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WS 06/07 Strömungstechnik und Akustik Strömungsmesstechnik Thomas Haite WS 06/07 Strömungstechnik und Akustik Strömungsmesstechnik Thomas Haite FH D Fachhochschule.

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Präsentation zum Thema: "WS 06/07 Strömungstechnik und Akustik Strömungsmesstechnik Thomas Haite WS 06/07 Strömungstechnik und Akustik Strömungsmesstechnik Thomas Haite FH D Fachhochschule."—  Präsentation transkript:

1 WS 06/07 Strömungstechnik und Akustik Strömungsmesstechnik Thomas Haite WS 06/07 Strömungstechnik und Akustik Strömungsmesstechnik Thomas Haite FH D Fachhochschule Düsseldorf Kolloquium:Thomas-Markus Haite Matr.-Nr.: Studiengang:Simulation und Experimentaltechnik Thema:Strömungsmesstechnik Folie 1

2 WS 06/07 Strömungstechnik und Akustik Strömungsmesstechnik Thomas Haite FH D Fachhochschule Düsseldorf Folie 2 Die Strömungsmesstechnik ist ein sehr breites Feld. Eine Unterteilung kann wie folgt vorgenommen werden. Volumenmessung Massenmessung Durchflussmessung Druckmessung Temperaturmessung Viskosimetrie Visualisierung von Strömungen Wandschubmessungen Volumenmessung Massenmessung Durchflussmessung Druckmessung Temperaturmessung Viskosimetrie Visualisierung von Strömungen Wandschubmessungen Volumen- und Massenstrom / Strömungsgeschwindigkeit

3 WS 06/07 Strömungstechnik und Akustik Strömungsmesstechnik Thomas Haite FH D Fachhochschule Düsseldorf Folie 3 Elementaren Druckbezeichnungen können anhand der Bernoulli-Gleichung gut veranschaulicht werden. p sta statischer Druck (Wirkdruck bei Differenzbildung) p dyn dynamischer Druck (hydrodynamischen Druck, Fließdruck, kinetische Druck, Staudruck) p hyd hydrostatischer Druck (Schweredruck)

4 WS 06/07 Strömungstechnik und Akustik Strömungsmesstechnik Thomas Haite FH D Fachhochschule Düsseldorf Folie 4 Die Bernoulli-Gleichung ist einer der wichtigsten und meist angewandten Sätze der Strömungslehre und drückt zugleich den Energiesatz für Flüssigkeiten aus. U potentielle Energie v²/2 kinetische Energie P Druckenergie

5 WS 06/07 Strömungstechnik und Akustik Strömungsmesstechnik Thomas Haite FH D Fachhochschule Düsseldorf Folie 5

6 WS 06/07 Strömungstechnik und Akustik Strömungsmesstechnik Thomas Haite FH D Fachhochschule Düsseldorf Folie 6 Die Pitot-Rohr-Sonde (engl. pitot tube) benannt nach Henri Pitot misst den Gesamtdruck p ges in einem Strömungsfeld und gehört somit zu den Gesamtdrucksonden. u p ges Manometer Pitot-Rohr

7 WS 06/07 Strömungstechnik und Akustik Strömungsmesstechnik Thomas Haite FH D Fachhochschule Düsseldorf Folie 7 Druckmessbohrung zur Bestimmung des statischen Drucks p sta (Wanddrucks) an Strömungskörpern. u p sta Manometer Wanddruckbohrung Druckschlauch

8 WS 06/07 Strömungstechnik und Akustik Strömungsmesstechnik Thomas Haite FH D Fachhochschule Düsseldorf Folie 8 Kombiniert man ein Pitot-Rohr mit einer Druckmessbohrung lässt sich durch Differenzbildung der dynamischen Druck und damit die Strömungsgeschwindigkeit berechnen u p ges p sta

9 WS 06/07 Strömungstechnik und Akustik Strömungsmesstechnik Thomas Haite FH D Fachhochschule Düsseldorf Folie 9 Verlauf des statischen Drucks an einer statischen Drucksonde Quelle: Schade H., Strömungslehre Eine geeignete Anbringung der Halterung korrigiert den Fehler u p sta u Fehler

10 WS 06/07 Strömungstechnik und Akustik Strömungsmesstechnik Thomas Haite FH D Fachhochschule Düsseldorf Folie 10 Kombination eines Pitot-Rohrs und einer statischen Rohrsonde erhält man eine Staudrucksonde (Differenzdrucksonde). Pitot-Rohr-Sonde p ges statische Rohrsonde p sta Prandtl-Rohr p ges p sta

11 WS 06/07 Strömungstechnik und Akustik Strömungsmesstechnik Thomas Haite FH D Fachhochschule Düsseldorf Folie 11 Aufbau Prandtl-Rohr p ges p sta Quelle:

12 WS 06/07 Strömungstechnik und Akustik Strömungsmesstechnik Thomas Haite FH D Fachhochschule Düsseldorf Folie 12 Anwendungen Drucksonden Quelle: commons/4/43/Renault_R25_%282005%29_ Fernando_Alonso.jpg Quelle: Renault R Curtiss JN

