Frank Kameier - Strömungstechnik I und Messdatenerfassung http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL1/ Nr.1 WS13/14
Frank Kameier
Einführungsvorlesung
Strömungstechnik I und Messdatenverarbeitung
Vier Praktikatermine als Anwendung und Übung
1. Messdatenverarbeitung
2. Geschwindigkeitsmessung und Volumenstrombestimmung
3. Druckverluste in Leitungen und Auswahl einer Strömungsmaschine (Beispiel Raumbelüftung)
4. Numerische Strömungsberechnung und Methoden zur Überprüfung der Simulationsergebnisse (Beispiel Strömung durch einen Krümmer, Visualisierung der Strömungsablösung)
Frank Kameier - Strömungstechnik I und Messdatenerfassung http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL1/ Nr.2 WS13/14
Motor
Radiallüfter 12 V GrauConrad Best.-Nr.: 570095 - 62
Versuch mit einfachem Tischgebläse
Messdatenverarbeitung/Geschwindigkeitsmessung/Volumenstrombestimmung
Frank Kameier - Strömungstechnik I und Messdatenerfassung http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL1/ Nr.3 WS13/14
Prandtl´sches Staurohr
Bohrung für Gesamtdruck
Bohrungen oder Schlitzfür statischen Druck
Anschlüsse für Differenzdruckmessgerät(Manometer)
Messdatenverarbeitung/Geschwindigkeitsmessung/Volumenstrombestimmung
Frank Kameier - Strömungstechnik I und Messdatenerfassung http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL1/ Nr.4 WS13/14
Geschwindigkeitsverteilung = Profil
Messdatenverarbeitung/Geschwindigkeitsmessung/Volumenstrombestimmung
Frank Kameier - Strömungstechnik I und Messdatenerfassung http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL1/ Nr.5 WS13/14
• Lernziel 1
Software zur Messdatenverarbeitung anwenden und Mittelungsprinzip verstehen, Volumenstrombestimmung, Messung einer Strömungsgeschwindigkeit, Größen mittels einer repräsentativen Fläche gewichten (Flächenmittelung)
Begriffe verstehen- Volumenstrom, Massenstrom- Dichte, Ideale Gasgleichung, inkompressibel- Geschwindigkeitsverteilung- Massenerhaltung
t [s]
b[V]
bbb
Momentanwert=Mittelwert + Schwankungsgröße [ V ] [VDC] [VAC]
T
0
dt)t(bT
1:b
Messdatenverarbeitung/Geschwindigkeitsmessung/Volumenstrombestimmung
Frank Kameier - Strömungstechnik I und Messdatenerfassung http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL1/ Nr.6 WS13/14
• Lernziel 2
Raumbelüftung, Auswahl eines geeigneten Lüfters, Abschätzung von Druckverlusten, Wirkungsgrad von Strömungsmaschinen, mögliche Stromersparnis bei richtiger Ventilatorauswahl
Begriffe verstehen- Druckverluste- axiale, radiale Strömungsmaschine, Schaufelform- Kennlinien und dimensionslose Darstellung- Leistung und Wirkungsgrad
Axialventilator
Raumbelüftung/-absaugung
1-D Stromfadentheorie/Ähnlichkeitstheorie/Energieeffizienz
1-dimensionale Betrachtung(vom Eintritt zum Austritt)
Frank Kameier - Strömungstechnik I und Messdatenerfassung http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL1/ Nr.7 WS13/14
• Lernziel 3
Energieeffizienz, mögliche Stromersparnis bei richtiger Ventilatorauswahl
Begriffe verstehen- Vorwärts und rückwärts gekrümmte Schaufel- Ventilatorkennlinien, Leistung, Wirkungsgrad
1-D Stromfadentheorie/Ähnlichkeitstheorie/Energieeffizienz
http://en.wikipedia.org/wiki/Centrifugal_fan
rückwärts gekrümmte Schaufel=energieeffizent vorwärt gekrümmte Schaufel
Tischgebläse aus Praktikum
Drehrichtung beachten! Drehrichtung beachten!
Frank Kameier - Strömungstechnik I und Messdatenerfassung http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL1/ Nr.8 WS13/14
• Lernziel 3
Energieeffizienz, mögliche Stromersparnis bei richtiger Ventilatorauswahl
1-D Stromfadentheorie/Ähnlichkeitstheorie/Energieeffizienz
Spiralgehäuse (gut!) freilaufend in rechteckigem Kasten (schlecht!)
