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FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Volumenstrommessverfahren (mit praktischer Vorführung im Labor) Frank Kameier Strömungsmechanik,

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Präsentation zum Thema: "FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Volumenstrommessverfahren (mit praktischer Vorführung im Labor) Frank Kameier Strömungsmechanik,"—  Präsentation transkript:

1 FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Volumenstrommessverfahren (mit praktischer Vorführung im Labor) Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009 Professor Dr.-Ing. Frank Kameier Strömungsgeschwindigkeitsmessung - Prandtlsches Staurohr - Anemometer (Halbschalen / Ultraschall) Integrale Messverfahren zur Volumenstrombestimmung: - Ultraschallverfahren - Einlaufdüse (Wirbelfadendüse) - Blende - Venturidüse - Wirbelfrequenzzähler

2 FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009 Beispiel: Prandtlsches Staurohr 0 2 =Staupunkt (c=0)

3 FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009 Druckverlauf entlang des Prandtlschen Staurohrs aus: Schade/Kunz, 1989.

4 FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009 Prandtlsches Staurohr in kompressibler Strömung aus: Schade/Kunz, 1989.

5 FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009 geschwindigkeitsprofil181002.xls Volumenstromberechnung aus einem Geschwindigkeitsprofil (kreisrundes Rohr)

6 FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009 Deutsche Bauart: Grundform Halbkugel Hersteller: Thies Clima Dänische Bauart: Grundform Kegel Hersteller: Vektor Halbschalen- und Ultraschallanemometer für den Einsatz an Windkraftanlagen.

7 FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009 Berechnung des Turbulenzgrades aus der Standardabweichung der Messwerte: Akustische Strömungsmessung: Ultraschallanemometer Laufzeitanalyse c c ll l a Empfänger Sender c Anwendung: Turbulenzmessung, Meteorologie, Windenergienutzung

8 FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009 http://ifs.muv.fh-duesseldorf.de/Veroeffentlichungen/veroeffentlichung_lackmann_deiss.pdf

9 FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009 Ablösung an einer umströmten Kugel: laminare Grenzschichtturbulente Grenzschicht

10 FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009 Vergleich HalbkugelKegelstumpf { Ablösebereich 10°fester Ablösepunkt

11 FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009 Anwendung: Geschwindigkeits- und Turbulenzprofile, Meteorologie, Windenergienutzung Analyse der Dopplerfrequenz Akustische Strömungsmessung: SODAR

12 FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009 Geschwindigkeitsprofil Offshore Messungen (Nov. 2001) (Frequenzen zwischen 1500 und 3000 Hz) Akustische Strömungsmessung: SODAR

13 FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009 Volumenstrombestimmung mittels Ultraschall bei stark gestörten Strömungsprofilen Ultraschall Durchflussmessung von Fluiden mit Drosselgeräten DIN EN ISO 5167 Teil 3 (1998)

14 FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009 Volumenstrombestimmung mittels Ultraschall: Geschwindigkeitsprofil stromab eines Saugkastens

15 FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009 l a Empfänger Sender c c c ll Volumenstrombestimmung mittels Ultraschall – Laufzeitdifferenzverfahren

16 FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009 Aufbau 1Aufbau 2 Volumenstrombestimmung mittels Ultraschall bei stark gestörten Strömungsprofilen

17 FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009 Volumenstrombestimmung mittels Ultraschall – Laufzeitdifferenzverfahren a c II

18 FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009 Saugkasten – 200mm langes Rohr - Ultraschallaufnehmer (Aufbau II) q v =2,8m³/s 090180270360 16 18 20 22 24 26 28 30 32 Mittelwerte c_Bl. c_Ultra. c [m/s] Saugkastenposition [°] 090180270360 0 10 20 30 40 Mittelwert Fehler [%] Saugkastenposition [°] Volumenstrombestimmung mittels Ultraschall – Messgenauigkeit

19 FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009 Unter welchen Rahmenbedingungen funktioniert das Ultraschallmessverfahren mit hoher Genauigkeit: - einzelne Messpfade dürfen keine exponierten Werte ermitteln, - Anzahl der Messpfade muss in Relation zur Störung genügend groß sein, - Messung besser unmittelbar stromauf von Einbauten.

20 FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009 Geschwindigkeitsprofil einer Wirbelfadendüse !Wirbelfadenduese gamma=1 L=1 y=linspace(-0.25,0.25) u=gamma.*L./(pi*(L^2-y.^2)) plot(y,u) axis([-0.3,0.3,0,0.4]) xlabel('y[m]');ylabel('u[m/s]')

21 Druckentnahme FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009 Einlaufdüse (Wirbelfadendüse) (DIN EN ISO 5167) 1 mit hier

22 FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009 Einlaufdüse (Wirbelfadendüse) (DIN EN ISO 5167)

23 FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009 Einlaufdüse (FLT-Düse) (DIN EN ISO 5167)

24 FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009 Einlaufdüse – Airmeter für Flugzeugtriebwerke Airmeter – Einlaufdüse zur Massenstrombestimmung eines Flugtriebwerks, Quelle: Mitarbeiterzeitung BMW Rolls-Royce, Dahlewitz, 1997.

25 FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009 Messblende – DIN EN ISO 5167 Durchflussmessung von Fluiden mit Drosselgeräten in voll durchströmten Leitungen mit Kreisquerschnitt - Teil 2: Blenden, Ausgabe 01-2004

26 FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009 Messblende – DIN EN ISO 5167 - inkompressibel eine Messgröße - (Differenzdruck) [ m 3 /s ]

27 FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009 Messblende – DIN EN ISO 5167 - kompressibel [ m 3 /s ] [ kg/s ] Isentropenexponent für Luft zwei Messgrößen

28 FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009 blende_din_en_iso5167_030604.xls Erforderlich ist ein turbulentes Rohrströmungsprofil mit Re 16000 2 (hier: =0.8 Re>10205) Messblende – DIN EN ISO 5167 - kompressibel

29 FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009 Wirbelfrequenzzähler Wirbel-Zähler VORTY - Wirbelablösung an einem trapezförmigen Prallkörper c Karmansche Wirbelstraße hinter einem umströmten Zylinder, vgl. Feynman (1974). Kleine Durchsätze können nicht gemessen werden: Re min 140000 (Herstellerangabe 20000) c min 13 m/s (Herstellerangabe 1,9 m/s)

30 FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009 Venturirohr Ansicht von hinten (Blick stromauf) statische Druckmessung an 4 Umfangspositionen ( p Venturi )

31 FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009 Venturirohr C = 0,9858 – 0,196 ß 4,5 Ansicht von hinten (Blick stromauf)


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