Vergleich von Methoden zur Geschwindigkeitsmessung in geradliniger Strömung

Abstract

Aufgrund der allgemeinen Schwierigkeit, Strömungsgeschwindigkeiten an lokalen Messpunkten in der Strömung zu messen, wurde in dieser Arbeit ein Vergleich von Methoden zur Geschwindigkeitsmessung vorgenommen. Um dabei eine möglichst hohe Vergleichbarkeit zu erzielen, wurden geradlinige Strömungen in Luft und Wasser verwendet. Die eingangs durchgeführte Literaturrecherche diente dazu, einen Überblick über übliche Messverfahren zu erhalten, um daraus eine Auswahl treffen zu können, welche Methode für einen Vergleich am besten geeignet ist. Nach Abschluss der Recherche wurde das Prandtlrohr, die CTA-Sonde und das LDA-Verfahren für den Vergleich gewählt, weil diese eine breit gefächerte Diversität der physikalischen Messprinzipien liefern. Die Versuchsmessungen in Luft wurden mit einer 55P11 CTA-Sonde sowie mit einem Prandtlrohr mit 3,175 mm Sondendurchmesser durchgeführt. Für die Messung in Wasser wurde ein Prandtlrohr mit 10 mm Sondendurchmesser verwendet. Um das Prandtlrohr in Wasser verwenden zu können, wurde eine Stopfbuchse konstruiert und gefertigt. Die Stopfbuchse gewährleistet eine lineare Verschiebbarkeit des Prandtlrohrs im Prüfstand sowie eine zuverlässige Abdichtung des unter Druck stehenden Prüfstands nach außen. Die Auswertung lieferte in weiterer Folge die erforderlichen Ergebnisse für den Vergleich der Messmethoden. Es stellte sich heraus, dass sowohl die CTA-Sonde als auch das Prandtlrohr bei Geschwindigkeiten in der Nähe von 0 m/s Schwierigkeiten haben, gute Ergebnisse zu liefern. Abgesehen davon zeigten alle drei Messverfahren sehr gute Ergebnisse beim Abbilden der Geschwindigkeitsprofile. Da das Erfassen der Strömungsparameter Druck, Geschwindigkeit und Turbulenz nicht mit einer Methode alleine möglich ist, wird die Kombination aus zwei Messmethoden empfohlen.

Due to the general difficulty of measuring flow velocities at local measurement points in the flow, this paper compares methods for measuring velocity. In order to achieve the highest possible comparability, linear flows in air and water were used. The literature review conducted at the outset served to obtain an overview of common measurement methods in order to select the method best suited for comparison. After completing the research, the Prandtl-tube, the CTA-probe and the LDA-method were selected for comparison because they offer a wide range of physical measurement principles. The experimental measurements in air were carried out using a 55P11 CTA-probe and a Prandtl-tube with a probe diameter of 3,175 mm. A Prandtl tube with a 10 mm probe diameter was used for the measurement in water. In order to be able to use the Prandtl-tube in water, a stuffing box was designed and manufactured. The stuffing box ensures linear displacement of the Prandtl-tube in the pipe of the experimental setup and reliable sealing of the pressurised pipe to the outside. The evaluation subsequently provided the necessary results for comparing the measurement methods. It turned out that both the CTA-probe and the Prandtl-tube have difficulties delivering good results at speeds close to 0 m/s. Apart from this, all three measurement methods showed very good results in mapping the velocity profiles. Since it is not possible to record the flow parameters of pressure, velocity and turbulence using one method alone, a combination of two measurement methods is recommended.