Rohrreibungsberechnung 1-D Strömungstechnik I, 3. Termin Rohrreibungsberechnung 1-D - Ähnlichkeitstheorie - Strömungsmaschinen - Energieeffizienz Axialverdichter Radialverdichter Moreau S. / Henner M. / Brouckaert J.F. / Neal D.; “Numerical and experimental investigation of rotor-stator interaction in automotive engine cooling fan systems”;Technical paper Optimierung des Wirkungsgradsn einstufiger Radialverdichter unter Einsatz von 1-D Verlustmodellen und Evolutionären Algorithmen, FH Dortmund

Teil 1: 1-D Stromfadentheorie Bernoulli´sche Gleichung mit Verlusten Bestimmung von Druckverlustzahlen und Rohrreibungsbeiwerten Auslegung eines Axialventilators Arbeiten unter Excel mit Zellbenennung und Iteration

Absaugung aus einem Raum Bernoulli´sche Gleichung unter Berücksichtigung von Verlusten Absaugung aus einem Raum http://images.clipartpanda.com/clipart-house-house-clip-art-20.png Reibung Einbauten Verlustterm Ventilator

Stromfaden + Massenerhaltung Bernoulli´sche Gleichung unter Berücksichtigung von Verlusten 3 1 2 Ventilator Lösungsstrategie: Stromfaden + Massenerhaltung  Unbekannte Geschwindigkeiten über Kontinuitätsgleichung bestimmbar 𝑚 𝐸𝑖𝑛 = 𝑚 𝐴𝑢𝑠 →𝑚𝑖𝑡 ρ=𝑘𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡 𝑔𝑖𝑙𝑡: 𝑉 𝐸𝑖𝑛 = 𝑉 𝐴𝑢𝑠 → 𝑐 1 𝐴 1 = 𝑐 3 𝐴 3  Stromfaden von 1 nach 3 zur Bilanzierung der notwendigen Druckerhöhung durch den Ventilator

Druckverlustzahlen von Rohrleitungsteilen aus Tabellenwerk Reibung Einbauten Hier: Druckverlustzahlen von Rohrleitungsteilen aus Tabellenwerk Rohrreibung über Colebrook-White Gleichung, bzw. Moody-Diagramm aus Schade/Kunz (2013)

Moody-Diagramm zur Bestimmung des Rohrreibungskoeffizienten  Quelle: Schade/Kunz 2013 Schätzwert für Start der Iteration oder manuelle Berechnung

Teil 2 - Ähnlichkeitstheorie Kennlinien von Strömungsmaschinen Ähnlichkeitstheorie – Generierung von dimensionslosen Kennzahlen Herleitung von Druck und Lieferzahl Energetischer Vergleich vorwärts und rückwärts gekrümmter Schaufeln bei Radialverdichtern

Kennfeld einer Strömungsmaschine: Darstellung im x/y Diagramm x-Achse  Volumenstrom y-Achse  Druckdifferenz (Δp) , spezifische Stutzenarbeit (Y) oder Förderhöhe (H)

b) a) d) c) Ähnlichkeitstheorie –Vorgehensweise- Steckt die Re-Zahl hinter. Soll hier erst einmal vernachlässigt werden! Addition von branchenabhängigen Skalierungsfaktoren d) c)

Ähnlichkeitstheorie -Dimensionslose Darstellung-

Aufgabe 2: Wie lässt sich mit der effizienteren Schaufelform bei einem Radialventilator Energie sparen? Vergleich: Trommelläufer mit vorwärtsgekrümmten Schaufeln ineffizient=schlecht Laufrad mit rückwärtsgekrümmten Schaufeln effizient=gut

Radialventilatoren - Schaufelformen - vorwärts gekrümmt Drehrichtung radial endend Drehrichtung gerade rückwärts gekrümmt Drehrichtung rückwärts gekrümmt

Dimensionslos Drosselkennlinien bei konstantem Eintritts- und unterschiedlichem Austrittswinkel

Dimensionsbehaftet Drosselkennlinien bei konstantem Eintritts- und unterschiedlichem Austrittswinkel

Auf geht’s…