Volumenstrommessverfahren (mit praktischer Vorführung im Labor)

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

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Beispiel: Prandtlsches Staurohr 2 =Staupunkt (c=0) Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./

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Druckverlauf entlang des Prandtlschen Staurohrs aus: Schade/Kunz, 1989. Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./

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Prandtlsches Staurohr in kompressibler Strömung aus: Schade/Kunz, 1989. Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./

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Volumenstromberechnung aus einem Geschwindigkeitsprofil (kreisrundes Rohr) geschwindigkeitsprofil xls Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./

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Halbschalen- und Ultraschallanemometer für den Einsatz an Windkraftanlagen. „Deutsche“ Bauart: Grundform Halbkugel Hersteller: Thies Clima „Dänische“ Bauart: Grundform Kegel Hersteller: Vektor Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./

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Akustische Strömungsmessung: Ultraschallanemometer Laufzeitanalyse l Empfänger cll c  c a Sender Berechnung des Turbulenzgrades aus der Standardabweichung  der Messwerte: Anwendung: Turbulenzmessung, Meteorologie, Windenergienutzung Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./

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Ablösung an einer umströmten Kugel: laminare Grenzschicht turbulente Grenzschicht Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./

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Vergleich Halbkugel Kegelstumpf Ablösebereich 10° fester Ablösepunkt { Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./

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

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

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

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Volumenstrombestimmung mittels Ultraschall: Geschwindigkeitsprofil stromab eines Saugkastens Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./

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

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

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Volumenstrombestimmung mittels Ultraschall – Laufzeitdifferenzverfahren a cII Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./

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Volumenstrombestimmung mittels Ultraschall – Messgenauigkeit Saugkasten – 200mm langes Rohr - Ultraschallaufnehmer (Aufbau II) qv=2,8m³/s 32 30 c_Bl. 40 c_Ultra. 28 30 26 Mittelwerte 24 c [m/s] Fehler [%] 20 22 20 Mittelwert 10 18 16 90 180 270 360 90 180 270 360 Saugkastenposition [°] Saugkastenposition [°] Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./

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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. Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./

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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]') Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./

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Einlaufdüse (Wirbelfadendüse) (DIN EN ISO 5167) Druckentnahme  1 mit hier Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./

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Einlaufdüse (Wirbelfadendüse) (DIN EN ISO 5167) Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./

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Einlaufdüse (FLT-Düse) (DIN EN ISO 5167) Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./

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Einlaufdüse – Airmeter für Flugzeugtriebwerke Airmeter – Einlaufdüse zur Massenstrombestimmung eines Flugtriebwerks, Quelle: Mitarbeiterzeitung BMW Rolls-Royce, Dahlewitz, 1997. Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./

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Messblende – DIN EN ISO 5167 Durchflussmessung von Fluiden mit Drosselgeräten in voll durchströmten Leitungen mit Kreisquerschnitt - Teil 2: Blenden, Ausgabe Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./

26 Messblende – DIN EN ISO 5167 - inkompressibel
FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Messblende – DIN EN ISO inkompressibel [ m3/s ] eine Messgröße - (Differenzdruck) Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./

27 Messblende – DIN EN ISO 5167 - kompressibel
FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Messblende – DIN EN ISO kompressibel [ m3/s ] [ kg/s ] zwei Messgrößen Isentropenexponent für Luft Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./

28 Messblende – DIN EN ISO 5167 - kompressibel
FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Messblende – DIN EN ISO kompressibel Erforderlich ist ein turbulentes Rohrströmungsprofil mit Re16000 2 (hier: =0.8 Re>10205) blende_din_en_iso5167_ xls Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./

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Wirbelfrequenzzähler c Wirbel-Zähler VORTY - Wirbelablösung an einem trapezförmigen Prallkörper Karmansche Wirbelstraße hinter einem umströmten Zylinder, vgl. Feynman (1974). Kleine Durchsätze können nicht gemessen werden: Remin  (Herstellerangabe 20000) cmin 13 m/s (Herstellerangabe 1,9 m/s) Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./

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Venturirohr Ansicht von hinten (Blick stromauf) statische Druckmessung an 4 Umfangspositionen (pVenturi) Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./

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Venturirohr C = 0,9858 – 0,196  ß4,5 Ansicht von hinten (Blick stromauf) Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./