Kameier 2012 Volumenstrommessverfahren 2. Vorlesung Strömungstechnik II PEU Strömungsgeschwindigkeitsmessung - Prandtlsches.

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1 Kameier 2012 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Volumenstrommessverfahren 2. Vorlesung Strömungstechnik II PEU Strömungsgeschwindigkeitsmessung - Prandtlsches Staurohr - Anemometer (Halbschalen / Ultraschall) Integrale Messverfahren zur Volumenstrombestimmung: - Ultraschallverfahren - Einlaufdüse (Wirbelfadendüse) - Blende - Venturidüse - Wirbelfrequenzzähler

2 Kameier 2012 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Beispiel: Prandtlsches Staurohr 0 2 =Staupunkt (c=0) 1

3 Kameier 2012 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Druckverlauf entlang des Prandtlschen Staurohrs aus: Schade/Kunz/Kameier/Paschereit, 2007 2

4 Kameier 2012 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Prandtlsches Staurohr in kompressibler Strömung aus: Schade/Kunz, 2007. 3

5 Kameier 2012 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de geschwindigkeitsprofil181002.xls Volumenstromberechnung aus einem Geschwindigkeitsprofil (kreisrundes Rohr) 4

6 Kameier 2012 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Volumenstromberechnung und Grenzschichteinfluss siehe: rohrprofil_grenzschichteinfluss050108.xls 5

7 Kameier 2012 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Volumenstromberechnung und Grenzschichteinfluss siehe: rohrprofil_grenzschichteinfluss050108.xls 6

8 Kameier 2012 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Deutsche Bauart: Grundform Halbkugel Hersteller: Thies Clima Dänische Bauart: Grundform Kegel Hersteller: Vektor Halbschalen- und Ultraschallanemometer z.B. für den Einsatz an Windkraftanlagen. 7

9 Kameier 2012 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de 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

10 Kameier 2012 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de http://ifs.muv.fh-duesseldorf.de/Veroeffentlichungen/veroeffentlichung_lackmann_deiss.pdf 9 Vector Met One Zu Prandtlschem Staurohr

11 Kameier 2012 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Ablösung an einer umströmten Kugel: laminare Grenzschichtturbulente Grenzschicht 10

12 Kameier 2012 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Vergleich HalbkugelKegelstumpf { Ablösebereich 10°fester Ablösepunkt 11

13 Kameier 2012 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Akustische Strömungsmessung: SODAR Anwendung: Geschwindigkeits- und Turbulenzprofile, Meteorologie, Windenergienutzung Analyse der Dopplerfrequenz 12

14 Kameier 2012 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Akustische Strömungsmessung: SODAR Geschwindigkeitsprofil Offshore Messungen (Nov. 2001) (Frequenzen zwischen 1500 und 3000 Hz) 13

15 Kameier 2012 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Volumenstrombestimmung mittels Ultraschall bei stark gestörten Strömungsprofilen Ultraschall Durchflussmessung von Fluiden mit Drosselgeräten DIN EN ISO 5167 Teil 3 (1998) 14

16 Kameier 2012 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Volumenstrombestimmung mittels Ultraschall: Geschwindigkeitsprofil stromab eines Saugkastens 15

17 Kameier 2012 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de l a Empfänger Sender c c c ll Volumenstrombestimmung mittels Ultraschall – Laufzeitdifferenzverfahren 16

18 Kameier 2012 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Volumenstrombestimmung mittels Ultraschall bei stark gestörten Strömungsprofilen Aufbau 1Aufbau 2 17

19 Kameier 2012 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Volumenstrombestimmung mittels Ultraschall – Laufzeitdifferenzverfahren a c II 18

20 Kameier 2012 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de 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

21 Kameier 2012 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de 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

22 Kameier 2012 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de 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]') Welche Einheit hat die Wirbelstärke ? 21

23 Kameier 2012 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Druckentnahme Einlaufdüse (Wirbelfadendüse) (DIN EN ISO 5167) 1 mit hier 22

24 Kameier 2012 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Einlaufdüse (Wirbelfadendüse) (DIN EN ISO 5167) 23

25 Kameier 2012 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Einlaufdüse (FLT-Düse) (DIN EN ISO 5167) 24

26 Kameier 2012 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Einlaufdüse – Airmeter für Flugzeugtriebwerke Airmeter – Einlaufdüse zur Massenstrombestimmung eines Flugtriebwerks, Quelle: Mitarbeiterzeitung BMW Rolls-Royce, Dahlewitz, 1997. 25

27 Kameier 2012 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Messblende – DIN EN ISO 5167 Durchflussmessung von Fluiden mit Drosselgeräten in voll durchströmten Leitungen mit Kreisquerschnitt - Teil 2: Blenden, Ausgabe 01-2004 26

28 Kameier 2012 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Messblende – DIN EN ISO 5167 - inkompressibel eine Messgröße - (Differenzdruck) [ m 3 /s ] 27

29 Kameier 2012 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Messblende – DIN EN ISO 5167 - kompressibel [ m 3 /s ] [ kg/s ] Isentropenexponent für Luft zwei Messgrößen 28

30 Kameier 2012 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de 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

31 Kameier 2012 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Venturirohr Ansicht von hinten (Blick stromauf) statische Druckmessung an 4 Umfangspositionen ( p Venturi ) 30

32 Kameier 2012 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Venturirohr C = 0,9858 – 0,196 ß 4,5 Ansicht von hinten (Blick stromauf) 31

33 Kameier 2012 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de 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) 32

34 Kameier 2012 http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Wirbelfrequenzzähler – Anwendung Brennwertheizgerät aus: HLH 2/2008 33