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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 2013 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de 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. 4351-9721 frank.kameier@fh-duesseldorf.de

2 Kameier 2013 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de 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 2013 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de 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 2013 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Dimensionsbetrachtung Massenerhaltung /Kontinuitäts-Gl. Mechanische Energieerhaltung (aus Impulserhaltung) Bernoulli-Gleichung 3 -Vergleich der Einheiten-

5 Kameier 2013 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Flettner Rotor – Magnus Effekt Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Flettner-Rotor Buckau - Baujahr 1924 Alcyone - Baujahr 1980 4

6 Kameier 2013 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Flettner Rotor – Magnus Effekt Quelle: http://www.hyc86.de/proa.htm Mbuli - Baujahr 2007 http://www.skysails.info/index.php Enercon E-Ship - Konzept - Bau bis 2010: Frachtschiff für Windkraftanlagen mit Flettner-Antrieb 5

7 Kameier 2013 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de 6

8 http://de.wikipedia.org/wiki/E-Ship_1 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 2013 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de http://en.wikipedia.org/wiki/Kitegen 8

10 Kameier 2013 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de 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 http://www.windkraftkonstruktion.vogel.de/allgemein/articles/236 395/ 9

11 Kameier 2013 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de 10

12 Kameier 2013 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de http://www.aweconsortium.org/public/downloads/resources/archer_caldeira.pdf 11

13 Kameier 2013 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Fahrzeuginnengeräusche – Grundlagenuntersuchungen für die BMW Group - Kameier, Horvat, Wagner, Ullrich, ATZ, Juni 2009 12

14 Kameier 2013 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Wie sieht die Zukunft aus? aus: www.qmtmag.comMärz 2008 13

15 Kameier 2013 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de 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 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/pruefung/index.html und http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de/Vorlesung/bachelor_PP_PEU/Stroemungstechnik_II/pruefungsfragen260510.doc 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 2013 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de 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), http://www.tlt-turbo.com/dateien/194.pdf Rolls-Royce plc.: The jet engine, Derby, 1996. www.windpower.dk Kameier: Vorlesungsskript Strömungsmaschinen, FH Düsseldorf 1999, http://mv.fh-duesseldorf.de/d_pers/Kameier_Frank/d_lehre/a_stroemungstechnik/Skript_stroemaschinen.pdf Kameier, Reinartz: Vorlesungsskript Strömungsakustik, FH Düsseldorf 2001 http://mv.fh-duesseldorf.de/d_pers/Kameier_Frank/d_lehre/b_stroemungsakustik/skript_stroeakustik.pdf

17 Kameier 2013 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de 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 2013 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de 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 2013 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de 18 Wann nennt man eine Strömungsmaschine Ventilator? Druckerhöhung < 30000 Pa Was versteht man unter einem Ventilator?

20 Kameier 2013 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de 19 statischer Druck – Totaldruck – Gesamtdruck (für inkompressible Medien) Was versteht man unter einem Ventilator?

21 Kameier 2013 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de 20 Welche Rolle spielt die Kompressibilität der Luft? Druckerhöhung < 30000 Pa ideale Gasgleichung Ventilatoren Was versteht man unter einem Ventilator?

22 Kameier 2013 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Temperaturerhöhung in Folge einer Druckänderung (kompressible Strömung, Ventilator) isentrope_temperaturerhoehung160403.xls Faustformel: pro 1000 Pa Druckerhöhung ergibt sich 1K Temperaturerhöhung 21 Was versteht man unter einem Ventilator?

23 Kameier 2013 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Kompressible Strömungen aus den Isentropenbeziehungen, vgl. Schade/Kunz/Paschereit/Kameier (2007) kompressibel_inkompressibel081102_lösung.xls 22 Was versteht man unter einem Ventilator?

24 Kameier 2013 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Kompressible Strömung – Näherung mit mittlerer Dichte (hier: Staubsaugergebläse) 23 Was versteht man unter einem Ventilator?

25 Kameier 2013 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de 24 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 2013 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de 25 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 2013 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de (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 2013 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de 27 VDI 2081 Geräuscherzeugung und Lärmminderung in Raumlufttechnischen Anlagen Wie ermittelt man die Akustik eines Ventilators? Was versteht man unter einem Ventilator?

29 Kameier 2013 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de 28 Schallleistungspegel=Schalldruckpegel + durchschallte Fläche (A 0 =1m 2 ) VDI 2081 Geräuscherzeugung und Lärmminderung in Raumlufttechnischen Anlagen Was versteht man unter einem Ventilator?

30 Kameier 2013 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Lüfterkennlinie Wirkungsgrad Schallpegel Im optimalen Betriebspunkt sind der Wirkungsgrad maximal der Schallpegel minimal Kennlinie Wirkungsgrad Schalldruckpegel η LwLw ΔpΔp optimaler Betriebspunkt V

31 Kameier 2013 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Beispiel: Lüfterkennlinie Wirkungsgrad Schallpegel Energieversorgungsblock - Bahn Kann man einen leiseren Ventilator einbauen?

32 Kameier 2013 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Beispiel: Energieversorgungsblock - Austrittsströmung Austrittsströmung durch Gitter - Volumenstrombestimmung

33 Kameier 2013 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Beispiel: Energieversorgungsblock - Eintrittströmung Energieversorgungsblock - Bahn

34 Kameier 2013 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Beispiel: Was muss man tun, um die Schallemission zu reduzieren? verbauter Ventilator - K3G 355-AY40 www.ebmppst.com p fa =Druckerhöhung frei ausblasend p fa =600 Pa, p tot =623 Pa, q V =2900 m 3 /h (Auslegung)

35 Kameier 2013 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de 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 2013 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Messung des Volumenstrom – Rückrechnung der Druckdifferenz 17,5 % geforderter Volumenstrom wird nicht erreicht

37 Kameier 2013 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Druckverlust im System muss reduziert werden! verbauter Ventilator - K3G 355-AY40 www.ebmppst.com 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 2013 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Effizienzklasse - Lüfter EuP-Richtlinie (Energy-using Products Directive 2005/32/EG) ErP-Richtlinie (Energy-related Product Directive 2009/125/EG) http://www.elektror.de/ErP-Richtlinie.969.0.html#10903

39 Kameier 2013 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Kennlinie Axialventilator Mit verstellbaren Schaufeln Quelle: Ventilatorenfibel, Turbo-Lufttechnik, Grundmann/Schönholtz/Eidam/Rahn, www.tlt-turbo.com/dateien/194.pdf

40 Kameier 2013 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de 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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