Wallpflichtfach: Strömungstechnik und Akustik

Präsentation zum Thema: "Wallpflichtfach: Strömungstechnik und Akustik"—  Präsentation transkript:

1 Wallpflichtfach: Strömungstechnik und Akustik
Thema: Strömungssimulation an einer Messblende mittels ANSYS CFX Oleg Wenzel

2 Inhalt: Einleitung / Aufgabenstellung Auswahl- Einbau der Messblende
Geschwindigkeitsberechnungsverfahren Simulation der Umströmung der Messblende Oleg Wenzel

3 Einleitung / Aufgabenstellung
Auswahl und Anforderungen an den Einbau der Messblende Verfahren zur Berechnung der Geschwindigkeit Simulation der Umströmung der Messblende mittels Ansys CFX Vergleich der gemessenen Werte mit den simulierten Oleg Wenzel

4 Auswahl der Messblende nach DIN EN ISO 5167
Länge e: 0,005D ≤ e ≤ 0,02D Dicke E: e ≤ E ≤ 0,05D Abschrägwinkel α: 45° ±15° Kanten G, H und I: müssen scharf sein, d.h. sie dürfen keinen Grad und keine Rundung aufwiesen bzw. nicht großer als 0,0004d Durchmesser der Blendenöffnung d: wobei 0,1 ≤ β ≤ 0,75 Quelle: EN ISO Oleg Wenzel

5 Einbau der Messblende nach DIN EN ISO 5167
Blende muss kreisförmig und konzentrisch zur Rohrachse eingestellt werden Die erforderlichen Mindestlängen störungsfreier gerader Rohrstrecken im Ein- und Auslauf müssen eingehalten werden Die Stirnseite 1 der Blende muss nach dem Einbau in eine Rohrleitung eben sein Legende 1 Außendurchmesser der Blende 2 Rohrinnendurchmesser (D) 3 Gerade Kante 4 Blende 5 Abweichung von Ebenheit Lücke zwischen der Blende und einer geraden Kantenlänge D soll kleiner als 0,005(D-d)/2 sein Quelle: EN ISO Oleg Wenzel

6 Geschwindigkeitsberechnungsverfahren: theoretisch
Kontinuitätsgleichung: mit Bernoulligleichung: c1 wird mit Hilfe eliminiert Eingesetzt in Bernoulligleichung: mü ist ein Kontraktionsfaktor ist, der das Zusammenschnüren des Strahls berücksichtigt Berücksichtigung der Verschiebung durch Faktor φ: Mit Durchflusszahl α : Bei kompressiblen Fluiden: und mit für Gase Oleg Wenzel

7 Geschwindigkeitsberechnungsverfahren: industriell
Bei der industriellen Durchflussmessung nach Din EN ISO 5167 basieren die Berechnungen des Volumen- und Massenstroms auf den o.g. Gleichungen. Der Durchflusskoeffizienten C ist eine Funktion der Reynoldszahl und muss iterativ gemäß DIN EN bestimmt werden Die Expansionszahl berechnet sich gemäß Für den Einsatz der Messblende gilt eine untere Grenze der Reynoldszahl, die abhängig vom Durchmesserverhältnis der Blende überschritten sein muss: Oleg Wenzel

8 Auswahl einer Messblende Einbau einer Messblende
Geschwindigkeitsberechnungsverfahren: - Theoretisch - Industriel Simulation der Umströmung der Messblende - Volumenmodel Vorbereitung - Netzerstellung - Vergabe der Randbedingungen - Lösung - Auswertung der Ergebnisse Oleg Wenzel

9 Simulation der Umströmung der Messblende mittels Ansys CFX
Geometrie/Volumenmodel Vorbereitung Vollvolumen Abmessungen der Ringkammermessblende (Quelle: Praktikum Strömungstechnik 1, Fachhochschule Düsseldorf, Prof. Dr. –Ing. Frank Kameier) ¼ des Volumens Oleg Wenzel

10 Vernetzung des Volumenmodells mit „ANSYS ICEM CFX“
Zerteilung des Volumenmodels in einzelne Parts Das erzeugte Netz Einstellungen für die Netzerstellung Knoten Elemente 167314 605651 Oleg Wenzel

11 Vergabe der Randbedingungen in Ansys CFX- Pre
Oleg Wenzel

12 CFX- Solver Manager Oleg Wenzel

13 Darstellung / Auswertung der Ergebnisse mithilfe von ANSYS CFX- Post
Nr. 6 5 4 3 2 1 Geschwindigkeitsverlauf Druckverteilung Abbremsung der Luftströmung in der unmittelbare nähe der Messblende, dadurch höherer Druck an der vorderen Wand der Blende. Umlenkung der Luftströmung in die Mitte und Verengung des Rohrquerschnittes, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit an der Stelle zunimmt und der Druck abfällt. Strömungsablösung an der vordere Kante der Messblende, Wirbelbildung hinter der Messblende und als folge niedriger Druck. Oleg Wenzel

14 Darstellung / Auswertung der Ergebnisse mithilfe von ANSYS CFX- Post
Überprüfung der Rohrströmungsprofilen am Ein- , und Austritt voll ausgebildetes turbulentes Rohrströmungsprofil Oleg Wenzel

15 Gemessene Druckdifferenz
Darstellung / Auswertung der Ergebnisse mithilfe von ANSYS CFX- Post Vergleich der Versuchsergebnisse mit Simulationsergebnissen Druckentnahme Druck gemessen/berechnet Vers./SimNr. Gemessene Druckdifferenz in Pa Druckdifferenz aus der Simulation Abweichung in % 1 100 91,8 8,2 2 300 277,24 7,5 3 580 533,12 8,8 4 860 786,55 8,5 5 1340 1231,15 8,1 6 1860 1692,79 Mittlere Abweichung 8,3 Ursachen der Abweichung: Modelierungsfehler Diskretiesierungsfehler Computersimulationen und Experimente kombiniert einsetzen In Computersimulationen werden die Tendenzen immer richtig vorhergesagt Oleg Wenzel

16 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Oleg Wenzel