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Kameier 2013 Vorlesung 1 Einführung und Was ist ein Ventilator? Praktikum 1: Ähnlichkeitstheorie (Energieersparnis und.

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Präsentation zum Thema: "Kameier 2013 Vorlesung 1 Einführung und Was ist ein Ventilator? Praktikum 1: Ähnlichkeitstheorie (Energieersparnis und."—  Präsentation transkript:

1 Kameier Vorlesung 1 Einführung und Was ist ein Ventilator? Praktikum 1: Ähnlichkeitstheorie (Energieersparnis und 1-D Stromfadenberechnung mit Excel) Vorlesung 2 Volumenstrommessung Vorlesung 3 Grundlagen Strömungsmechanik Vorlesung 4 Strömungsablösung Vorlesung 5 Kavitation Vorlesung 6 Tensorrechnung/Navier-Stokes Gleichung Praktikum 2: Pumpenkennlinie und Kavitation Vorlesung 7 Navier-Stokes Gleichung Vorlesung 8 Windenergieanlagen Praktikum 3: CFD Vorlesung 9 Strömungsmaschinen Vorlesung 10 Sichtbarmachung Praktikum 4: Radialverdichter Vorlesung 11 Grenzschichtströmung Vorlesung 12 Instationöre Aerodynamik in Strömungsmaschinen Praktikum: Rücksprache Vorlesung 13 Wiederholung Vorlesung 14 Prüfungsvorbereitung Strömungstechnik II Planung des Semesters Frank Kameier Raum E5.40, Tel

2 Kameier Motivation – Anwendung von Strömungstechnik in der Praxis Strömungsmaschinen- Turbinen - Pumpen - Verdichter - Ventilatoren - Gasturbinen / Flugtriebwerke Strömungsmechanik- Luftfahrt - KFZ Aerodynamik - Messtechnik (Gas- und Wasserverbrauch) Strömungsakustik- Musikinstrumente 1. Vorlesung Strömungstechnik II PEU

3 Kameier Motivation – Anwendung von Strömungstechnik in der Praxis 1. Vorlesung Strömungstechnik II PEU Wo finden Sie Anwendungen der Strömungstechnik? Welcher theoretische Background ist zum Verständnis notwendig? Welche Bücher eignen sich zum Lernen? 2

4 Kameier Dimensionsbetrachtung Massenerhaltung /Kontinuitäts-Gl. Mechanische Energieerhaltung (aus Impulserhaltung) Bernoulli-Gleichung 3 -Vergleich der Einheiten-

5 Kameier Flettner Rotor – Magnus Effekt Quelle: Buckau - Baujahr 1924 Alcyone - Baujahr

6 Kameier Flettner Rotor – Magnus Effekt Quelle: Mbuli - Baujahr Enercon E-Ship - Konzept - Bau bis 2010: Frachtschiff für Windkraftanlagen mit Flettner-Antrieb 5

7 Kameier

8 E-Ship 1 (Enercon) 4 Flettner-Rotoren mit 27 m Höhe und 4 m Durchmesser Angestrebt ist eine Kraftstoffersparnis von 30–40 % bei einer Fahrt von 16 Knoten (8,2 m/s) 7

9 Kameier

10 Kameier Beim Kite Gen werden Kunststoffseile auf zwei Spulen immer wieder auf- und abgespult und treiben so einen ringförmigen elektromagenetischen Generator an. … die Stromerzeugung erfolgt am Boden In 800 Metern Höhe herrschen Windgeschwindigkeiten von durchschnittlich 7,2 Metern pro Sekunde und ermöglichen so Stromleistungen von 205 Watt je Quadratmeter 395/ 9

11 Kameier

12 Kameier

13 Kameier Fahrzeuginnengeräusche – Grundlagenuntersuchungen für die BMW Group - Kameier, Horvat, Wagner, Ullrich, ATZ, Juni

14 Kameier Wie sieht die Zukunft aus? aus:

15 Kameier Wichtigste Literatur zur Vorlesung 14 schriftliche Prüfung am Semesterende: Geschwindigkeitsdreiecke, Berechnung von Strömungen, 1-D oder 3-D jeweils mit Reibung (geschlossene Gleichungssysteme, Benennung der Unbekannten, Einheit einzelner Terme), eigener Schwerpunkt gemäß Fragenkatalog, Anwendungen und Erklärung der Praktika Strömungstechnik I und II und mündliche Prüfung ab 5. September 2013, Termin 1 x pro Monat – Fragen und Aufbau der Prüfung wie bei der Klausur Prüfung und Prüfungsfragen

16 Kameier Literatur Schade, Kunz, Paschereit, Kameier: Strömungslehre, de Gruyter, 2007 Fox, R.W., McDonald, A.T.: Introduction to Fluid Mechanics, 4th Edition, New York, 1992 Grundmann, R., Schönholtz, F., Eidam, H., Rahn, B., Grundlagen der Ventilatorentechnik (Ventilatoren-Fibel), Rolls-Royce plc.: The jet engine, Derby, Kameier: Vorlesungsskript Strömungsmaschinen, FH Düsseldorf 1999, Kameier, Reinartz: Vorlesungsskript Strömungsakustik, FH Düsseldorf 2001

17 Kameier Ventilatorenfibel, Turbo-Lufttechnik, Grundmann/Schönholtz; Fotos:Internet diagonalradial Ventilatoren – Vorbereitung des 1. Praktikumstermin Was versteht man unter einem Ventilator? axial Was versteht man unter einem Ventilator?

