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Frank Kameier - Strömungstechnik I und Messdatenerfassung Folie VL1/ Nr.1 WS13/14 Frank Kameier Einführungsvorlesung Strömungstechnik.

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Präsentation zum Thema: "Frank Kameier - Strömungstechnik I und Messdatenerfassung Folie VL1/ Nr.1 WS13/14 Frank Kameier Einführungsvorlesung Strömungstechnik."—  Präsentation transkript:

1 Frank Kameier - Strömungstechnik I und Messdatenerfassung Folie VL1/ Nr.1 WS13/14 Frank Kameier Einführungsvorlesung Strömungstechnik I und Messdatenverarbeitung Vier Praktikatermine als Anwendung und Übung 1.Messdatenverarbeitung 2.Geschwindigkeitsmessung und Volumenstrombestimmung 3.Druckverluste in Leitungen und Auswahl einer Strömungsmaschine (Beispiel Raumbelüftung) 4.Numerische Strömungsberechnung und Methoden zur Überprüfung der Simulationsergebnisse (Beispiel Strömung durch einen Krümmer, Visualisierung der Strömungsablösung)

2 Frank Kameier - Strömungstechnik I und Messdatenerfassung Folie VL1/ Nr.2 WS13/14 Motor Radiallüfter 12 V Grau Conrad Best.-Nr.: Versuch mit einfachem Tischgebläse Messdatenverarbeitung/Geschwindigkeitsmessung/Volumenstrombestimmung

3 Frank Kameier - Strömungstechnik I und Messdatenerfassung Folie VL1/ Nr.3 WS13/14 Prandtl´sches Staurohr Bohrung für Gesamtdruck Bohrungen oder Schlitz für statischen Druck Anschlüsse für Differenzdruckmessgerät (Manometer) Messdatenverarbeitung/Geschwindigkeitsmessung/Volumenstrombestimmung

4 Frank Kameier - Strömungstechnik I und Messdatenerfassung Folie VL1/ Nr.4 WS13/14 Geschwindigkeitsverteilung = Profil Messdatenverarbeitung/Geschwindigkeitsmessung/Volumenstrombestimmung

5 Frank Kameier - Strömungstechnik I und Messdatenerfassung Folie VL1/ Nr.5 WS13/14 Lernziel 1 Software zur Messdatenverarbeitung anwenden und Mittelungsprinzip verstehen, Volumenstrombestimmung, Messung einer Strömungsgeschwindigkeit, Größen mittels einer repräsentativen Fläche gewichten (Flächenmittelung) Begriffe verstehen -Volumenstrom, Massenstrom -Dichte, Ideale Gasgleichung, inkompressibel -Geschwindigkeitsverteilung -Massenerhaltung Momentanwert=Mittelwert + Schwankungsgröße [ V ] [V DC ] [V AC ] Messdatenverarbeitung/Geschwindigkeitsmessung/Volumenstrombestimmung

6 Frank Kameier - Strömungstechnik I und Messdatenerfassung Folie VL1/ Nr.6 WS13/14 Lernziel 2 Raumbelüftung, Auswahl eines geeigneten Lüfters, Abschätzung von Druckverlusten, Wirkungsgrad von Strömungsmaschinen, mögliche Stromersparnis bei richtiger Ventilatorauswahl Begriffe verstehen -Druckverluste -axiale, radiale Strömungsmaschine, Schaufelform -Kennlinien und dimensionslose Darstellung -Leistung und Wirkungsgrad Axialventilator Raumbelüftung/-absaugung 1-D Stromfadentheorie/Ähnlichkeitstheorie/Energieeffizienz 1-dimensionale Betrachtung (vom Eintritt zum Austritt)

7 Frank Kameier - Strömungstechnik I und Messdatenerfassung Folie VL1/ Nr.7 WS13/14 Lernziel 3 Energieeffizienz, mögliche Stromersparnis bei richtiger Ventilatorauswahl Begriffe verstehen -Vorwärts und rückwärts gekrümmte Schaufel -Ventilatorkennlinien, Leistung, Wirkungsgrad 1-D Stromfadentheorie/Ähnlichkeitstheorie/Energieeffizienz rückwärts gekrümmte Schaufel=energieeffizent vorwärt gekrümmte Schaufel Tischgebläse aus Praktikum Drehrichtung beachten!

