Labor für Fluidmechanik

Was ist es?

Die Laboranlagen für das Grundlagenfach Strömungslehre.

Wo ist es?

Fakultät für Maschinenbau und Mechatronik, Labor für  Fluidmechanik, Gebäude LI 016.

Was wird dort gemacht?

Im Labor für Fluidmechanik bzw. Strömungsmaschinen lernen die Studierenden den praktischen Umgang mit entsprechenenden Laboreinrichtungen zur Vorlesung. Dabei liegt der Schwerpunkt auf der Handhabung des Prüfstands und den dort vorhandenen Maschinen, nicht auf der Messtechnik.

Die Laborversuche finden nach der Vermittlung der Inhalte im Rahmen der begleitenden Vorlesung statt.

Was für Möglichkeiten gibt es?

Neben den Laborversuchen wird den Studierenden die Möglichkeit gegeben, im Rahmen von Projekt- und Abschlussarbeiten ihr Wissen anzuwenden und zu vertiefen. Diese Arbeiten werden zum Teil interdisziplinär in Zusammenarbeit mit anderen Laboren der Fachhochschule durchgeführt.
Einige der Arbeiten beinhalten eine enge Zusammenarbeit mit der Industrie. Hierdurch bieten sich auch immer Möglichkeiten für interessante STellen im Praxissemeste rin der einschlägigen Industrie in der Umgebung.

Labor für Fluidmechanik - Hydrodynamik

Flachwasserkanal

Der Flachwasserkanal dient zur Visualisierung angeströmter Bauteile, wie z. B. Tragflügelprofilen. Die Tragflügelprofile können über eine Aufnahme- und Verstellvorrichtung in bestimmten Anstellwinkeln (von -15° bis 15°) in die Strömung gehalten werden. Zur Verdeutlichung des Strömungsbilds werden Bärlappsporen eingestreut. Der Volumenstrom und damit die Geschwindigkeit wird stufenlos über einen Frequenzumrichter am Pumpenantrieb geregelt. Zusätzlich kann die Strömung durch einen über Gelenkwellen verstellbaren Diffusor am Ende des Kanals beeinflusst werden. Alle schwingenden Teile sind vom Kanal entkoppelt, um das Strömungsbild nicht zu verfälschen.

 

Potentialwirbel

Der Potentialwirbel ist definiert als ebene, drehungs-
freie Kreisströmung, d.h. die Fluidteilchen drehen sich nicht um ihre eigene Achse.

Über ein kleines Rohr wird Wasser tangential in ein zylindrisches Gefäß zugeführt. Dieses Gefäß ist durch einen Deckel geschlossen und besitzt am un-teren Ende einen mittig sitzenden Ablauf. Wasserzu- und Ablauf sind über Ventile regelbar. Der Wirbel benötigt einen gewissen Volumenstrombereich zur Entstehung. Es bildet sich aufgrund theoretischer Betrachtungen eine Oberflächenkontur aus, die der Abb. 3/8 entnommen werden kann. Hier im Versuch unterliegt diese jedoch Störungen, die durch die tangentiale Zuströmung des Wassers durch das Röhrchen hervorgerufen werden. (daher die schrau-benartige Kontur). Wird die Zuströmung gestoppt und läßt man das Wasser im Zylinder ablaufen, so ist die Kontur deutlich zu erkennen.

 

Festkörperwirbel

Der Festkörperwirbel ist definiert als eine Kreisströmung, in der jedes Fluidteilchen dem Wirbelmittelpunkt stets die selbe Seite zuwendet (wie bei der Drehung eines festen Körpers). Für das Fluidteilchen gilt, daß die Drehung um seine eigene Achse die gleiche Winkelgeschwindigkeit wie die Winkelgeschwindigkeit seines Umlaufs um den Wirbelmittelpunkt besitzt. Da die Strömung drehungsbehaftet ist, muß bei der Entstehung aus der Ruhe heraus Reibung gewirkt haben; für die Aufrechterhaltung des stationär kreisenden Festkörperwirbels ist jedoch keine Reibung erforderlich.
Die Geschwindigkeit c nimmt linear mit dem Radius zu.

Auf diese Weise werden auch Parabolspiegel hergestellt, jedoch werden dort Flüssigkeiten mit größeren Dichten verwendet.

 

Reynoldsversuch

Der Versuch nach Reynolds dient der Sichtbarmachung von laminarer und turbulenter Strömung.

Laminare Strömung
Die Fluidteilchen bewegen sich in wohlgeordneten, nebeneinander laufenden Schichten, die sich weder durchsetzen, noch miteinander mischen. Laminare Strömungen zeichnen sich daher durch einen hohen Grad an Ordnung aus und entstehen bei kleinen Reynoldszahlen. Diffusiver Transport (Abweichung von der eigentlichen Strömungsrichtung ) erfolgt nur durch Molekularbewegung.