18 Kameier Ventilatorenfibel, Turbo-Lufttechnik, Grundmann/Schönholtz; Fotos:Internet centrifugal fan Turbo-machine / Blower / Industrial Fan axial fan rotor stator rotor blade impeller Was versteht man unter einem Ventilator? volute inlet nozzle

19 Kameier Wann nennt man eine Strömungsmaschine Ventilator? Druckerhöhung < Pa Was versteht man unter einem Ventilator?

20 Kameier statischer Druck – Totaldruck – Gesamtdruck (für inkompressible Medien) Was versteht man unter einem Ventilator?

21 Kameier Welche Rolle spielt die Kompressibilität der Luft? Druckerhöhung < Pa ideale Gasgleichung Ventilatoren Was versteht man unter einem Ventilator?

22 Kameier Temperaturerhöhung in Folge einer Druckänderung (kompressible Strömung, Ventilator) isentrope_temperaturerhoehung xls Faustformel: pro 1000 Pa Druckerhöhung ergibt sich 1K Temperaturerhöhung 21 Was versteht man unter einem Ventilator?

23 Kameier Kompressible Strömungen aus den Isentropenbeziehungen, vgl. Schade/Kunz/Paschereit/Kameier (2007) kompressibel_inkompressibel081102_lösung.xls 22 Was versteht man unter einem Ventilator?

24 Kameier Kompressible Strömung – Näherung mit mittlerer Dichte (hier: Staubsaugergebläse) 23 Was versteht man unter einem Ventilator?

25 Kameier Wann ist ein Ventilator effizient? Gültig nur für Radialventilator mit rückwärtsgekrümmten Schaufeln (efficiency grade 61 )! ErP COMMISSION REGULATION (EU): implementing Directive 2009/125/EC of the European Parliament and of the Council with regard to ecodesign requirements for fans driven by motors with an electric input power between 125 W and 500 kW, No 327/2011, 30 March 2011 Was versteht man unter einem Ventilator?

26 Kameier Wann ist ein Ventilator besonders effizient? 1.) Die Strömung muss den Schaufeln des Rotors folgen. 2.) Die Umlenkung zwischen rotierendem und raumfestem System muss optimal sein: Rotor und Stator (Laufrad und Gehäuse) müssen so nah wie möglich aneinander grenzen! Diese Abstände müssen klein sein! Nachteil: Ventilator wird laut! Was versteht man unter einem Ventilator?

27 Kameier (hier mit Proportionalitäten zur Drehzahl) Volumenstrom (auch q v abgekürzt) Druckdifferenz(auch p tot abgekürzt) Leistung (qv * ptot / Wirkungsgrad) Wie ermittelt man die notwendige Antriebsleistung? Was versteht man unter einem Ventilator?

28 Kameier VDI 2081 Geräuscherzeugung und Lärmminderung in Raumlufttechnischen Anlagen Wie ermittelt man die Akustik eines Ventilators? Was versteht man unter einem Ventilator?

29 Kameier Schallleistungspegel=Schalldruckpegel + durchschallte Fläche (A 0 =1m 2 ) VDI 2081 Geräuscherzeugung und Lärmminderung in Raumlufttechnischen Anlagen Was versteht man unter einem Ventilator?

30 Kameier Lüfterkennlinie Wirkungsgrad Schallpegel Im optimalen Betriebspunkt sind der Wirkungsgrad maximal der Schallpegel minimal Kennlinie Wirkungsgrad Schalldruckpegel η LwLw ΔpΔp optimaler Betriebspunkt V

31 Kameier Beispiel: Lüfterkennlinie Wirkungsgrad Schallpegel Energieversorgungsblock - Bahn Kann man einen leiseren Ventilator einbauen?

32 Kameier Beispiel: Energieversorgungsblock - Austrittsströmung Austrittsströmung durch Gitter - Volumenstrombestimmung

33 Kameier Beispiel: Energieversorgungsblock - Eintrittströmung Energieversorgungsblock - Bahn

34 Kameier Beispiel: Was muss man tun, um die Schallemission zu reduzieren? verbauter Ventilator - K3G 355-AY40 p fa =Druckerhöhung frei ausblasend p fa =600 Pa, p tot =623 Pa, q V =2900 m 3 /h (Auslegung)

35 Kameier Definition frei ausblasend - für einen saugseitigen Prüfstand - Messverfahren für Strömungsmaschinen – frei ausblasend Da theoretisch für c 2 gilt c 2 =0 wird ein p freiausblasend definiert: Die Geschwindigkeiten sind gemäß der Kontinuitätsgleichung aus dem Volumenstrom zu bestimmen! mit p 1 =p b -p 1 p1p1 p2p2 saugseitiger Kammerprüfstand gemäß DIN 24163

36 Kameier Messung des Volumenstrom – Rückrechnung der Druckdifferenz 17,5 % geforderter Volumenstrom wird nicht erreicht

37 Kameier Druckverlust im System muss reduziert werden! verbauter Ventilator - K3G 355-AY40 Ist: p tot =680 Pa, q V =2300 m 3 /h Soll: q V =3000 m 3 /h, d.h. p tot =600 Pa,

38 Kameier Effizienzklasse - Lüfter EuP-Richtlinie (Energy-using Products Directive 2005/32/EG) ErP-Richtlinie (Energy-related Product Directive 2009/125/EG)

39 Kameier Kennlinie Axialventilator Mit verstellbaren Schaufeln Quelle: Ventilatorenfibel, Turbo-Lufttechnik, Grundmann/Schönholtz/Eidam/Rahn,

40 Kameier Wie viel Kenntnisse der Strömungsmechanik und Akustik benötigt man, um das alles zu verstehen? eindimensionale versus mehrdimensionale Strömungen Reibungseinflüsse laminare und turbulente Grenzschichten oder Rohrströmungen instationäre Strömungen und Akustik Was versteht man unter einem Ventilator?


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