FH Düsseldorf – Auslegungs- undKonstruktionswerkzeug
Frank Kameier - Strömungstechnik I und Messdatenerfassung http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL1/ Nr.9 WS13/14
• Lernziel 3
Energieeffizienz, mögliche Stromersparnis bei richtiger Ventilatorauswahl
1-D Stromfadentheorie/Ähnlichkeitstheorie/Energieeffizienz
Spiralgehäuse (gut!) freilaufend in rechteckigem Kasten (schlecht!)
FH Düsseldorf – Auslegungs- undKonstruktionswerkzeug
Energieversorgungsblock (bei ICE unterm Zug)
Frank Kameier - Strömungstechnik I und Messdatenerfassung http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL1/ Nr.10 WS13/14
• Lernziel 3
Energieeffizienz, mögliche Stromersparnis bei richtiger Ventilatorauswahl
1-D Stromfadentheorie/Ähnlichkeitstheorie/Energieeffizienz
Spiralgehäuse (gut!) freilaufend in rechteckigem Kasten (schlecht!)
FH Düsseldorf – Auslegungs- undKonstruktionswerkzeug
Frank Kameier - Strömungstechnik I und Messdatenerfassung http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL1/ Nr.11 WS13/14
• Lernziel 4
Reibungsbehaftete Strömungen berechnen (numerische Simulation, Grundlagen CFD (Computational Fluid Dynamics), Größenordnung der Berechnung überprüfen
Begriffe verstehen- Bewegungsgleichung, Kontinuitätsgleichung- 1-D Strömung(zur Abschätzung), 3-D Strömung (reale Abbildung)- Randbedingungen- Vernetzung bei laminarer und turbulenter Wandgrenzschicht
turbulenteWandgrenzschicht
laminareWandgrenzschicht
Rohrkrümmer mit Geschwindigkeitsprofilen
3-D Strömung / numerische Strömungsberechnung (CFD)
Frank Kameier - Strömungstechnik I und Messdatenerfassung http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL1/ Nr.12 WS13/14
Modalitäten: - vier Multiple-Choice-Tests a 3 Punkte =12 Punkte- eine Hausarbeit als Einzelarbeit, zur Auswahl stehen die drei Themen- komplexe 1. Geschwindigkeits- und Volumenstrommessung
2. Rohrhydraulik und Energieeffizienz3. Numerische Strömungsberechnung ANSYS-CFX
Auf dem Server: Groessen_und_Einheiten161210.pdf
… sollte man auswendig können!
…
Frank Kameier - Strömungstechnik I und Messdatenerfassung http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL1/ Nr.13 WS13/14
Auf dem Server: Groessen_und_Einheiten161210.pdf
Frank Kameier - Strömungstechnik I und Messdatenerfassung http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL1/ Nr.14 WS13/14
Praktikum I, Messdatenverarbeitung
Radialventilator / Geschwindigkeitsprofil
ideal gleichförmig
Geschwindigkeit über den Rohrradius oder -durchmesser
Laufradeintritt
Laufrad-austritt
Frank Kameier - Strömungstechnik I und Messdatenerfassung http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL1/ Nr.15 WS13/14
Abtastung von Messwerten
m s0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 4 5 0 5 0 0 5 5 0 6 0 0
Y / t - G r a f i k 0
1 2 , 5
1 0 , 0
7 , 5
5 , 0
2 , 5
0 , 0
durch arithmetische Mittelung:Gleichanteil 11 [m/s]
Schwankung, Rauschen, Amplitude 1 [m/s]
m s0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 4 5 0 5 0 0 5 5 0 6 0 0
Y / t - G r a f i k 0
1 2 , 5
1 0 , 0
7 , 5
5 , 0
2 , 5
0 , 0
Schwankung, Sinus, 10 Stützstellen pro Periode
Für Prüfung besonders relevant!
