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Das Buch bietet einen komprimierten Überblick über die etablierten Strömungsmesstechniken.
Strömungsmessung
Seitenübersicht:
Druckmessung ruhende Medien- Druckmessung mit der U-Röhre bei Gasen
- Absolutdruckmessung mit der U-Röhre
- Druckmessung mit der U-Röhre bei Flüssigkeiten
- Druckmessung mit Schrägrohrmanometer
Druckmessung strömende Medien
- Statischer Druck - Wanddruckmessung
- Gesamtdruck Messung - Pitot Rohr
- Dynamischer Druck - Prandelt Rohr
- Venturidüse
Anordnung der Messpunkte
- Messpunktanordnung Kreisquerschnitt - Schwerlinienverfahren
- Messpunktanordnung Rechteckquerschnitt - Trivialverfahren
Druckmessung bei ruhenden Medien
Bei der Druckmessung mit der U-Röhre wird mit einer Sperrflüssigkeit die Höhendifferenz gemessen und über die Dichte der Sperrflüssigkeit der anliegende Druck berechnet.
Druckmessung mit der U-Röhre bei Gasen
pM = Mediumdruck (Pa)
pB = Barometrischer Luftdruck (Pa)
ρSP = Dichte Sperrflüssigkeit (kg/m3)
hSP = Höhendifferenz der Sperrflüssigkeit (m)
g = Fallbeschleunigung 9,81 (m/S2)
pM = Mediumdruck (Pa)
pB = Barometrischer Luftdruck (Pa)
ρSP = Dichte Sperrflüssigkeit (kg/m3)
hSP = Höhendifferenz der Sperrflüssigkeit (m)
g = Fallbeschleunigung 9,81 (m/S2)
Absolutdruckmessung mit der U-Röhre
Zur Messung des Absolutdrucks, befindet sich im zweiten U-Rohrschenkel ein Vakuum.
pM = Mediumdruck (Pa)
ρSP = Dichte Sperrflüssigkeit (kg/m3)
hSP = Höhendifferenz der Sperrflüssigkeit (m)
g = Fallbeschleunigung 9,81 (m/S2)
pM = Mediumdruck (Pa)
ρSP = Dichte Sperrflüssigkeit (kg/m3)
hSP = Höhendifferenz der Sperrflüssigkeit (m)
g = Fallbeschleunigung 9,81 (m/S2)
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Druckmessung mit der U-Röhre bei Flüssigkeiten
pB = Barometrischer Luftdruck (Pa)
g = Fallbeschleunigung 9,81 (m/S2)
ρSP = Dichte Sperrflüssigkeit (kg/m3)
hSP = Höhendifferenz der Sperrflüssigkeit (m)
ρM = Dichte Medium (kg/m3)
hM = Höhendifferenz Medium (m)
pB = Barometrischer Luftdruck (Pa)
g = Fallbeschleunigung 9,81 (m/S2)
ρSP = Dichte Sperrflüssigkeit (kg/m3)
hSP = Höhendifferenz der Sperrflüssigkeit (m)
ρM = Dichte Medium (kg/m3)
hM = Höhendifferenz Medium (m)
Schrägrohrmanometer
Auf Grund des großen Unterschieds des Volumens zwischen Behälter und Messrohr, können kleine Druckdifferenzen am Messrohr in Abhängigkeit des Winkels abgelesen werde.
ρM = Dichte Medium (kg/m3)
g = Fallbeschleunigung 9,81 (m/S2)
L = Länge Messstrecke (m)
ρM = Dichte Medium (kg/m3)
g = Fallbeschleunigung 9,81 (m/S2)
L = Länge Messstrecke (m)
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Druckmessung bei strömenden Medien
Statischer Druck - Wanddruckmessung
Der statische Druck ist der senkrecht zur Strömungsrichtung gemessene Druck. Der statische Druck kann mit Hilfe eines Messrohres mit seitlichen Bohrungen, oder an der Rohrwandung gemessen werden.
ρSP = Dichte Sperrflüssigkeit (kg/m3)
g = Fallbeschleunigung 9,81 (m/S2)
h = Höhendifferenz der Sperrflüssigkeit (m)
ρSP = Dichte Sperrflüssigkeit (kg/m3)
g = Fallbeschleunigung 9,81 (m/S2)
h = Höhendifferenz der Sperrflüssigkeit (m)
Gesamtdruck Messung - Pitot Rohr
Der Gesamtdruck (Staudruck) wird mit einem Pitot Rohr gemessen. Dieses hat an der Vorderseite eine Öffnung die senkrecht zur Strömungsrichtung gehalten wird. Am Rohrende kann der Gesamtdruck gemessen werden.
pst = statischer Druck (Pa)
pdyn = dynamischer Druck (kg/m3)
pst = statischer Druck (Pa)
pdyn = dynamischer Druck (kg/m3)
Dynamischer Druck - Prandelt Rohr
Der dynamische Druck ist nicht direkt messbar. Man misst den statischen Druck und den
Gesamtdruck um aus deren Differenz den dynamischen Druck zu erhalten. Für solche Messungen benutzt
man das Prandtlsche Staurohr.
