Instationäre Strömung: die Geschwindigkeit eines Fluidteilchens ändert sich mit der Zeit und dem Ort. Instationäre Strömungen treten bei Ausflussvorgängen, bei An- und Abfahrvorgängen von Strömungsmaschinen oder bei Flüssigkeitsschwingungen und bei Druckstoßvorgängen auf.
Instationäre Strömung: Versuchsgeräte
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Instationäre Abflussvorgänge werden z.B. betrachtet:
- bei der Dimensionierung von Wasserspeichern
- bei der Auslegung von Grundablässen in Talsperren
- bei Wasserabfluss aus einem Becken in ein Rohr
- beim Zusammentreffen von zwei Fluiden mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten
Bahnkurve des Wasserstrahls und Ausflusskoeffizienten bei verschiedenen Austrittskonturen bestimmen
Lerninhalte/Übungen
- Einfluss des Füllstands im Behälter auf die Austrittsgeschwindigkeit untersuchen
- Anwenden der Bernoulli-Gleichung
- Vergleich von realer und theoretischer Austrittgeschwindigkeit
- Einsätze für den Ablauf mit unterschiedlichen Durchmessern und Einlaufkonturen untersuchen, Druckverlustbeiwert bestimmen
- Einfluss der Austrittsgeschwindigkeit und des Druckverlustbeiwertes auf die Bahnkurve des Wasserstrahls untersuchen
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Bahnkurve des Wasserstrahls bei verschiedenen Austrittsgeschwindigkeiten auftragen
Lerninhalte/Übungen
- Gleichung von Torricelli
- zeitlichen Verlauf des Füllstandes bestimmen
- Entleerungszeiten bestimmen
- Bahnkurve des Wasserstrahls bestimmen für
- verschiedene Austrittsgeschwindigkeiten
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Druckverluste und Ausflusskoeffizient für unterschiedliche Austrittskonturen bestimmen
Lerninhalte/Übungen
- Gleichung von Torricelli
- zeitlichen Verlauf des Füllstandes bestimmen
- Entleerungszeiten bestimmen
- Untersuchungen am Austrittsstrahl (Durchmesser, Geschwindigkeit)
- Durchflussbestimmung bei verschiedenen Ausflusshöhen
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Freie und erzwungene Wirbel; Tasteinrichtungen zur Erfassung der Oberflächenprofile
Lerninhalte/Übungen
- Visualisierung verschiedener Wirbel
- Untersuchung von freien und erzwungenen Wirbeln
- Darstellung der Oberflächenprofile
- Vergleich zwischen gemessenen und berechneten Profilen
- Ermittlung der Rotationsgeschwindigkeit
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Demonstration der Funktion eines Regenrückhaltebeckens und einer Talsperre
Lerninhalte/Übungen
- instationäre Abflussvorgänge in zwei hintereinander liegenden Regenrückhaltebecken demonstrieren
- instationäre Abflussvorgänge in zwei hintereinander liegenden Stauseen demonstrieren
- Schwingungen des Wasserstands in einem Wasserschloss nach einem Druckstoß aufzeichnen
- Wasserstandsschwankungen aufnehmen und darstellen
Die Druckstöße entstehen durch die Trägheitswirkung des strömenden Fluids bei abrupten Geschwindigkeitsänderungen z.B. beim schnellen Schließen eines Ventils. Man unterscheidet zwischen schnellen Druckänderungen, die sich mit Schallgeschwindigkeit ausbreiten (Druckstöße) und langsamen Druckänderungen aufgrund von Massenschwingungen.
Entstehung und Wirkung von Druckstößen
Lerninhalte/Übungen
- Entstehung und Wirkung von Druckstößen demonstrieren
- Prinzip eines Stoßhebers
- Funktion eines Windkessels
- Auswirkung des Luftvolumens im Windkessel und der Fließgeschwindigkeit auf das Förderverhalten
- Effizienzbetrachtung
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Druckstöße in Abhängigkeit der Ventilschließzeit; Berechnung der Wellenfortpflanzungsgeschwindigkeit in Wasser
Lerninhalte/Übungen
- Druckstöße in Abhängigkeit des Durchflusses
- Druckstöße in Abhängigkeit der Ventilschließzeit
- Druckverlauf darstellen
- Reflexionszeit bestimmen
- Berechnung der Wellenfortpflanzungsgeschwindigkeit in Wasser
Entstehung, Auswirkung und Funktion untersuchen
Lerninhalte/Übungen
- instationäre Strömungsverhältnisse in Rohrleitungssystemen durch Versuche verstehen
- Druckstöße in Rohrleitungen demonstrieren
- Wellenfortpflanzungsgeschwindigkeit in Wasser ermitteln
- Funktion eines Wasserschlosses verstehen
- Eigenfrequenz im Wasserschloss
