Fachlabor Strömungs- und Wärmetechnik Messung turbulenter Rohrströmung Bearbeiter: Gruppe: Name :... Vorname :... Matrikel-Nr. :... Tag des Versuchs :... Teilnahme am Versuch :... Korrekturhinweis : Endtestat
Labor: Strömung- und Wärmetechnik Versuch: Messen in turbulenten Rohrströmungen Versuchsanlage und Messeinrichtung Mit Hilfe eines stufenlos regelbaren Radialgebläses wird Umgebungsluft durch ein 6m langes Rohr mit einem Innendurchmesser von 76mm gesaugt (siehe Übersichtsskizze). Am Rohreinlauf kann wahlweise eine Einlaufdüse mit einem Durchmesser von 50mm oder 75mm montiert werden. Bei Montage der kleineren Düse ergibt sich am Düsenende eine plötzliche Erweiterung zum vollen Rohrquerschnitt, ein sogenannter Stoßdiffusor. Zur Aufnahme des statischen Druckes sind längs des Rohres einige Wandbohrungen und in der Einlaufdüse eine axial verschiebbare Druckmesssonde angebracht. Der Gesamtdruck kann über eine senkrecht zur Rohrachse verfahrbares Pitotrohr gemessen werden. Zur Druckmessung stehen zwei Betz-Projektionsmanometer und ein schwenkbares Vielfachmanometer zur Verfügung. Aufgabenstellung 1. Die Versuche im Aufgabenteil (1) sind mit der bündig in die Rohrleitung übergehende Düse (d= 76mm) bei drei Gebläsedrehzahlen auszuführen: U n I = U n II = U n III = Der Drosselschieber ist bei allen Versuchen voll geöffnet. a) Zur Bestimmung der Fluiddichte ρ L sind die Raumtemperaturen T L und der Barometerstand p L abzulesen. b) Die Geschwindigkeitsprofile in der Rohrleitung sind mit dem Pitotrohr aufzunehmen. Die Symmetrie der Profile ist bei der Drehzahl n II zu 2
überprüfen. Die Ergebnisse sind in der Form v vmax = r f R graphisch darzustellen. c) Aus den Geschwindigkeitsprofilen sind die mittleren Druchflussgeschwindigkeiten v m und der Volumenstrom V & zu berechnen. Das Verhältnis v m v max ist in Abhängigkeit der Reynoldszahl darzustellen. d) Der Druckverlauf p ( x) ist längs der Rohrachse aufzunehmen. In der Graphik ist der Bereich der ausgebildeten Rohrströmung zu kennzeichnen. e) Die Wandschubspannung w τ ist anhand des Druckverlaufs ( x) ermitteln und in Abhängigkeit der Reynoldszahl darzustellen. p zu f) Es ist zu überprüfen, ob die experimentell ermittelten Rohrreibungsbeiwerte λ ( Re) mit dem theoretischen Verlauf nach Blasius Übereinstimmen. g) Zur Überprüfung, ob die gemessene Geschwindigkeitsverteilung durch das logarithmische Gesetz von Prandtl beschrieben wird, ist eine graphische Darstellung in der Form f ( η) Nach Prandtl gilt: v v = anzufertigen. τ v = 11,51logη 3,05 für 5 < η 30 Übergangsschicht v τ v = 5,75logη + 5,5 für η > 30 turb. Kernströmung v τ 3
Mit: t w v τ = ; ρ τ η = v y ; y: Wandabstand ν 2. Druckrückgewinn bei plötzlicher Rohrerweiterung (Stoßdiffusor) Nach dem Einbau der Einlaufdüse mit dem Durchmesser d=50mm ist die mittlere Durchflussgeschwindigkeit v m der mittleren Drehzahl aus dem Versuchsteil (1) einzustellen (Achtung: da durch den Stoßdiffusor nun ein zusätzlicher Verlust in der Rohrströmung auftritt, wird die Drehzahl des Gebläses größer als η II sein!) a) Zur Bestimmung des Verlaufs des statischen Drucks in der Düse und im Rohr bis zu einem Abstand von 900mm vom Einlauf erfolgen die Messungen mit der axialen Drucksonde und mit den Wandbohrungen 1 bis 9. b) Die gemessenen Werte sind mit den theoretischen Ergebnissen nach der Bernoulli-Gleichung und dem Impulssatz zu vergleichen. Die Darstellung der Druckverläufe f ( x) maßstabsgleich gegenüberzustellen. p = ist der Geometrie der Rohrleitung Alle Ergebnisse aus dem Versuchsteil (1) und (2) sind im Hinblick auf ihre Gültigkeit zu diskutieren. Abweichungen zwischen Theorie und Experiment sind zu diskutieren! 4
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Fachlabor Strömungs- und Wärmetechnik Messung turbulenter Rohrströmung Die Motordrehzahlen sind wie folgt: ( 1)... U n = ( 2)... U n = ( 3)... U n = zu Aufgabe 1a: Temperatur : Luftdruck : Korrektur des Luftruckes wegen Temperatur : wegen geographischer Breite : wegen Höhe über Meeresspiegel : korrigierter Luftdruck : 7
zu Aufgabe 1b: Nr. r (mm) n (1) n (2) n (2) n (3) 1 37,25 2 37,00 3 36,50 4 36,00 5 35,50 6 35,00 7 34,50 8 34,00 9 33,50 10 33,00 11 32,00 12 31,00 13 30,00 14 29,00 15 28,00 16 18,00 17 8,00 18 0,00 Pitotrohr-Durchmesser Rohrdurchmesser : 1,5 mm : 75 mm 8
zu Aufgabe 1d: Flüssigkeitsdichte ρ = 0,784 kg dm Druck p = ρ g sin( α )h Messstelle x Abstand (x+1) n (1) n (2) n (3) 1 30 mm 2 45 mm 3 100 mm 4 100 mm 5 200 mm 6 200 mm 7 200 mm 8 200 mm 9 1000 mm 10 1000 mm 11 1000 mm 12 1000 mm Zu Aufgabe 1e: Der Abstand zwischen den zwei Messpunkten 9 und 13 beträgt 4m. 9
P ( n( 1) ) = P ( n( 2) ) = P ( n( 3) ) = Zu Aufgabe 2a: Druckmessung an folgenden Punkten: Nr. Abstand (mm) Druck p in ( ) Bemerkung 1 0 DMS-V 2 5 DMS-V 3 10 DMS-V 4 20 DMS-V 5 30 DMS-V 6 40 DMS-V 7 50 DMS-V 8 60 DMS-V 9 70 DMS-V 10 80 DMS-V 11 90 DMS-V 12 100 DMS-V 13 110 DMS-V 14 115 DMS-V 15 120 DMS-V 16 125 DMS-V 17 130 DMS-V 18 175 DMB 3 19 275 DMB 4 20 375 DMB 5 21 575 DMB 6 22 775 DMB 7 23 975 DMB 8 24 1175 DMB 9 10
25 2175 DMB 10 DMS-V DMB Nr. : Druckmessspindel vorne : Druckmessbohrung Nr. Literatur (1) L. Böswirth, M. Plint Technische Strömungslehre, Hermann Schroedel Verlag KG, Hannover, 1975 (2) W.Wuest Strömungsmesstechnik, Vieweg Verlag, Braunschweig, 1969 (3) H. Schlichting Grenzschichttheorie, Braun Verlag, Karslruhe, 1965 (4) J. C. Rotta Turbulente Strömungen, Teubner Verlag, Stuttart, 1972 11