Wallpflichtfach: Strömungstechnik und Akustik Thema: Strömungssimulation an einer Messblende mittels ANSYS CFX Oleg Wenzel 457159

Inhalt: Einleitung / Aufgabenstellung Auswahl- Einbau der Messblende Geschwindigkeitsberechnungsverfahren Simulation der Umströmung der Messblende Oleg Wenzel 457159

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 457159

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 5167-2 Oleg Wenzel 457159

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 5167-2 Oleg Wenzel 457159

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 457159

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 5167-2 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 457159

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 457159

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 457159

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 457159

Vergabe der Randbedingungen in Ansys CFX- Pre Oleg Wenzel 457159

CFX- Solver Manager Oleg Wenzel 457159

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 457159

Darstellung / Auswertung der Ergebnisse mithilfe von ANSYS CFX- Post Überprüfung der Rohrströmungsprofilen am Ein- , und Austritt voll ausgebildetes turbulentes Rohrströmungsprofil Oleg Wenzel 457159

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 457159

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Oleg Wenzel 457159