Fachhochschule Düsseldorf FB 4 Fachbereich Maschinenbau und Verfahrenstechnik Strömungstechnik und Akustik FH D Wallpflichtfach: Strömungstechnik und Akustik

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FB 4 Fachbereich Maschinenbau und Verfahrenstechnik Strömungstechnik und Akustik

FH D

Wallpflichtfach:

Strömungstechnik und Akustik

Oleg Wenzel 457159

Thema:

Strömungssimulation an einer Messblende mittels ANSYS CFX


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Inhalt:

Einleitung / Aufgabenstellung

Auswahl- Einbau der Messblende

Geschwindigkeitsberechnungsverfahren

Simulation der Umströmung der Messblende


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Einleitung / Aufgabenstellung

Auswahl und Anforderungen an den Einbau der Messblende Verfahren zur Berechnung der Geschwindigkeit Simulation der Umströmung der Messblende mittels Ansys CFX Vergleich der gemessenen Werte mit den simulierten


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Auswahl der Messblende nach DIN EN ISO 5167

Länge e: 0,005D ≤ e ≤ 0,02D

Dicke E: e ≤ E ≤ 0,05D

Abschrägwinkel α: 45° ±15°

Kanten G, H und I: müssen scharf sein, d.h. sie dürfen keinen Grad und keine Rundung aufwiesen bzw. nicht großer als 0,0004d

Durchmesser der Blendenöffnung d: wobei 0,1 ≤ β ≤ 0,75

Dd

Quelle: EN ISO 5167-2


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Einbau der Messblende nach DIN EN ISO 5167

Quelle: EN ISO 5167-2

Blende muss kreisförmig und konzentrisch zur Rohrachse eingestellt werden

Die erforderlichen Mindestlängen störungsfreier gerader Rohrstrecken im Ein- und Auslauf müssen eingehalten werden

Die Stirnseite 1 der Blende muss nach dem Einbau in eine Rohrleitung eben sein

Legende1 Außendurchmesser der Blende2 Rohrinnendurchmesser (D)3 Gerade Kante4 Blende5 Abweichung von Ebenheit

Lücke zwischen der Blende und einer geraden Kantenlänge Dsoll kleiner als 0,005(D-d)/2 sein


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Geschwindigkeitsberechnungsverfahren: theoretisch

BlAA /2mit

2

221

21

22

pcpc

Kontinuitätsgleichung:

Bernoulligleichung:

1/ AABl mcmA

Ac

A

Acc

Bl

22

21

221 c1 wird mit Hilfe eliminiert

BlBlBl AcAcAcAcV 22211

Eingesetzt in Bernoulligleichung: 2

221

2222

22

pcpmc

)1(

)(222

21

m

ppAV Bl

)m1(

)pp(2c

2221

2

Berücksichtigung der Verschiebung durch Faktor φ:

21Bl22

pp(2A

m1

1V

Mit Durchflusszahl α :

BlBlBl

pA

ppAV

2)(2 21

Bei kompressiblen Fluiden:1

2

BlBl

pAV BlBl pAVm 11 2

1

11 TR

p

und mit für Gase


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Geschwindigkeitsberechnungsverfahren: industriell

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142

41

pd

Cm

p

2d

41

CmV

1

214

3,0

D

65,3

8,0

DD

682

111Re

10

Re

190000063,00188,0...

Re

10000512,0216,00261,05961,0C

1

41 )35,041,0(1

p

p

216000Re

Bei der industriellen Durchflussmessung nach Din EN ISO 5167 basieren die Berechnungen des Volumen- und Massenstroms auf den o.g. Gleichungen.

Der Durchflusskoeffizienten C ist eine Funktion der Reynoldszahl und muss iterativ gemäß DIN EN 5167-2 bestimmt werden

Die Expansionszahl berechnet sich gemäß

Für den Einsatz der Messblende gilt eine untere Grenze der Reynoldszahl, die abhängig vom Durchmesserverhältnis der Blende überschritten sein muss:


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Auswahl einer Messblende

Einbau einer Messblende

Geschwindigkeitsberechnungsverfahren:- Theoretisch - Industriel

Simulation der Umströmung der Messblende- Volumenmodel Vorbereitung- Netzerstellung- Vergabe der Randbedingungen- Lösung- Auswertung der Ergebnisse


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Simulation der Umströmung der Messblende mittels Ansys CFX

Geometrie/Volumenmodel Vorbereitung

Vollvolumen

¼ des VolumensAbmessungen der Ringkammermessblende(Quelle: Praktikum Strömungstechnik 1, Fachhochschule Düsseldorf, Prof. Dr. –Ing. Frank Kameier)


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Vernetzung des Volumenmodells mit „ANSYS ICEM CFX“

Knoten Elemente167314 605651

Zerteilung des Volumenmodels in einzelne Parts

Einstellungen für die Netzerstellung

Das erzeugte Netz


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Vergabe der Randbedingungen in Ansys CFX- Pre

s/kg...m

:Austritt

Pa0P

:rittintE

C25beiLüft

:ediumStrömungsm

lRe


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CFX- Solver Manager


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Darstellung / Auswertung der Ergebnisse mithilfe von ANSYS CFX- Post

Geschwindigkeitsverlauf DruckverteilungNr.

6

5

4

3

2

1

• Abbremsung der Luftströmung in der unmittelbare nähe der Messblende, • dadurch höherer Druck an der vorderen Wand der Blende.• Umlenkung der Luftströmung in die Mitte und Verengung des Rohrquerschnittes,• wodurch die Strömungsgeschwindigkeit an der Stelle zunimmt und der Druck abfällt.• Strömungsablösung an der vordere Kante der Messblende,• Wirbelbildung hinter der Messblende und als folge• niedriger Druck.


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Überprüfung der Rohrströmungsprofilen am Ein- , und Austritt

voll ausgebildetes turbulentes Rohrströmungsprofil


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DruckentnahmeVers./SimNr. Gemessene

Druckdifferenz in Pa

Druckdifferenz aus der Simulation

in Pa

Abweichung in %

1 100 91,8 8,22 300 277,24 7,53 580 533,12 8,84 860 786,55 8,55 1340 1231,15 8,16 1860 1692,79 8,8

Mittlere Abweichung 8,3

Druck gemessen/berechnet

Vergleich der Versuchsergebnisse mit Simulationsergebnissen

Ursachen der Abweichung:

ModelierungsfehlerDiskretiesierungsfehler

Computersimulationen und Experimentekombiniert einsetzen

In Computersimulationen werden die Tendenzen immer richtig vorhergesagt


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