8 Frank Kameier - Strömungstechnik I und Messdatenerfassung Folie VL1/ Nr.8 WS13/14 Lernziel 3 Energieeffizienz, mögliche Stromersparnis bei richtiger Ventilatorauswahl 1-D Stromfadentheorie/Ähnlichkeitstheorie/Energieeffizienz Spiralgehäuse (gut!) freilaufend in rechteckigem Kasten (schlecht!) FH Düsseldorf – Auslegungs- und Konstruktionswerkzeug

9 Frank Kameier - Strömungstechnik I und Messdatenerfassung Folie VL1/ Nr.9 WS13/14 Lernziel 3 Energieeffizienz, mögliche Stromersparnis bei richtiger Ventilatorauswahl 1-D Stromfadentheorie/Ähnlichkeitstheorie/Energieeffizienz Spiralgehäuse (gut!) freilaufend in rechteckigem Kasten (schlecht!) FH Düsseldorf – Auslegungs- und Konstruktionswerkzeug Energieversorgungsblock (bei ICE unterm Zug)

10 Frank Kameier - Strömungstechnik I und Messdatenerfassung Folie VL1/ Nr.10 WS13/14 Lernziel 3 Energieeffizienz, mögliche Stromersparnis bei richtiger Ventilatorauswahl 1-D Stromfadentheorie/Ähnlichkeitstheorie/Energieeffizienz Spiralgehäuse (gut!) freilaufend in rechteckigem Kasten (schlecht!) FH Düsseldorf – Auslegungs- und Konstruktionswerkzeug

11 Frank Kameier - Strömungstechnik I und Messdatenerfassung Folie VL1/ Nr.11 WS13/14 Lernziel 4 Reibungsbehaftete Strömungen berechnen (numerische Simulation, Grundlagen CFD (Computational Fluid Dynamics), Größenordnung der Berechnung überprüfen Begriffe verstehen -Bewegungsgleichung, Kontinuitätsgleichung -1-D Strömung(zur Abschätzung), 3-D Strömung (reale Abbildung) -Randbedingungen -Vernetzung bei laminarer und turbulenter Wandgrenzschicht turbulente Wandgrenzschicht laminare Wandgrenzschicht Rohrkrümmer mit Geschwindigkeitsprofilen 3-D Strömung / numerische Strömungsberechnung (CFD)

12 Frank Kameier - Strömungstechnik I und Messdatenerfassung Folie VL1/ Nr.12 WS13/14 Modalitäten: - vier Multiple-Choice-Tests a 3 Punkte =12 Punkte - eine Hausarbeit als Einzelarbeit, zur Auswahl stehen die drei Themen- komplexe 1. Geschwindigkeits- und Volumenstrommessung 2. Rohrhydraulik und Energieeffizienz 3. Numerische Strömungsberechnung ANSYS-CFX Auf dem Server: Groessen_und_Einheiten pdf … sollte man auswendig können! …

13 Frank Kameier - Strömungstechnik I und Messdatenerfassung Folie VL1/ Nr.13 WS13/14 Auf dem Server: Groessen_und_Einheiten pdf

14 Frank Kameier - Strömungstechnik I und Messdatenerfassung Folie VL1/ Nr.14 WS13/14 Praktikum I, Messdatenverarbeitung Radialventilator / Geschwindigkeitsprofil ideal gleichförmig Geschwindigkeit über den Rohrradius oder -durchmesser Laufradeintritt Laufrad- austritt

15 Frank Kameier - Strömungstechnik I und Messdatenerfassung Folie VL1/ Nr.15 WS13/14 Abtastung von Messwerten durch arithmetische Mittelung: Gleichanteil 11 [m/s] Schwankung, Rauschen, Amplitude 1 [m/s] Schwankung, Sinus, 10 Stützstellen pro Periode Für Prüfung besonders relevant!