Turbulente Strömung
Bei der turbulenten Strömung überlagern sich der geordneten Grundströmung ungeordnete, statistisch zufallsbedingte Schwankungsbewegungen in Quer- und Längsrichtung der eigentlichen Strömungsrichtung. Sie wird durch folgende Eigenschaften gekennzeichnet:

  • - lokal zeitabhängig
  • - dreidimensional
  • - global zeitunabhängig
  • - verlustbehaftet
  • - mischungsintensiv

Labor für Fluidmechanik - Aerodynamik

Windkanal

Der Windkanal ist ein geschlossener Unterschall-Windkanal mit einer maximalen Strömungsgeschwindigkeit von 40 m/s am Austritt der Düse. Der geschlossene Kanal hat den Vorteil, dass die durch das Axialgebläse weitergegebene Strömungsenergie sich nicht im Raum verteilt, sondern im Kreislauf erhalten bleibt und das Axialgebläse somit eine niedrige Antriebsleistung erfordert. Die Antriebsleistung wird bei dieser Bauart größtenteils zu Überwindung der Kanalverluste benötigt.

Es können unterschiedliche Einbauten für die eigentliche Messstrecke verwendet werden. Bestandteil des Windkanals ist auch eine elektronische Messwertaufnahme, die es ermöglicht, online Messwerte aufzunehmen und somit Veränderungen der Position des umströmten Teils sofort umzusetzen und anzuzeigen.

 

Luftkanal zur Untersuchung von Staudrucksonden

Staudrucksonden sind Messvorrichtungen zur Erfassung der mittleren Strömungsgeschwindigkeit in Rohrleitungen. Ähnlich wie Blenden arbeiten sie nach dem Wirkdruckprinzip. Der Prüfstand zur Durchführung von Messungen an Staudrucksonden wurde errichtet, um die Wirkungsweise der Druckmittelung sowie weitere Einflüsse auf das Messverhalten zu untersuchen. Die automatisierte Messdatenerfassung geschieht mit LabView(TM).

Eigenschaften des Prüfstandes:

  • Variable Einlauflänge durch demontierbares Zwischenrohr
  • Variable Strömungsasymmetrie durch Drosselklappe
  • Vier verschiedene Einbaupositionen der Staudrucksonde
  • Variabler Volumenstrom

 

Luftkanal zur Untersuchung von Messblenden

Dieser Prüfstand dient der Untersuchung von Messblenden zur Volumenstrommessung. Ein variabler Aufbau ermöglicht die Untersuchung des Einflusses von Ein- und Auslaufstrecken als auch Störungen durch Rohreinbauten. Es werden die charakteristischen Wirkdruckkurven einer Messblende erfasst und der bleibende Druckverlust ermittelt. Es können variable Blendengeometrien untersucht werden. Der Volumenstrom wird durch einen drehzahlgeregelten Seitenkanalverdichter erzeugt. Die automatisierte Messdatenerfassung geschieht mit LabView(TM).

 

Laboranlagen für das Schwerpunktfach Strömungsmaschinen

Ventilator-/Lüfterprüfstand

Dieser Prüfstand ist ein nach DIN 24163 Teil 2 ausgelegter saugseitiger Kammerprüfstand und dient zur Vermessung von Kennlinien kleiner Ventilatoren bis zu einem Volumenstrom von maximal 1600 m3/h und einer maximalen Druckdifferenz von 1600 Pa. Er ist mit einer elektronischen Messwertaufnahme ausgerüstet. Die Umrechnung auf eine Kennlinie bei konstanter Drehzahl erfolgt im Auswerteprogramm.
Im SS 06 wird der Prüfstand um eine Drehmomentenmesswelle erweitert, die die seriöse Messung des Wirkungsgrads ermöglichen wird.

In der Planung befindet sich der Bau eines größeren Prüfstandes, der im Akustiklabor errichtet werden soll und aerodynamische und akustische Abnahmen von Ventilatoren bis zu einem Laufraddurchmesser von 570 mm erlauben soll.

Kontakt

Fakultät für Maschinenbau und Mechatronik
Prof. Dr.-Ing. Eckhard Martens

Gebäude M, Zimmer 010
Moltkestr. 30, 76133 Karlsruhe
Tel. +49(0)721 925-1858
Fax. +49(0)721 925-1915
E-Mail eckhard.martensspam prevention@hs-karlsruhe.de

Anfahrtsplan
Lage- und Gebäudeplan