Instytut Mechaniki Górotworu

Metrologia Przepływów - Termoanemometria

Opracowano teorię fal cieplnych w poruszającym się przepływie gazu, który opływa periodycznie grzany cienki drut.

W oparciu o teorię fal cieplnych opracowano metodę bezwzględnego pomiaru prędkości przepływu gazu, która znajduje zastosowanie we wzorcowaniu tuneli aerodynamicznych w zakresie od 5 cm/s do 5 m/s.

Opracowano oryginalną metodę kompensacji wpływu zmian temperatury na wskazania termoanemometru. W metodzie stosuje się czujnik jednowłóknowy pracujący z periodycznie zmieniającym się w czasie współczynnikiem nagrzania włókna. Z sygnału wyjściowego termoanemometru wyznaczana jest prędkość przepływu i temperatura medium. Metoda znajduje zastosowanie w badaniach pól prędkości i temperatury w przepływach nieizotermicznych.

Opracowano nowe, oryginalne rozwiązanie termoanemometrycznego układu stałotemperaturowego. Jest to układ bezmostkowy, w którym czujnik termoanemometryczny zasilany jest czteropunktowo. Pozwala to na eliminację wpływu rezystancji kabla sondy na dokładność pomiaru. Układ posiada bardzo dobre parametry statyczne i dynamiczne i znajduje zastosowanie w precyzyjnych pomiarach termoanemometrycznych.

Opracowano oryginalny układ termoanemometru stałotemperaturowego, w którym współczynnik nagrzania zadawany jest sygnałem cyfrowym. Ten sterowany układ stałotemperaturowy znajduje zastosowanie w złożonych systemach pomiarowych pracujących w oparciu o komputer PC.

Opracowano modyfikację mostkowego układu stałotemperaturowego z kompensacją temperatury, pozwalającą na zastosowanie czujnika kompensacyjnego o dowolnej rezystancji. Modyfikacja polega na transformacji napięcia w gałęzi kompensacyjnej mostka. Rozwiązanie to pozwala na minimalizację błędów pomiarowych związanych z istnieniem gradientu temperatury w badanym medium.

Opracowano i wykonano szereg nowatorskich rozwiązań termoanemometrycznej aparatury pomiarowej do zastosowań laboratoryjnych, technicznych i przemysłowych. Są to anemometry stacjonarne i przenośne, przyrządy analogowe i mikroprocesorowe, komputerowe karty termoanemometryczne i złożone systemy pomiarowe. Aparatura ta znajduje zastosowanie w pracach badawczych i pomiarach technicznych w wielu ośrodkach w kraju i za granicą.

Opracowano i wykonano szereg typów czujników termoanemometrycznych hot - wire jedno- i wielowłóknowe do zastosowań w pracach badawczych i pomiarach laboratoryjnych w zakresie badań aerodynamicznych, termodynamiki, wymiany ciepła i masy, oraz do badań technicznych w zakresie wentylacji i klimatyzacji, badania procesów technologicznych oraz innych zagadnień. W tej dziedzinie Pracownia Metrologii Przepływów IMG PAN jest wiodącym ośrodkiem w kraju.

Badanie zjawisk gazogeodynamicznych w węglu

Opracowano metodę pomiaru kinetyki desorpcji gazów obejmującą moment początkowy tego zjawiska - wyliczono współczynniki dyfuzji dla różnych węgli (wyrzutowych i niewyrzutowych).

Opracowano hipotezę inicjacji wyrzutu węgla i gazu przy założeniu, ze węgiel nasycony gazem jest ośrodkiem retrogradowym.

W oparciu o klasyczną termodynamikę procesów nieodwracalnych sformułowano równania konstytutywne węgla nasyconego gazem.

Badano stałą czasową zjawiska desorpcji gazów z węgla kamiennego - stwierdzono, że jest ona krótsza od 5 ms.

Zbudowano kilka komór umożliwiających badania mechanizmu destrukcji brykietów węglowych nasyconych różnymi gazami do ciśnienia ok. 0.7 MPa. Wyrzut inicjuje gwałtowny spadek ciśnienia gazu wolnego. Z fotografii wykonanych przy użyciu szybkich kamer wynika, że w czasie wyrzutu odrywają sie od brykietu kolejne warstwy węgla, których grubość przekracza 2 mm. W czasie destrukcji rejestruje się zmiany ciśnienia gazu w porach, temperaturę i odkształcenie brykietu. Z badań wynika, że przed pojawieniem się szczeliny brykiet rozszerza się (względne odkształcenie przekracza 20 %), temperatura spada o ok. 8 K, zaś pochodna czasowa ciśnienia w kolejnych punktach pomiarowych rośnie.