16 Frank Kameier - Strömungstechnik I und Messdatenerfassung Folie VL1/ Nr.16 WS13/14 Abtastung von Messwerten Schwankung, Sinus, 10 Stützstellen pro Periode Schwankung, Sinus, 5 Stützstellen pro Periode durch arithmetische Mittelung: Gleichanteil 11 [m/s]

17 Frank Kameier - Strömungstechnik I und Messdatenerfassung Folie VL1/ Nr.17 WS13/14 Prandtl´sches Staurohr und Bernoulli-Gleichung Druckdifferenz= rho Flüssigkeit * h*g

18 Frank Kameier - Strömungstechnik I und Messdatenerfassung Folie VL1/ Nr.18 WS13/14 Prandtl´sches Staurohr und Bernoulli-Gleichung 2= Staupunkt (c 2 =0) und z 1 =z 2

19 Frank Kameier - Strömungstechnik I und Messdatenerfassung Folie VL1/ Nr.19 WS13/14 Statische Drucksonde Verzweigungsstromlinie Durch Kontinuum gibt es eine Stromaufwirkung – Strömungsmedium besteht nicht aus Billiardkugeln!

20 Frank Kameier - Strömungstechnik I und Messdatenerfassung Folie VL1/ Nr.20 WS13/14 Sondenhalterung

21 Frank Kameier - Strömungstechnik I und Messdatenerfassung Folie VL1/ Nr.21 WS13/14 Volumenstrom – Schwerlinienverfahren – VDI 2640 (1983) Wahl der Messpunktabstände derart, dass arithmetische Mittelung möglich ist! (jede Teilfläche ist gleich groß) Messwert ist repräsentativ für eine Fläche! flächenbezogene Mittelung

22 Frank Kameier - Strömungstechnik I und Messdatenerfassung Folie VL1/ Nr.22 WS13/14 Volumenstrom – Schwerlinienverfahren – VDI 2640 (1983) schwerlinien_verfahren xlsx genügend Messpunkte notwendig - 3 hier nur exemplarisch !!! flächenbezogene Mittelung

23 Frank Kameier - Strömungstechnik I und Messdatenerfassung Folie VL1/ Nr.23 WS13/14 Geschwindigkeitsprofil_ xlsx Berechnung aus Geschwindigkeitsprofil (kreisrundes Rohr) Volumenstromberechnung Beliebige Abstände durch Integration möglich! flächenbezogene Mittelung

24 Frank Kameier - Strömungstechnik I und Messdatenerfassung Folie VL1/ Nr.24 WS13/14 Die Geschwindigkeit an der Wand ist null! Dieser Wert kann mit dem Prandtl´schen Staurohr nicht gemessen werden. … Details zur Reibung siehe 4. Vorlesung!

25 Frank Kameier - Strömungstechnik I und Messdatenerfassung Folie VL1/ Nr.25 WS13/14 Geschwindigkeitsprofil_ xlsx Berechnung aus Geschwindigkeitsprofil (kreisrundes Rohr) Volumenstromberechnung Zelle (C3+C4)/2=c(r) Zelle (B3+B4)/2=r Zelle (B4-B3)=dr Integration mit Trapezverfahren flächenbezogene Mittelung

26 Frank Kameier - Strömungstechnik I und Messdatenerfassung Folie VL1/ Nr.26 WS13/14 Diese Simulation soll im ersten Praktikum erarbeitet werden!

27 Frank Kameier - Strömungstechnik I und Messdatenerfassung Folie VL1/ Nr.27 WS13/14 Klausurbeispiel


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