Strömungsmaschinen – Ähnlichkeitstheorie Rohrreibungsberechnung 1-D

Präsentation zum Thema: "Strömungsmaschinen – Ähnlichkeitstheorie Rohrreibungsberechnung 1-D"—  Präsentation transkript:

1 Strömungsmaschinen – Ähnlichkeitstheorie Rohrreibungsberechnung 1-D
Professor Dr.-Ing. Frank Kameier Strömungsmaschinen – Ähnlichkeitstheorie Rohrreibungsberechnung 1-D CFD Simulation eines Kühllüfters /1/ /1/ 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

2 Strömungsmaschinen Welche Möglichkeiten der Darstellung bieten sich an, um eine Strömungsmaschine zu charakterisieren?

3 Berechnung mittels Bernoulli-Gleichung
Darstellung im x/y Diagramm x-Achse  V_pkt y-Achse  dp (Druckdifferenz), Y (spezifische Stutzenarbeit), H (Förderhöhe) Messung Y/g Berechnung mittels Bernoulli-Gleichung

4 Dimensionsbehaftetes Drosselkennfeld einer Kreiselpumpe

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

6 Ähnlichkeitstheorie -Dimensionslose Darstellung-

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

8 Drosselkennlinien bei konstantem Eintritts- und unterschiedlichem Austrittswinkel

9 Drosselkennlinien bei konstantem Eintritts- und unterschiedlichem Austrittswinkel

10 Drosselkennlinien bei konstantem Eintritts- und unterschiedlichem Austrittswinkel

11 Drosselkennlinien bei konstantem Eintritts- und unterschiedlichem Austrittswinkel

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13 1-dimensionale Stromfadentheorie - Excelübung
• Bernoulli-Gleichung mit Verlusten • Excel mit Namen • Iteration unter Excel

14 Bernoulli Gleichung unter Berücksichtigung von Verlusten
Absaugung aus einem Raum Ventilator Ventilator Reibung Einbauten siehe: exemplarische_auslegung_verluste xlsx

15 Bernoulli Gleichung unter Berücksichtigung von Verlusten
Lösungsstrategie: Stromfaden von 1 nach 3 c1 und c2 aus Konti 3 Ventilator 2 1

16 Iteration unter Excel Bedienungshinweise:
Die Problematik einer Funktion mit einer Variablen links und rechts vom Gleichheitszeichen (c=f(c, D,h,etc.)) wird unter Excel Zirkelbezug genannt. Unter Datei/Optionen/Formeln muss „Iterative Berechnung“ aktiviert sein. Häufig ist es sinnvoll, beim Eintragen von Werten oder ändern von Formeln die Berechnung auf „Manuell“ zu stellen, um erst mit F9 eine neue Berechnung auszulösen.

17 Einströmung scharfkantig =0,5
Druckverlustzahlen von Rohrleitungsteilen, aus Schade/Kunz (2007) hier: Einströmung scharfkantig =0,5 unstetige Querschnittsänderung =0,6 Krümmer =0,2 (Geschwindigkeit jeweils hinter der Einbaustelle) Sowie Rohrreibung D1/D2

18 hier: =0,20 Druckverlustzahlen von Rohrleitungsteilen,
aus Schade/Kunz (2007) hier: =0,20 (Geschwindigkeit jeweils hinter der Einbaustelle)

19 Moody-Diagramm zur Bestimmung des Rohrreibungskoeffizienten 
Quelle: Schade/Kunz 2007

20 Formel nach Colebrook-White statt des Moody-Diagramms
Für das vorliegende Beispiel: lambda=(-2*LOG((2,51/(Re*(WENN(lambda=0;0,03;lambda))^0,5))+(epsilon/(3,71*D_2))))^-2 lambda=f(Re) Re=c*D/nue Somit steht lambda auf beiden Seiten der Gleichung => Iteration (Schätzung) ist notwendig!

21 Iteration unter Excel Bedienungshinweise:
Die Problematik einer Funktion mit einer Variablen links und rechts vom Gleichheitszeichen (c=f(c, D,h,etc.)) wird unter Excel Zirkelbezug genannt. Unter Datei/Optionen/Formeln muss „Iterative Berechnung“ aktiviert sein. Häufig ist es sinnvoll, beim Eintragen von Werten oder ändern von Formeln die Berechnung auf „Manuell“ zu stellen, um erst mit F9 eine neue Berechnung auszulösen.

22 siehe: exemplarische_auslegung_verluste020313.xlsx

23 siehe: exemplarische_auslegung_verluste020313.xlsx

24 siehe: exemplarische_auslegung_verluste020313.xlsx