Einführungsvorlesung Frank Kameier Einführungsvorlesung Strömungstechnik I und Messdatenverarbeitung Vier Praktikatermine als Anwendung und Übung Messdatenverarbeitung Geschwindigkeitsmessung und Volumenstrombestimmung Druckverluste in Leitungen und Auswahl einer Strömungsmaschine (Beispiel Raumbelüftung) Numerische Strömungsberechnung und Methoden zur Überprüfung der Simulationsergebnisse (Beispiel Strömung durch einen Krümmer, Visualisierung der Strömungsablösung)

Messdatenverarbeitung/Geschwindigkeitsmessung/Volumenstrombestimmung Versuch mit einfachem Tischgebläse Motor Radiallüfter 12 V Grau Conrad Best.-Nr.: 570095 - 62

Messdatenverarbeitung/Geschwindigkeitsmessung/Volumenstrombestimmung Anschlüsse für Differenzdruckmessgerät (Manometer) Prandtl´sches Staurohr Bohrung für Gesamtdruck Bohrungen oder Schlitz für statischen Druck

Messdatenverarbeitung/Geschwindigkeitsmessung/Volumenstrombestimmung Geschwindigkeitsverteilung = Profil

Messdatenverarbeitung/Geschwindigkeitsmessung/Volumenstrombestimmung 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 ] [VDC] [VAC]

1-D Stromfadentheorie/Ähnlichkeitstheorie/Energieeffizienz 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 1-dimensionale Betrachtung (vom Eintritt zum Austritt) Raumbelüftung/-absaugung Axialventilator

1-D Stromfadentheorie/Ähnlichkeitstheorie/Energieeffizienz Lernziel 3 Energieeffizienz, mögliche Stromersparnis bei richtiger Ventilatorauswahl Begriffe verstehen Vorwärts und rückwärts gekrümmte Schaufel Ventilatorkennlinien, Leistung, Wirkungsgrad vorwärt gekrümmte Schaufel rückwärts gekrümmte Schaufel=energieeffizent Tischgebläse aus Praktikum http://en.wikipedia.org/wiki/Centrifugal_fan Drehrichtung beachten! Drehrichtung beachten!

1-D Stromfadentheorie/Ähnlichkeitstheorie/Energieeffizienz Lernziel 3 Energieeffizienz, mögliche Stromersparnis bei richtiger Ventilatorauswahl freilaufend in rechteckigem Kasten (schlecht!) Spiralgehäuse (gut!) FH Düsseldorf – Auslegungs- und Konstruktionswerkzeug

1-D Stromfadentheorie/Ähnlichkeitstheorie/Energieeffizienz Lernziel 3 Energieeffizienz, mögliche Stromersparnis bei richtiger Ventilatorauswahl freilaufend in rechteckigem Kasten (schlecht!) Spiralgehäuse (gut!) Energieversorgungsblock (bei ICE unterm Zug) FH Düsseldorf – Auslegungs- und Konstruktionswerkzeug

1-D Stromfadentheorie/Ähnlichkeitstheorie/Energieeffizienz Lernziel 3 Energieeffizienz, mögliche Stromersparnis bei richtiger Ventilatorauswahl freilaufend in rechteckigem Kasten (schlecht!) Spiralgehäuse (gut!) FH Düsseldorf – Auslegungs- und Konstruktionswerkzeug

3-D Strömung / numerische Strömungsberechnung (CFD) 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 Rohrkrümmer mit Geschwindigkeitsprofilen turbulente Wandgrenzschicht laminare Wandgrenzschicht

… sollte man auswendig können! 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_Einheiten161210.pdf … sollte man auswendig können! …

Auf dem Server: Groessen_und_Einheiten161210.pdf

Praktikum I, Messdatenverarbeitung Radialventilator / Geschwindigkeitsprofil Laufradeintritt Laufrad- austritt ideal gleichförmig Geschwindigkeit über den Rohrradius oder -durchmesser

Für Prüfung besonders relevant! Abtastung von Messwerten durch arithmetische Mittelung: Gleichanteil 11 [m/s] Schwankung, Rauschen, Amplitude 1 [m/s] Schwankung, Sinus, 10 Stützstellen pro Periode

Abtastung von Messwerten durch arithmetische Mittelung: Gleichanteil 11 [m/s] Schwankung, Sinus, 10 Stützstellen pro Periode Schwankung, Sinus, 5 Stützstellen pro Periode

Prandtl´sches Staurohr und Bernoulli-Gleichung Druckdifferenz= rhoFlüssigkeit*h*g

= Staupunkt (c2=0) und z1=z2 Prandtl´sches Staurohr und Bernoulli-Gleichung = Staupunkt (c2=0) und z1=z2

Verzweigungsstromlinie Statische Drucksonde Verzweigungsstromlinie Durch Kontinuum gibt es eine Stromaufwirkung – Strömungsmedium besteht nicht aus Billiardkugeln!

Sondenhalterung

Volumenstrom – Schwerlinienverfahren – VDI 2640 (1983) flächenbezogene Mittelung Wahl der Messpunktabstände derart, dass arithmetische Mittelung möglich ist! (jede Teilfläche ist gleich groß) 𝑦 𝑖 𝐷 = 1 2 1− 1− 2𝑖−1 2𝑛 Messwert ist repräsentativ für eine Fläche!

Volumenstrom – Schwerlinienverfahren – VDI 2640 (1983) flächenbezogene Mittelung genügend Messpunkte notwendig - 3 hier nur exemplarisch !!! schwerlinien_verfahren051113.xlsx

Beliebige Abstände durch Integration möglich! Volumenstromberechnung Berechnung aus Geschwindigkeitsprofil (kreisrundes Rohr) flächenbezogene Mittelung Beliebige Abstände durch Integration möglich! Geschwindigkeitsprofil_300913.xlsx

Die Geschwindigkeit an der Wand ist null! Dieser Wert kann mit dem Prandtl´schen Staurohr nicht gemessen werden. … Details zur Reibung siehe 4. Vorlesung!

Integration mit Trapezverfahren Volumenstromberechnung Berechnung aus Geschwindigkeitsprofil (kreisrundes Rohr) Zelle (B4-B3)=dr flächenbezogene Mittelung Integration mit Trapezverfahren Zelle (B3+B4)/2=r Zelle (C3+C4)/2=c(r) Geschwindigkeitsprofil_300913.xlsx

Diese Simulation soll im ersten Praktikum erarbeitet werden!

Klausurbeispiel