Einführungsvorlesung

Präsentation zum Thema: "Einführungsvorlesung"—  Präsentation transkript:

1 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)

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

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

4 Messdatenverarbeitung/Geschwindigkeitsmessung/Volumenstrombestimmung
Geschwindigkeitsverteilung = Profil

5 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]

6 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

7 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 Drehrichtung beachten! Drehrichtung beachten!

8 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

9 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

10 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

11 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

12 … 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 Rohrhydraulik und Energieeffizienz 3. Numerische Strömungsberechnung ANSYS-CFX Auf dem Server: Groessen_und_Einheiten pdf … sollte man auswendig können! …

13 Auf dem Server: Groessen_und_Einheiten161210.pdf

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

15 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

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

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

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

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

20 Sondenhalterung

21 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− 2𝑖−1 2𝑛 Messwert ist repräsentativ für eine Fläche!

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

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

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

25 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_ xlsx

26 Diese Simulation soll im ersten Praktikum erarbeitet werden!

27 Klausurbeispiel