WS 06/07 Strömungstechnik und Akustik Strömungsmesstechnik Thomas Haite WS 06/07 Strömungstechnik und Akustik Strömungsmesstechnik Thomas Haite FH D Fachhochschule

WS 06/07 Strömungstechnik und Akustik

StrömungsmesstechnikThomas Haite



FH DFachhochschule Düsseldorf

Kolloquium:Kolloquium: Thomas-Markus HaiteThomas-Markus Haite

Matr.-Nr.:Matr.-Nr.: 384624384624

Studiengang:Studiengang: Simulation und ExperimentaltechnikSimulation und Experimentaltechnik

Thema:Thema: StrömungsmesstechnikStrömungsmesstechnik

Folie 1




Folie 2

Die Die Strömungsmesstechnik Strömungsmesstechnik ist ein sehr breites Feld.ist ein sehr breites Feld.Eine Unterteilung kann wie folgt vorgenommen werden.Eine Unterteilung kann wie folgt vorgenommen werden.

VolumenmessungVolumenmessung

Massenmessung Massenmessung

DurchflussmessungDurchflussmessung

Druckmessung Druckmessung

Temperaturmessung Temperaturmessung

Viskosimetrie Viskosimetrie

Visualisierung von Strömungen Visualisierung von Strömungen

WandschubmessungenWandschubmessungen

Volumen- und Massenstrom / Volumen- und Massenstrom / StrömungsgeschwindigkeitStrömungsgeschwindigkeit




Folie 3

Elementaren Elementaren DruckbezeichnungenDruckbezeichnungen können anhand der können anhand der Bernoulli-Gleichung Bernoulli-Gleichung gut veranschaulicht werden.gut veranschaulicht werden.

psta statischer Druck (Wirkdruck bei Differenzbildung)

pdyn dynamischer Druck (hydrodynamischen Druck, Fließdruck,

kinetische Druck, Staudruck)

phyd hydrostatischer Druck (Schweredruck)

constkGesamtdruchg²u2

psta

constkGesamtdrucppp hyddynsta




Folie 4

Die Die Bernoulli-Gleichung Bernoulli-Gleichung ist einer der wichtigsten und meist ist einer der wichtigsten und meist angewandten Sätze der Strömungslehre und drückt zugleich angewandten Sätze der Strömungslehre und drückt zugleich den den EnergiesatzEnergiesatz für Flüssigkeiten aus. für Flüssigkeiten aus.

U potentielle Energie

v²/2 kinetische Energie

P Druckenergie

kGesamtdruchg²u2

psta

gieGesamtener P ²/2v U




Folie 5

gesdynsta ppp

stagesdyn ppp

dyndyn puup

2

22

) (2

stages ppu




Folie 6

Die Pitot-Rohr-Sonde (engl. pitot tube) benannt nach Henri Pitot misst den Gesamtdruck pges in einem Strömungsfeld und gehört somit zu den Gesamtdrucksonden.

u∞

pges

Manometer

Pitot-Rohr




Folie 7

Druckmessbohrung zur Bestimmung des statischen Drucks psta (Wanddrucks) an Strömungskörpern.

u∞

psta

Manometer

Wanddruckbohrung

Druckschlauch




Folie 8

Kombiniert man ein Pitot-Rohr mit einer Druckmessbohrung lässt sich durch Differenzbildung der dynamischen Druck und damit die Strömungsgeschwindigkeit berechnen

u∞

pgespsta

) (2

stages ppu




Folie 9

Verlauf des Verlauf des statischen Drucksstatischen Drucksan einer statischen an einer statischen

DrucksondeDrucksonde

Quelle: Schade H., Strömungslehre

Eine geeignete Eine geeignete Anbringung der Anbringung der

Halterung korrigiert Halterung korrigiert den Fehlerden Fehler

u∞

psta

psta

u∞

Fehler




Folie 10

Kombination eines Kombination eines Pitot-RohrsPitot-Rohrs und einer und einer statischen statischen RohrsondeRohrsonde erhält man eine erhält man eine Staudrucksonde Staudrucksonde (Differenzdrucksonde). (Differenzdrucksonde).

Pitot-Rohr-Sonde

pges

statische Rohrsonde

psta

Prandtl-Rohr

pgespsta

) (2

gessta ppu




Folie 11

Aufbau Aufbau Prandtl-RohrPrandtl-Rohr

pges

psta

)(2

gessta ppu

Quelle: http://www.bosch-motorsport.de/pdf/sensors/differential_pressure/Pitottube_OD.pdf




Folie 12

Anwendungen DrucksondenAnwendungen Drucksonden

Quelle: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/43/Renault_R25_%282005%29_Fernando_Alonso.jpg

Quelle: http://history.nasa.gov/SP-4305/p73b.jpg

Renault R252005

Curtiss JN-41922




Folie 13

Wirkdruckverfahren mit DrosselgerätenWirkdruckverfahren mit DrosselgerätenMit dem Wirkdruckverfahren werden über einer Querschnittsverengung die Druckdifferenz Δ psta der so genannte Wirkdruck gemessen.