Es besitzt Öffnungen parallel und senkrecht zur Strömungsrichtung (Pitot Rohr).
An Hand der Druckdifferenz kann der dynamische Druck ermittelt werden.
Mittels der Bernoulligleichung lässt sich die Strömungsgeschwindigkeit berechnen.
Bis w ≤ 100 m/s
Bei w > 100 m/s
Berücksichtigung Kompressionseinfluss
pges = Gesamtdruck (Pa)
pst = statischer Druck (Pa)
w = Strömungsgeschwindigkeit (m/s)
ρ = Dichte des Mediums (kg/m3)
Ma = Machzahl (-)
c = Schallgeschwindigkeit (m/s)
pges = Gesamtdruck (Pa)
pst = statischer Druck (Pa)
w = Strömungsgeschwindigkeit (m/s)
ρ = Dichte des Mediums (kg/m3)
Ma = Machzahl (-)
c = Schallgeschwindigkeit (m/s)
Venturidüse
Mit der Venturidüse kann über die Messung der Druckdifferenz, die Geschwindigkeit und daraus der Volumenstrom ermittelt werden, wenn die zugehörigen Querschnitte und die Dichte bekannt ist.
Berücksichtigung von Durchfluss- und Expansionszahl:
p1 = Druck an Stelle 1 (Pa)
p2 = Druck an Stelle 2 (Pa)
ρ = Dichte (kg/m3)
A1 = Rohrquerschnitt Stelle 1 (m2)
A2 = Rohrquerschnitt Stelle 2 (m2)
α = Durchflusszahl (-)
ε = Expansionszahl (-)
p1 = Druck an Stelle 1 (Pa)
p2 = Druck an Stelle 2 (Pa)
ρ = Dichte (kg/m3)
A1 = Rohrquerschnitt Stelle 1 (m2)
A2 = Rohrquerschnitt Stelle 2 (m2)
α = Durchflusszahl (-)
ε = Expansionszahl (-)
Strömungsmessung
Voraussetzung für einwandfreie Messergebnisse sind folgende Punkte zu berücksichtigen:
- eine drall- und wirbelfreie Strömung an der Messstelle
- Beruhigungsstrecke von 6*d vor und 4*d nach der Messstelle
- Nach Krümmern eine Beruhigungsstrecke von ca. 40*d
Anzahl der Messpunkte (Richtwert):
≤ 1 m2 = 4 Messpunkte
> 1 m2 = 4 Messpunkte/m2
Anordnung der Messpunkte bei Kreisquerschnitten
Die Strömungsgeschwindigkeit ist im Allgemeinen nicht an allen Punkten eines Kanalquerschnittes gleich.Man teilt den Querschnitt in möglichst viele flächengleicher Felder ein, in deren Schwerpunkt je eine Messung ausgeführt wird. Der Mittelwert aller Messungen ist die Durchschnittsgeschwindigkeit.
Messpunktanordnung Kreisquerschnitt
Schwerlinienverfahren
Radien der Kreisringe
Der Abstand der Messpunkte zur Außenwand:
R = Radius Rohrquerschnitt (m)
i = Ordnungszahl (-)
n = Anzahl Kreisringflächen (-)
yi = Messpunktabstand von Rohraußenkante (m)
R = Radius Rohrquerschnitt (m)
i = Ordnungszahl (-)
n = Anzahl Kreisringflächen (-)
yi = Messpunktabstand von Rohraußenkante (m)
Anordnung der Messpunkte bei Rechteckquerschnitten
Messpunktanordnung Rechteckquerschnitt
Trivialverfahren
Anzahl der Messpunkte:
Der Strömungsquerschnitt wird in flächengleiche Teilflächen aufgeteilt und der Messort liegt im Schwerpunkt der Teilfläche.
Der Abstand der Messpunkte zum Außenmaß:
A = Strömungsquerschnitt (m2)
B = Breite (m)
H = Höhe (m)
xi = horizontaler Messpunktabstand zum Außenmaß (m)
yi = vertikaler Messpunktabstand zum Außenmaß (m)
i = Ordnungszahl (-)
n = Anzahl Teilflächen (-)
A = Strömungsquerschnitt (m2)
B = Breite (m)
H = Höhe (m)
xi = horizontaler Messpunktabstand zum Außenmaß (m)
yi = vertikaler Messpunktabstand zum Außenmaß (m)
i = Ordnungszahl (-)
n = Anzahl Teilflächen (-)
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