Frank Kameier - Strömungstechnik II Folie VL5/ Nr.1 SoSe14 Frank Kameier Strömungstechnik II 5. Vorlesung - Volumenstromessverfahren.

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1 Frank Kameier - Strömungstechnik II http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL5/ Nr.1 SoSe14 Frank Kameier Strömungstechnik II 5. Vorlesung - Volumenstromessverfahren Strömungsgeschwindigkeitsmessung - Prandtlsches Staurohr - Anemometer (Halbschalen / Ultraschall) Integrale Messverfahren zur Volumenstrombestimmung: - Ultraschallverfahren - Einlaufdüse (Wirbelfadendüse) - Blende - Venturidüse - Wirbelfrequenzzähler

2 Frank Kameier - Strömungstechnik II http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL5/ Nr.2 SoSe14 Beispiel: Prandtlsches Staurohr 0 2 =Staupunkt (c=0) inkompressibel

3 Frank Kameier - Strömungstechnik II http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL5/ Nr.3 SoSe14 Druckverlauf entlang des Prandtlschen Staurohrs aus: Schade/Kunz/Kameier/Paschereit, 2013

4 Frank Kameier - Strömungstechnik II http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL5/ Nr.4 SoSe14 Prandtlsches Staurohr in kompressibler Strömung aus: Schade/Kunz, 2013. kompressibel

5 Frank Kameier - Strömungstechnik II http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL5/ Nr.5 SoSe14 geschwindigkeitsprofil181002.xls Volumenstromberechnung aus einem Geschwindigkeitsprofil (kreisrundes Rohr)

6 Frank Kameier - Strömungstechnik II http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL5/ Nr.6 SoSe14 Volumenstromberechnung und Grenzschichteinfluss siehe: rohrprofil_grenzschichteinfluss050108.xls

7 Frank Kameier - Strömungstechnik II http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL5/ Nr.7 SoSe14 Volumenstromberechnung und Grenzschichteinfluss siehe: rohrprofil_grenzschichteinfluss050108.xls

8 Frank Kameier - Strömungstechnik II http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL5/ Nr.8 SoSe14 Deutsche Bauart: Grundform Halbkugel Hersteller: Thies Clima Dänische Bauart: Grundform Kegel Hersteller: Vektor Halbschalen- und Ultraschallanemometer z.B. für den Einsatz an Windkraftanlagen.

9 Frank Kameier - Strömungstechnik II http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL5/ Nr.9 SoSe14 Berechnung des Turbulenzgrades aus der Standardabweichung der Messwerte: Akustische Strömungsmessung: Ultraschallanemometer Laufzeitanalyse c c ll l a Empfänger Sender c Anwendung: Turbulenzmessung, Meteorologie, Windenergienutzung

10 Frank Kameier - Strömungstechnik II http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL5/ Nr.10 SoSe14 http://ifs.muv.fh-duesseldorf.de/Veroeffentlichungen/veroeffentlichung_lackmann_deiss.pdf

11 Frank Kameier - Strömungstechnik II http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL5/ Nr.11 SoSe14 Ablösung an einer umströmten Kugel: laminare Grenzschichtturbulente Grenzschicht

12 Frank Kameier - Strömungstechnik II http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL5/ Nr.12 SoSe14 Vergleich HalbkugelKegelstumpf { Ablösebereich 10°fester Ablösepunkt

13 Frank Kameier - Strömungstechnik II http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL5/ Nr.13 SoSe14 Akustische Strömungsmessung: SODAR Anwendung: Geschwindigkeits- und Turbulenzprofile, Meteorologie, Windenergienutzung Analyse der Dopplerfrequenz

14 Frank Kameier - Strömungstechnik II http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL5/ Nr.14 SoSe14 Akustische Strömungsmessung: SODAR Geschwindigkeitsprofil Offshore Messungen (Nov. 2001) (Frequenzen zwischen 1500 und 3000 Hz)

15 Frank Kameier - Strömungstechnik II http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL5/ Nr.15 SoSe14 Volumenstrombestimmung mittels Ultraschall bei stark gestörten Strömungsprofilen Ultraschall Durchflussmessung von Fluiden mit Drosselgeräten DIN EN ISO 5167 Teil 3 (1998)

16 Frank Kameier - Strömungstechnik II http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL5/ Nr.16 SoSe14 Volumenstrombestimmung mittels Ultraschall: Geschwindigkeitsprofil stromab eines Saugkastens

