Experimentální zkoumání teplotního pole vodíkového firejetu

Abstract

Tato diplomová práce se zabývá návrhem a sestavením experimentální aparatury sloužící jako zdroj vodíkového firejetu a také návrhem a sestavením aparatury pro měření jeho teplotního pole. Navržená aparatura umožňuje měnit vstupní parametry průtoků vodíku 1–90 Nl/min a používat trysky s vnitřním průměrem 1, 2 a 3 mm. V experimentální části je provedena série měření, při kterých je pomocí termočlánků měřeno teplotní pole vzniklého vodíkového firejetu. Pro sledování charakteru proudění je využita zobrazovací metoda Schlieren, pro kterou je v rámci práce rovněž navržena a sestavena aparatura. Další použitou metodou je snímání pomocí termokamery. Jednotlivé metody jsou zhodnoceny a výsledky získané pomocí termočlánků a termokamery jsou vzájemně porovnány s vypočtenou délkou firejetu. V práci je hodnocen vliv velikosti trysky a průtoku na vzniklý firejet. Ze získaných výsledků vyplývá, že při stejném průtoku dochází s rostoucím průměrem trysky ke snižování hybnosti proudu a firejet je více orientován směrem vzhůru. Při stejné trysce se s rostoucím průtokem délka firejetu zvětšuje. Praktickým výsledkem práce je tak navržená a ověřená experimentální aparatura, která může sloužit jako nástroj pro měření teplotního pole vodíkového firejetu.

This thesis deals with the design and assembly of an experimental apparatus serving as a hydrogen firejet source, as well as the design and assembly of an apparatus for measuring its temperature field. The proposed apparatus allows variation of the inlet flow rate in the range of 1–90 NL/min and the use of nozzles with internal diameters of 1, 2, and 3 mm. In the experimental part, a series of measurements was carried out in which the temperature field of the resulting hydrogen firejet was measured using thermocouples. To monitor the character of the flow, the Schlieren method was employed, for which an apparatus was also designed and assembled as part of this thesis. Another method used was thermal imaging with an infrared camera. The individual methods were evaluated, and the results obtained using thermocouples and the thermal camera were compared with the calculated firejet length. The thesis also assessed the influence of nozzle size and flow rate on the resulting firejet. It was found that, at the same flow rate, increasing the nozzle diameter reduces the jet momentum and causes the firejet to be oriented more upward. For the same nozzle, increasing the flow rate results in a longer firejet. A practical outcome of the thesis is a designed and verified experimental apparatus that can serve as a tool for measuring the temperature field of a hydrogen firejet.