v případě příčné rotace je na ni kolmá.
Převod pohybu náplně na odpovídající rotační pohyb tuhého tělesa provádí vlastní měřící element. Podle druhu tohoto elementu je možné rozdělit měřící zařízení na lopatková (otáčivá lopatka) a na impulzní (pevná voština zachycující tok momentu hybnosti). Měření se až na vyjímky provádějí za ustálených podmínek na aerodynamické trati. Použitím kvazistacionárního modelu je možné takto získané dílčí stacionární naměřené hodnoty převést integrací na výsledný údaj.
Měření tečné rotace
- lopatková: Zařízení je označováno LMT- lopatkový měřič výření. Měřícím elementem je obvykle dvoulistá lopatka, jejíž otáčky jsou bezdotykově snímány. Z takto stanovených otáček náplně se dále vyhodnocuje tok momentu hybnosti a další bezrozměrné parametry.
orientovanými ve směru osy válce. Tečná rotace náplně je průtokem voštinovým kotoučem zachycena a měří se prostřednictvím natočení přes zkrutnou pružinu ukotveného voštinového kotouče.
Měření příčné rotace
Ukazuje se, že podobně jako u měření tečné rotace, existují i zde dva principielně odlišné způsoby měření: lopatkový a impulzní. Zařízení jsou dále konstruována buď pro přímé měření příčné rotace měřícím elementem, nebo jako adaptéry k již provozovaným měřičům tečné rotace.
5.2.2 Anemometrické metody
Jako anemometrické metody se obvykle označují ty způsoby měření rychlosti proudění tekutiny, které kromě střední hodnoty rychlosti jsou schopné poskytovat i její fluktuační složku. Ve vnitřní aerodynamice spalovacích motorů se převážně používají tyto metody:
- metoda žhaveného drátu (HWA – hot wire anemometry) - laserová dopplerovská anemometrie (LDA)
- PIV-particle-image velocimetry
- pneumatické metody (použité sondy obvykle neumožňují měření fluktuační složky)
Metoda žhaveného drátu (HWA)
HWA je jako nejlevnější anemometrická metoda přednostně používána vždy, kdy není na překážku její invazivní charakter. Také není příliš vhodná pro měření při změnách teploty proudícího média (nutnost problematické kompenzace) a pro měření ve směsích plynů s kapalnými nebo pevnými částicemi (hrozí zničení žhaveného drátku, v lepším případě napečení na jeho povrchu a změna jeho vlastností). Pro měření na protáčených motorech je její použití omezeno na sací zdvih v místech, kde nejsou pohybující se díly; obvykle se používá pouze při stacionárních měřeních. Výhodou je kontinuální signál a možnost měřit velmi vysoké frekvence fluktuací (až desítky kHz – vhodné pro měření turbulence), přičemž experimentální zařízení je relativně jednoduché a levné.
Laserová dopplerovská anemometrie (LDA)
LDA byla donedávna nejužívanější metodou pro měření rychlostí ve válci spalovacího motoru. Jejími největšími výhodami je možnost neinvazivního měření rychlostí i fluktuací (při dostatečně vydatném značkování proudu částicemi i částicemi fluktuací) i v náročných podmínkách vysokých teplot. Nevýhodou kromě náročnosti a ceny experimentu i experimentálního zařízení je možnost proměření pouze jednoho bodu v určitém časovém okamžiku. Při často potřebných měřeních okamžitého rychlostního pole v určité rovině a v určitém okamžiku (např. při studiu velkých vírových pohybů) je v současnosti vytlačována pro tyto účely vhodnější a výkonnější metodou PIV.
Particle – Imagr Velocimetry (PIV)
PIV je kvantitativní metoda pro měření okamžitých rychlostí v proudících tekutinách.
Princip metody spočívá ve vyhodnocení rychlosti z měření posunu značkovacích částic unášených tekutinou (podobně jako u LDA) během krátkého časového intervalu. Praktická realizace metody může být různá, obvykle se jedná o dva nebo více impulsů intenzivního světelného zdroje (laser), jehož paprsek je rozprostřen do roviny, a záznam polohy částic na fotografický film nebo videokameru s následným nebo okamžitým (pouze systém FolowMap fyrmi Dantec) vyhodnocením. Na rozdíl od LDA je tedy v jeden časový okamžik určeno okamžité rychlostní pole v celé měřené rovině.
Pneumometrické sondy
Pneumometrické sondy umožňují měření fluktuační složky rychlosti, vyžadují zabudování tlakových převodníků přímo do měřícího tělíska sondy, jinak není možné dosáhnout dostatečně krátké časové konstanty měřícího systému. Sonda pak ovšem vychází příliš velká a proto nevhodná pro měření ve spalovacích motorech. Omezeně se tedy využívají pouze klasické pneumometrické směrové sondy, a to pro proměřování rychlostního pole (střední hodnoty rychlosti) při stacionárních zkouškách.
5.2.3Vizualizační metoda
Vizualizační metody slouží např. ke sledování směru proudění vstřikovaného palivanebo
znalosti stavu objektu můžeme lépe hodnotit souvislosti a fyzikální podstatu sledovaných dějů. Děje se sledují optickým pozorováním a výsledkem jsou 2D či 3D obrazy nebo videozáznamy.
Software - Thermovision umožňuje využít nový směr zrakové analýzy hoření. Pomáhá při hodnocení teploty plamene, a vývoji sazí při spalování.
Vizualizační metody lze rozdělit na kontaktní metody, které mohou ovlivňovat měřený objekt včetně měřených výsledků a na metody bezkontaktní, které měřený objekt neovlivňují,
přičemž mají obvykle zanedbatelné časové konstanty dané zejména dynamickými
schopnostmi zařízení pro záznam obrazů. Kontaktní metody jsou starší a označují se jako vizualizační metody v užším slova smyslu, bezkontaktní metody jsou novější a patří mezi ně především optické metody.
Vizualizační metoda vhodně doplňuje metody experimentální a výpočtové.