17 Frank Kameier - Strömungstechnik II http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL5/ Nr.17 SoSe14 l a Empfänger Sender c c c ll Volumenstrombestimmung mittels Ultraschall – Laufzeitdifferenzverfahren

18 Frank Kameier - Strömungstechnik II http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL5/ Nr.18 SoSe14 Volumenstrombestimmung mittels Ultraschall bei stark gestörten Strömungsprofilen Aufbau 1Aufbau 2

19 Frank Kameier - Strömungstechnik II http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL5/ Nr.19 SoSe14 Volumenstrombestimmung mittels Ultraschall – Laufzeitdifferenzverfahren a c II

20 Frank Kameier - Strömungstechnik II http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL5/ Nr.20 SoSe14 Saugkasten – 200mm langes Rohr - Ultraschallaufnehmer (Aufbau II) q v =2,8m³/s 090180270360 16 18 20 22 24 26 28 30 32 Mittelwerte c_Bl. c_Ultra. c [m/s] Saugkastenposition [°] 090180270360 0 10 20 30 40 Mittelwert Fehler [%] Saugkastenposition [°] Volumenstrombestimmung mittels Ultraschall – Messgenauigkeit

21 Frank Kameier - Strömungstechnik II http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL5/ Nr.21 SoSe14 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.

22 Frank Kameier - Strömungstechnik II http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL5/ Nr.22 SoSe14 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]') Welche Einheit hat die Wirbelstärke ?

23 Frank Kameier - Strömungstechnik II http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL5/ Nr.23 SoSe14 Druckentnahme Einlaufdüse (Wirbelfadendüse) (DIN EN ISO 5167) 1 mit hier

24 Frank Kameier - Strömungstechnik II http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL5/ Nr.24 SoSe14 Einlaufdüse (Wirbelfadendüse) (DIN EN ISO 5167)

25 Frank Kameier - Strömungstechnik II http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL5/ Nr.25 SoSe14 Einlaufdüse (FLT-Düse) (DIN EN ISO 5167)

26 Frank Kameier - Strömungstechnik II http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL5/ Nr.26 SoSe14 Einlaufdüse – Airmeter für Flugzeugtriebwerke Airmeter – Einlaufdüse zur Massenstrombestimmung eines Flugtriebwerks, Quelle: Mitarbeiterzeitung BMW Rolls-Royce, Dahlewitz, 1997.

27 Frank Kameier - Strömungstechnik II http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL5/ Nr.27 SoSe14 Messblende – DIN EN ISO 5167 Durchflussmessung von Fluiden mit Drosselgeräten in voll durchströmten Leitungen mit Kreisquerschnitt - Teil 2: Blenden, Ausgabe 01-2004

28 Frank Kameier - Strömungstechnik II http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL5/ Nr.28 SoSe14 Messblende – DIN EN ISO 5167 - inkompressibel eine Messgröße - (Differenzdruck) [ m 3 /s ]

29 Frank Kameier - Strömungstechnik II http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL5/ Nr.29 SoSe14 Messblende – DIN EN ISO 5167 - kompressibel [ m 3 /s ] [ kg/s ] Isentropenexponent für Luft zwei Messgrößen

30 Frank Kameier - Strömungstechnik II http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL5/ Nr.30 SoSe14 blende_din_en_iso5167_030604.xls Erforderlich ist ein turbulentes Rohrströmungsprofil mit Re 16000 2 (hier: =0.8 Re>10205) Messblende – DIN EN ISO 5167 - kompressibel

31 Frank Kameier - Strömungstechnik II http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL5/ Nr.31 SoSe14 Venturirohr Ansicht von hinten (Blick stromauf) statische Druckmessung an 4 Umfangspositionen ( p Venturi )

32 Frank Kameier - Strömungstechnik II http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL5/ Nr.32 SoSe14 Venturirohr C = 0,9858 – 0,196 ß 4,5 Ansicht von hinten (Blick stromauf)

33 Frank Kameier - Strömungstechnik II http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL5/ Nr.33 SoSe14 Wirbelfrequenzzähler Wirbel-Zähler VORTY - Wirbelablösung an einem trapezförmigen Prallkörper c Karmansche Wirbelstraße hinter einem umströmten Zylinder, vgl. Feynman (1974). Kleine Durchsätze können nicht gemessen werden: Re min 140000 (Herstellerangabe 20000) c min 13 m/s (Herstellerangabe 1,9 m/s)

34 Frank Kameier - Strömungstechnik II http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie VL5/ Nr.34 SoSe14 Wirbelfrequenzzähler – Anwendung Brennwertheizgerät aus: HLH 2/2008