Aus dem Wirkdruck berechnet sich die Strömungsgeschwindigkeit wie folgt.

øD ødu1 u2

psta1 psta2

WirkdruckWirkdruckΔ psta = psta1 - psta2




Folie 14

Bernoulli-Gleichung Bernoulli-Gleichung

22221

211 22

hguphgup stasta

u1 u2psta1 psta221 hh

222

211 22

upup stasta

constkGesamtdruchgupsta

²2




Folie 15

øD ødu1 u2

KontinuitätsgleichungKontinuitätsgleichung

dD AuAu 21

²4DAD

²4dAd

D

d

A

A

²D

²d²

D

d

²221 uA

Auu

D

d




Folie 16

stastasta ppp

u

2)(2

)1( 21422

)1(

242

stapu øD ødu1 u2

psta1 psta2

222

2221 2

)(2

upup stasta




Folie 17

Der Einfluss von Einschnürung, Reibung, Der Einfluss von Einschnürung, Reibung, Ablösung und Rauigkeit wird über den Ablösung und Rauigkeit wird über den DurchflusskoeffizientenDurchflusskoeffizienten CC korrigiert. korrigiert.

)1(

p2Cu

4sta

2

5,065,0

Re

1000653,09965,0C

Die Kompressibilität des Fluids berücksichtigt Die Kompressibilität des Fluids berücksichtigt man mit der man mit der ExpansionszahlExpansionszahl εε

Druckverlauf an einem DrosselgerätDruckverlauf an einem Drosselgerät

1sta

sta4

p

p)35,041,0(1

Quelle: Bohl W., Strömungslehre




Folie 18

5,4196,09858,0C

Klassisches Venturi-RohrKlassisches Venturi-Rohr

EinlaufzylinderEinlaufzylinderEinlaufkonusEinlaufkonus

zylindrisches Halsteilzylindrisches Halsteil DiffusorDiffusor

Bohrung für pBohrung für psta1sta1 Bohrung für pBohrung für psta2sta2

Quelle: Bohl W., Strömungslehre




Folie 19

Magnetisch Induktiver Durchflussmesser (MID)

hohe Bandbreite der Nennweiten von DN 2 bis DN 3000

Nach DIN EN ISO 6708 bezeichnet DN (Diameter Nominal)

den Innendurchmesser in Millimeter.




Folie 20

Bei der magnetischen Induktion B (auch magnetische Flussdichte genannt) handelt es sich um eine Feldgröße. Sie dient zur Beschreibung der Stärke und der Richtung eines Magnetfeldes. Die magnetischen Induktion B hat die SI-Einheit Tesla (T).

magnetische Induktion, Magnetfeldlinienmagnetische Induktion, Magnetfeldlinien

praktische Darstellung von B-Linienpraktische Darstellung von B-Linien Der B-Linien-Vektor zeigt aus der Zeichenebene heraus. Der B-Linien-Vektor zeigt in die Zeichenebene hinein.




Folie 21

Der Physiker Michael Faraday versuchte 1831 das Prinzip „Strom erzeugt Magnetfeld“ umzukehren in „Magnetfeld erzeugt Strom“.

Faradaysche InduktionsgesetzFaradaysche Induktionsgesetz

B-Linien

Leiter

Länge des Leiters

Bewegung des Leiters

v

induzierte Spannung {uind} = V

Leiterlänge {l} = m

Geschwindigkeit Leiter {v} = m/s

magnetische Flussdichte {B} = T

vlBuind

Uind




Folie 22

Eine elektrisch leitende Flüssigkeit entspricht dem Leiter (dem Draht) in Faradays Experiment.

Bewegung der Flüssigkeit

v

induzierte Spannung {uind} = V

Elektrodenabstand (Rohrdurchmesser) {d} = m

mittlere Strömungsgeschwindigkeit {v} = m/s

magnetische Flussdichte {B} = T

B-Linien

Messelektrode

elektrisch isolierend ausgekleidetes Rohr d

leitende Flüssigkeit

dB

uvvdBU ind

ind




Folie 23

elektrisch isolierend ausgekleidetes Rohr

Messelektrode

Magnetspulen

Uind

Messspannung

B

v

E

B

v

E

vlBuind

räumliche Schnittdarstellungräumliche Schnittdarstellung




Folie 24

durch das glatte Messrohr ist der Druckverlust vernachlässigbar klein

die aufzunehmende Messgröße ist die induzierte Spannung

wartungs- und verschleißfrei

Dichte, Viskosität und Temperatur der Flüssigkeit haben keinen Einfluss

Prozessbedingte VorzügeProzessbedingte Vorzüge

Prozessbedingte NachteileProzessbedingte Nachteile elektrisch leitende Flüssigkeiten werden vorausgesetzt

eine Teilfüllung/Lufteinschlüsse verursachen Messfehler

Interferenzen mit anderen Magnetfeldern




Folie 25

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