Frank Kameier - Strömungstechnik I und Messdatenerfassung http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL1/ Nr.16 WS13/14
Abtastung von Messwerten
m s0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 4 5 0 5 0 0 5 5 0 6 0 0
Y / t - G r a f i k 0
1 2 , 5
1 0 , 0
7 , 5
5 , 0
2 , 5
0 , 0
Schwankung, Sinus, 10 Stützstellen pro Periode
m s0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 4 5 0 5 0 0 5 5 0 6 0 0
Y / t - G r a f i k 0
1 2 , 5
1 0 , 0
7 , 5
5 , 0
2 , 5
0 , 0
Schwankung, Sinus, 5 Stützstellen pro Periode
durch arithmetische Mittelung:Gleichanteil 11 [m/s]
Frank Kameier - Strömungstechnik I und Messdatenerfassung http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL1/ Nr.17 WS13/14
Prandtl´sches Staurohr und Bernoulli-Gleichung
Druckdifferenz= rhoFlüssigkeit*h*g
2
222
1
211 zg
2c
ρp
zg2c
ρp
31 ppp
Frank Kameier - Strömungstechnik I und Messdatenerfassung http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL1/ Nr.18 WS13/14
Prandtl´sches Staurohr und Bernoulli-Gleichung
2
222
1
211 zg
2c
ρp
zg2c
ρp
31 ppp
2 = Staupunkt (c2=0)
und
z1=z2
321
pp2c
Frank Kameier - Strömungstechnik I und Messdatenerfassung http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL1/ Nr.19 WS13/14
Statische Drucksonde
Verzweigungsstromlinie
Durch Kontinuum gibt es eine Stromaufwirkung – Strömungsmedium besteht nicht aus Billiardkugeln!
Frank Kameier - Strömungstechnik I und Messdatenerfassung http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL1/ Nr.20 WS13/14
Sondenhalterung
Frank Kameier - Strömungstechnik I und Messdatenerfassung http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL1/ Nr.21 WS13/14
Volumenstrom – Schwerlinienverfahren – VDI 2640 (1983)
Wahl der Messpunktabstände derart, dass arithmetische Mittelung möglich ist! (jede Teilfläche ist gleich groß)
𝑦 𝑖
𝐷=1
2 (1−√1−2𝑖−12𝑛 )
Messwert ist repräsentativ für eine Fläche!
flächenbezogene Mittelung
Frank Kameier - Strömungstechnik I und Messdatenerfassung http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL1/ Nr.22 WS13/14
Volumenstrom – Schwerlinienverfahren – VDI 2640 (1983)
Messpositionen von außen gemäß VDI 2640: i Y/D 3 0,2959 2 0,1464 1 0,0436
schwerlinien_verfahren051113.xlsx
genügend Messpunkte notwendig- 3 hier nur exemplarisch !!!
flächenbezogene Mittelung
Frank Kameier - Strömungstechnik I und Messdatenerfassung http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL1/ Nr.23 WS13/14
AdcV
2
0
R
0
ddrrdA
R
0
drr)r(c2V
Geschwindigkeitsprofil_300913.xlsx
Berechnung aus Geschwindigkeitsprofil (kreisrundes Rohr)
Volumenstromberechnung
Beliebige Abstände durch Integration möglich!
Radius c(r)1 0,000 19,6 0,000982942 0,004 19,5 0,002928473 0,008 19,3 0,003455174 0,011 19,3 0,005851665 0,015 16,5 0,006310586 0,019 13,0 0,003430627 0,023 0,0 08 0,0230 q_v [m 3̂/s]
13,8 c[m/s]
flächenbezogene Mittelung
AV
c
Frank Kameier - Strömungstechnik I und Messdatenerfassung http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL1/ Nr.24 WS13/14
Die Geschwindigkeit an der Wand ist null!
Dieser Wert kann mit dem Prandtl´schen Staurohr nicht gemessen werden.
… Details zur Reibung siehe 4. Vorlesung!
Frank Kameier - Strömungstechnik I und Messdatenerfassung http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL1/ Nr.25 WS13/14
AdcV
2
0
R
0
ddrrdA
R
0
drr)r(c2V
Geschwindigkeitsprofil_300913.xlsx
Berechnung aus Geschwindigkeitsprofil (kreisrundes Rohr)
Volumenstromberechnung
Zelle (C3+C4)/2=c(r)
Zelle (B3+B4)/2=r
Zelle (B4-B3)=dr
Integration mit Trapezverfahren
flächenbezogene Mittelung AV
c
Frank Kameier - Strömungstechnik I und Messdatenerfassung http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL1/ Nr.26 WS13/14
Diese Simulation soll im ersten Praktikum erarbeitet werden!
Frank Kameier - Strömungstechnik I und Messdatenerfassung http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL1/ Nr.27 WS13/14
Klausurbeispiel
Top Related