Volumenstrommessverfahren (mit praktischer Vorführung im Labor) FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Professor Dr.-Ing. Frank Kameier Volumenstrommessverfahren (mit praktischer Vorführung im Labor) • Strömungsgeschwindigkeitsmessung - Prandtlsches Staurohr - Anemometer (Halbschalen / Ultraschall) • Integrale Messverfahren zur Volumenstrombestimmung: - Ultraschallverfahren - Einlaufdüse (Wirbelfadendüse) - Blende - Venturidüse - Wirbelfrequenzzähler Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009

FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Beispiel: Prandtlsches Staurohr 2 =Staupunkt (c=0) Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009

FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Druckverlauf entlang des Prandtlschen Staurohrs aus: Schade/Kunz, 1989. Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009

FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Prandtlsches Staurohr in kompressibler Strömung aus: Schade/Kunz, 1989. Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009

FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Volumenstromberechnung aus einem Geschwindigkeitsprofil (kreisrundes Rohr) geschwindigkeitsprofil181002.xls Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009

FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Halbschalen- und Ultraschallanemometer für den Einsatz an Windkraftanlagen. „Deutsche“ Bauart: Grundform Halbkugel Hersteller: Thies Clima „Dänische“ Bauart: Grundform Kegel Hersteller: Vektor Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009

FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Akustische Strömungsmessung: Ultraschallanemometer Laufzeitanalyse l Empfänger cll c  c a Sender Berechnung des Turbulenzgrades aus der Standardabweichung  der Messwerte: Anwendung: Turbulenzmessung, Meteorologie, Windenergienutzung Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009

FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik http://ifs.muv.fh-duesseldorf.de/Veroeffentlichungen/veroeffentlichung_lackmann_deiss.pdf Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009

FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Ablösung an einer umströmten Kugel: laminare Grenzschicht turbulente Grenzschicht Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009

FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Vergleich Halbkugel Kegelstumpf Ablösebereich 10° fester Ablösepunkt { Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009

Analyse der Dopplerfrequenz FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Akustische Strömungsmessung: SODAR Anwendung: Geschwindigkeits- und Turbulenzprofile, Meteorologie, Windenergienutzung Analyse der Dopplerfrequenz Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009

Geschwindigkeitsprofil FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Akustische Strömungsmessung: SODAR Offshore Messungen (Nov. 2001) (Frequenzen zwischen 1500 und 3000 Hz) Geschwindigkeitsprofil Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009

FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Volumenstrombestimmung mittels Ultraschall bei stark gestörten Strömungsprofilen FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Ultraschall Durchflussmessung von Fluiden mit Drosselgeräten DIN EN ISO 5167 Teil 3 (1998) Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009

FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Volumenstrombestimmung mittels Ultraschall: Geschwindigkeitsprofil stromab eines Saugkastens Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009

FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Volumenstrombestimmung mittels Ultraschall – Laufzeitdifferenzverfahren FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik l Empfänger cll c  c a Sender Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009

FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Volumenstrombestimmung mittels Ultraschall bei stark gestörten Strömungsprofilen FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Aufbau 1 Aufbau 2 Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009

FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Volumenstrombestimmung mittels Ultraschall – Laufzeitdifferenzverfahren a cII Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009

FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Volumenstrombestimmung mittels Ultraschall – Messgenauigkeit Saugkasten – 200mm langes Rohr - Ultraschallaufnehmer (Aufbau II) qv=2,8m³/s 32 30 c_Bl. 40 c_Ultra. 28 30 26 Mittelwerte 24 c [m/s] Fehler [%] 20 22 20 Mittelwert 10 18 16 90 180 270 360 90 180 270 360 Saugkastenposition [°] Saugkastenposition [°] Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009

FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik 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. Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009

FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik 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]') Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009

FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Einlaufdüse (Wirbelfadendüse) (DIN EN ISO 5167) Druckentnahme  1 mit hier Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009

FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Einlaufdüse (Wirbelfadendüse) (DIN EN ISO 5167) Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009

FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Einlaufdüse (FLT-Düse) (DIN EN ISO 5167) Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009

FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Einlaufdüse – Airmeter für Flugzeugtriebwerke Airmeter – Einlaufdüse zur Massenstrombestimmung eines Flugtriebwerks, Quelle: Mitarbeiterzeitung BMW Rolls-Royce, Dahlewitz, 1997. Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009

FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Messblende – DIN EN ISO 5167 Durchflussmessung von Fluiden mit Drosselgeräten in voll durchströmten Leitungen mit Kreisquerschnitt - Teil 2: Blenden, Ausgabe 01-2004 Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009

Messblende – DIN EN ISO 5167 - inkompressibel FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Messblende – DIN EN ISO 5167 - inkompressibel [ m3/s ] eine Messgröße - (Differenzdruck) Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009

Messblende – DIN EN ISO 5167 - kompressibel FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Messblende – DIN EN ISO 5167 - kompressibel [ m3/s ] [ kg/s ] zwei Messgrößen Isentropenexponent für Luft Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009

Messblende – DIN EN ISO 5167 - kompressibel FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Messblende – DIN EN ISO 5167 - kompressibel Erforderlich ist ein turbulentes Rohrströmungsprofil mit Re16000 2 (hier: =0.8 Re>10205) blende_din_en_iso5167_030604.xls Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009

FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Wirbelfrequenzzähler c Wirbel-Zähler VORTY - Wirbelablösung an einem trapezförmigen Prallkörper Karmansche Wirbelstraße hinter einem umströmten Zylinder, vgl. Feynman (1974). Kleine Durchsätze können nicht gemessen werden: Remin  140000 (Herstellerangabe 20000) cmin 13 m/s (Herstellerangabe 1,9 m/s) Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009

FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Venturirohr Ansicht von hinten (Blick stromauf) statische Druckmessung an 4 Umfangspositionen (pVenturi) Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009

FH D Fachhochschule Düsseldorf Maschinenbau und Verfahrenstechnik Venturirohr C = 0,9858 – 0,196  ß4,5 Ansicht von hinten (Blick stromauf) Frank Kameier Strömungsmechanik, HdT Essen, 15./16.06.2009