Fluss-Strom Forschung im Labor: Simulationen und Versuchsrinne
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- Regina Roth
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1 Fuss-Strom Forschung im Labor: Simuationen und Versuchsrinne Prof. Dr.-Ing. Dominique Thévenin Oivier Ceynen, M. Eng. Stefan Hoerner, M. Sc. Emee Kerikous, M. Sc.
2 Numerische Simuationen (CFD Computationa Fuid Dynamics) Der Traum aer Strömungsmechaniker seit Jahrhunderten? -> hydrodynamische Lösungen finden, -> aber mit trockenen Füßen! Informationen bekommen, die nicht messbar sind; Einfuss aer Parameter quantifizieren und vergeichen können. Basis: Erhatungssätze von Masse, Impus, Energie
3 Beispie: Fischfreundiches Wehr
4 Beispie: Wasserrad
5 CFD-basierte Parametervariation: ein Beispie Variation der Eindringtiefe Variation der Rotationsgeschwindigkeit
6 Aus der CFD: Drehmoment für jede einzene Schaufe eines Wasserrads
7 Aus der CFD: Leistung einer einzigen Schaufe für 8 unterschiediche Prozessbedingungen
8 Dann, warum Experimente überhaupt? Exakte numerische Simuationen (Direkte Numerische Simuation: DNS) sind extrem zeitaufwändig Praktisch mögiche Simuationen sind nur noch angsam: wir benutzen hierfür vereinfachte Turbuenzmodee t u t u 1 µ ( u ) u = g p u ρ 1 µ 2 ( u ) u = g p u + ( τ ) ρ ρ ρ ijturb Deshab muss jede Simuation einma durch ein Experiment vaidiert werden
9 Warum eine Wasserrinne? Die Ebe fießt vor der Tür! Voskaige Experimente sind teuer Manchma können soche Messungen gar nicht erfogen: Kein optischer Zugang Prototyp existiert noch nicht... River Rider Photo CC-BY-SA Marion Haft Prandt, 1906 Eine bewährte Lösung: Modeexperimente im keinem Maßstab
![(Ähnichkeitstheorie): u 1 µ + ( u ) u = g p 2 u t ρ ρ u * 1 1 2 [ St] + (](/docs-images/74/71411832/images/10-2.jpg "u* * ) u* = g* [Eu] * p* * u* 2 t [Fr] [Re] In unserem Fa ist die")
10 Wann sind zwei Strömungen identisch? Hierfür müssen ae dimensionsose Parameter geich sein (Ähnichkeitstheorie): u 1 µ + ( u ) u = g p 2 u t ρ ρ u * [ St] + ( u* * ) u* = g* [Eu] * p* * u* 2 t [Fr] [Re] In unserem Fa ist die Froude-Zah Fr von besonderer Bedeutung [ Fr] V g L
11 Dimensionierung unseres Wasserkanas Ebe am VECTOR-Standort Magdeburg: Fr um 0,35 Breite des Kanas: 1,2m (Versperrungseffekte durch das Mode minimieren: <10%) Geiche [Fr] mit max. Geschwindigkeit von 0,8 m/s: - Tiefe: 0,6 m - Voumenstrom 600 L/s Einass und Ausass ohne Störung der Strömung: jeweis 5m Länge
12 Panung und Bau des Wasserkanas Anayse der Strömung Anayse der Lasten Konzeption Festigkeitsberechnungen Ersteung des CAD-Modes
13 Panung und Bau des Wasserkanas Moduarer Aufbau Segmente aus Edestah Verrohrung as 3D-Puzze
14 Panung und Bau des Wasserkanas Lameenwehr zur Regeung des Massenstroms µ-controer für Steuerung einer 3-Achsen-Messtraverse Viee Fenster für guten optischen Zugang
15 Wasserradmode Konzeption und Bau eines Wasserradmodes Guter optischer Zugang, präzise Geometrie und akkurate Positionskontroe
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18 Messungen im Wasserkana Laser-Dopper Anemometrie (LDA): hohe Genauigkeit, aber nur Einzepunkte Partice Image Veocimetry (PIV): kompette 2D- Geschwindigkeitsfeder Drehmoment und Rotationsgeschwindigkeit am Mode
19 Charakterisierung der Strömung im Wasserkana PIV-gemessene Geschwindigkeitsverteiungen bei unterschiedichen Wasserhöhen und Voumenströmen
20 Beispiemessungen: Darrieus-Turbine Kooperation mit: Prof. Weber, HS-MD Darrieus-Turbine und Konstruktion Prof. Leidhod, OvGU/IESY, Shokoofeh Abbaszadeh, M.Sc Drehmomentregeung und messung
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23 C p (Drehzah)-Messungen: Darrieus-Turbine
24 Erste Vergeiche Experiment - Simuation Erste Experimente mit dem freiaufenden Modewasserrad Zie: Kaibrierung und Vaidierung der CFD-Simuation mittes LDA- & PIV- Geschwindigkeitsmessungen Erste Vosimuation des Modes (128 CPUs auf dem HPC-Custer der Universität, Neumann )
25 Zusammenfassung CFD für Anagenoptimierung extrem hifreich, aber - Vaidierung durch Vergeich mit experimenteen Messungen erforderich - Lange Rechenzeiten Erwartete Ergebnisse: Optimae Wasserradgeometrie Wechsewirkung zwischen einzene Wasserräder, um optimae Konfiguration einer Fottie zu erhaten
26 Lehrstuh für Strömungsmechanik und Strömungstechnik (LSS) Prof. Dr-Ing. Dominique Thévenin Financia support of BMBF within Fuss-Strom -initiative is gratefuy acknowedged!
Inhalt. Einleitung... 13 Der Nutzen des Businessplanes... 15 Was kann mit einem Businessplan geplant werden?... 16 ErwartungenandiesesBuch...
Inhat Eineitung.................................... 13 Der Nutzen des Businesspanes........................ 15 Was kann mit einem Businesspan gepant werden?............. 16 ErwartungenandiesesBuch..........................
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