Upload
gabriele-helbing
View
109
Download
3
Embed Size (px)
Citation preview
Kameier / Schönwald / Heinze http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie 1 - 19.04.2012
Professor Dr.-Ing. Frank Kameier
Strömungsmaschinen – ÄhnlichkeitstheorieRohrreibungsberechnung 1-D
/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
CFD Simulation eines Kühllüfters /1/
Kameier / Schönwald / Heinze http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie 2 - 19.04.2012
Welche Möglichkeiten der Darstellung bieten sich an, um eine Strömungsmaschine zu charakterisieren?
Strömungsmaschinen
Kameier / Schönwald / Heinze http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie 3 - 19.04.2012
x-Achse V_pkt
y-Achse dp (Druckdifferenz), Y (spezifische Stutzenarbeit), H (Förderhöhe)
MessungBerechnung mittels Bernoulli-Gleichung
Y/g
Darstellung im x/y Diagramm
Turbinev2
2
22
Verdichter/Pumpe1
1
21 Y
ppzg
2c
Yp
zg2c
Kameier / Schönwald / Heinze http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie 4 - 19.04.2012
Dimensionsbehaftetes Drosselkennfeld einer Kreiselpumpe
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500
10
20
30
40
50
60
70
n=2000 U/min
n=2300 U/min
n=2500 U/min
Volumenstrom V_pkt / m^3/h
Fö
rde
rhö
he
H /
m
Kameier / Schönwald / Heinze http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie 5 - 19.04.2012
Ähnlichkeitstheorie –Vorgehensweise-
Addition von branchenabhängigenSkalierungsfaktoren
a)b)
c)d)
Steckt die Re-Zahl hinter. Soll hier erst einmal vernachlässigt werden!
Kameier / Schönwald / Heinze http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie 6 - 19.04.2012
222 Dn
2Y
32 Dn
4V
Ähnlichkeitstheorie -Dimensionslose Darstellung-
0.000 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.0070.85
0.90
0.95
1.00
1.05
1.10
1.15
psi über phi bei n=2000 U/min
psi über phi bei n=2300 U/min
psi über phi bei n=2500 U/min
Lieferzahl phi
Dru
ck
zah
l ps
i
Kameier / Schönwald / Heinze http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie 7 - 19.04.2012
leis
ela
ut
effiz
ient
hohe
r E
ner
giev
erbr
auch (a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(e)(d)(c) (b)(a)
(a)
(b)(c)
(a)
(b)
(c)
(a)
(e)
Radialventilatoren
- Schaufelformen -
vorwärts gekrümmt
Drehrichtung
radial endend
gerade
Drehrichtung
rückwärts gekrümmt
rückwärts gekrümmt
Drehrichtung
Kameier / Schönwald / Heinze http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie 8 - 19.04.2012
Drosselkennlinien bei konstantem Eintritts- und unterschiedlichem Austrittswinkel
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.30
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
vorwärts
Polynomial (vorwärts)
radial endend
Polynomial (radial endend)
gerade
Polynomial (gerade)
rückwärts44
Polynomial (rückwärts44)
rückwärts 34
Polynomial (rückwärts 34)
phi
psi
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.30
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
phi
eta
Kameier / Schönwald / Heinze http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie 9 - 19.04.2012
Drosselkennlinien bei konstantem Eintritts- und unterschiedlichem Austrittswinkel
Kameier / Schönwald / Heinze http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie 10 - 19.04.2012
Drosselkennlinien bei konstantem Eintritts- und unterschiedlichem Austrittswinkel
Kameier / Schönwald / Heinze http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie 11 - 19.04.2012
Drosselkennlinien bei konstantem Eintritts- und unterschiedlichem Austrittswinkel
Kameier / Schönwald / Heinze http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie 12 - 19.04.2012
[m^3/s] [Pa] [kW] 10 cent / kWq_v dp eta P € pro Jahr (24 Std pro Tag)
vorwärts 2500 U/min 2,9 0 0,000 #DIV/0! #DIV/0!rückwärts xxxx U/min 0,00
#DIV/0! ERSPARNIS
Kameier / Schönwald / Heinze http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie 13 - 19.04.2012
1-dimensionale Stromfadentheorie - Excelübung
• Bernoulli-Gleichung mit Verlusten • Excel mit Namen • Iteration unter Excel
Kameier / Schönwald / Heinze http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie 14 - 19.04.2012
Bernoulli Gleichung unter Berücksichtigung von Verlusten
V22
221
1
21 pp
zg2
cppzg
2
c
2
c
2
c
D
Lp 22V
Ventilator
Reibung Einbauten
Absaugung aus einem Raum
Ventilator
siehe: exemplarische_auslegung_verluste020313.xlsx
Kameier / Schönwald / Heinze http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie 15 - 19.04.2012
Bernoulli Gleichung unter Berücksichtigung von Verlusten
Lösungsstrategie:
- Stromfaden von 1 nach 3
- c1 und c2 aus Konti
3322 AcAc
0
12
3
Ventilator
Kameier / Schönwald / Heinze http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie 16 - 19.04.2012
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.
Kameier / Schönwald / Heinze http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie 17 - 19.04.2012
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
Kameier / Schönwald / Heinze http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie 18 - 19.04.2012
Druckverlustzahlen von Rohrleitungsteilen,
aus Schade/Kunz (2007)
hier: =0,20(Geschwindigkeit jeweils hinter der Einbaustelle)
Kameier / Schönwald / Heinze http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie 19 - 19.04.2012
Quelle: Schade/Kunz 2007
Moody-Diagramm zur Bestimmung des Rohrreibungskoeffizienten
Kameier / Schönwald / Heinze http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie 20 - 19.04.2012
d71,3Re
51,2log2
1
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!
Kameier / Schönwald / Heinze http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie 21 - 19.04.2012
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.
Kameier / Schönwald / Heinze http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie 22 - 19.04.2012
siehe: exemplarische_auslegung_verluste020313.xlsx
Kameier / Schönwald / Heinze http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie 23 - 19.04.2012
siehe: exemplarische_auslegung_verluste020313.xlsx
Kameier / Schönwald / Heinze http://ifs.mv.fh-duesseldorf.de Folie 24 - 19.04.2012
siehe: exemplarische_auslegung_verluste020313.xlsx