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WS 06/07 Strömungstechnik und Akustik
StrömungsmesstechnikThomas Haite
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
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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
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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
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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
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Folie 5
gesdynsta ppp
stagesdyn ppp
dyndyn puup
2
22
) (2
stages ppu
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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
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Folie 7
Druckmessbohrung zur Bestimmung des statischen Drucks psta (Wanddrucks) an Strömungskörpern.
u∞
psta
Manometer
Wanddruckbohrung
Druckschlauch
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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Folie 14
Bernoulli-Gleichung Bernoulli-Gleichung
22221
211 22
hguphgup stasta
u1 u2psta1 psta221 hh
222
211 22
upup stasta
constkGesamtdruchgupsta
²2
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Folie 15
øD ødu1 u2
KontinuitätsgleichungKontinuitätsgleichung
dD AuAu 21
²4DAD
²4dAd
D
d
A
A
²D
²d²
D
d
²221 uA
Auu
D
d
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Folie 16
stastasta ppp
u
2)(2
)1( 21422
)1(
242
stapu øD ødu1 u2
psta1 psta2
222
2221 2
)(2
upup stasta
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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
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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
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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.
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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.
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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
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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
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Folie 23
elektrisch isolierend ausgekleidetes Rohr
Messelektrode
Magnetspulen
Uind
Messspannung
B
v
E
B
v
E
vlBuind
räumliche Schnittdarstellungräumliche Schnittdarstellung
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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
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Folie 25