13 WS 06/07 Strömungstechnik und Akustik Strömungsmesstechnik Thomas Haite FH D Fachhochschule Düsseldorf Folie 13 Wirkdruckverfahren mit Drosselgeräten Mit dem Wirkdruckverfahren werden über einer Querschnittsverengung die Druckdifferenz Δ p sta der so genannte Wirkdruck gemessen. Aus dem Wirkdruck berechnet sich die Strömungsgeschwindigkeit wie folgt. øD ød u1u1 u2u2 p sta1 p sta2 Wirkdruck Δ p sta = p sta1 - p sta2

14 WS 06/07 Strömungstechnik und Akustik Strömungsmesstechnik Thomas Haite FH D Fachhochschule Düsseldorf Folie 14 Bernoulli-Gleichung u1u1 u2u2 p sta1 p sta2

15 WS 06/07 Strömungstechnik und Akustik Strömungsmesstechnik Thomas Haite FH D Fachhochschule Düsseldorf Folie 15 øD ød u1u1 u2u2 Kontinuitätsgleichung

16 WS 06/07 Strömungstechnik und Akustik Strömungsmesstechnik Thomas Haite FH D Fachhochschule Düsseldorf Folie 16 øD ødu1u1 u2u2 p sta1 p sta2

17 WS 06/07 Strömungstechnik und Akustik Strömungsmesstechnik Thomas Haite FH D Fachhochschule Düsseldorf Folie 17 Der Einfluss von Einschnürung, Reibung, Ablösung und Rauigkeit wird über den Durchflusskoeffizienten C korrigiert. Die Kompressibilität des Fluids berücksichtigt man mit der Expansionszahl ε Druckverlauf an einem Drosselgerät Quelle: Bohl W., Strömungslehre

18 WS 06/07 Strömungstechnik und Akustik Strömungsmesstechnik Thomas Haite FH D Fachhochschule Düsseldorf Folie 18 Klassisches Venturi-Rohr EinlaufzylinderEinlaufkonus zylindrisches Halsteil Diffusor Bohrung für p sta1 Bohrung für p sta2 Quelle: Bohl W., Strömungslehre

19 WS 06/07 Strömungstechnik und Akustik Strömungsmesstechnik Thomas Haite FH D Fachhochschule Düsseldorf Folie 19 Magnetisch Induktiver Durchflussmesser (MID) hohe Bandbreite der Nennweiten von DN 2 bis DN 3000 Nach DIN EN ISO 6708 bezeichnet DN (Diameter Nominal) den Innendurchmesser in Millimeter.

20 WS 06/07 Strömungstechnik und Akustik Strömungsmesstechnik Thomas Haite FH D Fachhochschule Düsseldorf Folie 20 Bei der magnetischen Induktion B (auch magnetische Flussdichte genannt) handelt es sich um eine Feldgröße. Sie dient zur Beschreibung der Stärke und der Richtung eines Magnetfeldes. Die magnetischen Induktion B hat die SI-Einheit Tesla (T). magnetische Induktion, Magnetfeldlinien praktische Darstellung von B-Linien Der B-Linien-Vektor zeigt aus der Zeichenebene heraus. Der B-Linien-Vektor zeigt in die Zeichenebene hinein.

21 WS 06/07 Strömungstechnik und Akustik Strömungsmesstechnik Thomas Haite FH D Fachhochschule Düsseldorf Folie 21 Der Physiker Michael Faraday versuchte 1831 das Prinzip Strom erzeugt Magnetfeld umzukehren in Magnetfeld erzeugt Strom. Faradaysche Induktionsgesetz B-Linien Leiter Länge des Leiters Bewegung des Leiters v induzierte Spannung {u ind }= V Leiterlänge {l}= m Geschwindigkeit Leiter {v}= m/s magnetische Flussdichte {B}= T U ind

22 WS 06/07 Strömungstechnik und Akustik Strömungsmesstechnik Thomas Haite FH D Fachhochschule Düsseldorf Folie 22 Eine elektrisch leitende Flüssigkeit entspricht dem Leiter (dem Draht) in Faradays Experiment. Bewegung der Flüssigkeit v induzierte Spannung {u ind } = V Elektrodenabstand (Rohrdurchmesser) {d}= m mittlere Strömungsgeschwindigkeit {v}= m/s magnetische Flussdichte {B}= T B-Linien Messelektrode elektrisch isolierend ausgekleidetes Rohr d leitende Flüssigkeit

23 WS 06/07 Strömungstechnik und Akustik Strömungsmesstechnik Thomas Haite FH D Fachhochschule Düsseldorf Folie 23 elektrisch isolierend ausgekleidetes Rohr Messelektrode Magnetspulen U ind Messspannung B v E B v E räumliche Schnittdarstellung

24 WS 06/07 Strömungstechnik und Akustik Strömungsmesstechnik Thomas Haite FH D Fachhochschule Düsseldorf Folie 24 durch das glatte Messrohr ist der Druckverlust vernachlässigbar klein die aufzunehmende Messgröße ist die induzierte Spannung wartungs- und verschleißfrei Dichte, Viskosität und Temperatur der Flüssigkeit haben keinen Einfluss Prozessbedingte Vorzüge Prozessbedingte Nachteile elektrisch leitende Flüssigkeiten werden vorausgesetzt eine Teilfüllung/Lufteinschlüsse verursachen Messfehler Interferenzen mit anderen Magnetfeldern

25 WS 06/07 Strömungstechnik und Akustik Strömungsmesstechnik Thomas Haite FH D Fachhochschule Düsseldorf Folie 25


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