Technische Strömungslehre: Band 2: Anwendungen

232 Pages·1981·9.1 MB·German

by  Dr.-Ing. Bruno Eck (auth.)

BrunoEck
Technische
Stromungslehre
Achte, neubearbeitete Auflage
Band 2: Anwendungen
Mit 293 Abbildungen
Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH 1981
Dr.-Ing. Bruno Eck
August-Macke-Straße 1, 5000 Köln 41
Die erste Auflage des Werkes erschien in zwei Bänden unter dem Titel "Einführung in die Technische
Strömungslehre" Bd. I: 1935; Bd. TI: 1936
ISBN 978-3-662-00794-5 ISBN 978-3-662-00793-8 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-662-00793-8
CIP-Kurztitelaufnahme der Deutschen Bibliothek.
Eck, Bruno:
Technische Strömungslehre I Bruno Eck. -
Berlin; Heidelberg; New York: Springer
Bd. 2. Anwendungen. - 8., neubearb. Aufl.. - 1981.
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© by Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1981
Originally published by in Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York 1981
Softcover reprint of the hardcover 8th edition 1981
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berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zur Annahme, daß solche Namen im Sinne der
Warenzeichen-und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann
benutzt werden dürften.
Vorwort zur achten Auflage
Typische Anwendungen der industriellen Strömungstechnik werden in diesem
Bande behandelt. Diese Gebiete sind leider nicht einheitlich und teilweise sogar
isoliert. Ganz im Gegensatz dazu zeigt die Flugzeug-Aerodynamik ein geschlosse
nes Bild. "In der Tat ist es heute möglich, den überwiegenden Teil der Aerodyna
mik des Flugzeuges aus rein theoretischen Überlegungen zu gewinnen" schreibt
z. B. Schlichting. Aus dieser hochentwickelten Aerodynamik kann die Industrie,
abgesehen von den im 1. Band behandelten Grundlagen, nur wenig Nutzen ziehen.
In vielen Fällen Z.B. der Verfahrenstechnik, sind oft sehr mühsame Versuche
nötig, um dimensionslose Kennzahlen zu finden, die das Geschehen erfassen.
Weit verstreute Darstellungen stehen dem Ingenieur hier zur Verfügung im Gegen
satz zu einer großen Fülle von hervorragender Literatur bei der Aerodynamik.
Nach einer einführenden Behandlung der Ablösung, der Verzögerung und prak
tischen Methoden zur Sichtbarmachung von Strömungen folgt eine gezielte Zu
sammenstellung der Widerstandsziffern für umströmte und durchströmte Gebilde.
In vielen Fällen kann mit Hilfe dieser Angaben der Gesamtwiderstand einer Kon
struktion ohne Versuche ermittelt werden.
Anschließend folgt eine Auswahl von wichtigen technischen Problemen, z. B.
Strahlenaerodynamik, Belüftung, Klimatisierung, pneumatische und hydraulische
Förderung, Entstaubung, Winkler-Schwebebettfeuerung und -Vergasung, Tunnel
belüftung, hydraulische Kohleförderung, neue Auflademethoden. Dabei werden
auch einfache Versuchsmöglichkeiten und Modellversuche behandelt.
Diese praxisbezogene Darstellung möge dem praktisch arbeitenden Ingenieur
einige Hilfe geben, während der Studierende erfährt, was er in der Praxis zu er
warten hat.
Das Manuskript wurde von Herrn Dr.-Ing. Beranek, Wuppertal, einer ein
gehenden Durchsicht und Korrektur unterworfen. Dafür sei ihm mein Dank zum
Ausdruck gebracht.
Der Springer-Verlag sorgte für eine hervorragende Ausstattung, insbesondere
der zahlreichen Abbildungen. Mit Dank möge dies betont werden.
Köln, im August 1981 Bruno Eck
Inhaltsverzeichnis
I Grundlagen
1 Formgebungen bei verzögerter Strömung ........................................... 1
1.1 Allgemeine Betrachtungen ................................................ 1
1.1.1 Verschiedene in der Praxis verwendete Diffusorformen . . . .. . . . . . . . . . . . . 2
1.1.2 Diffusoren mit Endwiderstand bzw. Druckstau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.1.3 Formelmäßige Erfassung der Diffusorströmung . . ...... ..... .... ...... 6
1.1.4 Eingehendere Betrachtungen. . •. . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.1.5 Diffusoren mit plötzlicher Erweiterung .............................. 9
1.1.6 Diffusoren mit gekrümmten Achsen. .. ..... ...... . .... ...... . .... . .. 10
1.1. 7 Ringdiffusoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.1.8 Der Nabendiffusor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.1.9 Mehrstufige Stoßdiffusoren nach Gibson. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . 14
1.1.10 Ermittlung einer Ablösung ......................................... 14
Schrifttum zu Kap. 1 ........................................................ 15
2 Sichtbarmachung von Strömungen ............................................... 17
2.1 Flüssigkeitsströmungen ................................................... 17
2.2 Luft-und Gasströmungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.3 Sichtbarmachung von Strömungsfeldern durch Funkenentladungen . . . . . . . . . . . .. 21
Schrifttum zu Kap. 2 ........................................................ 23
11 Widerstandsangaben
3 Einzelwiderstände . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 24
3.1 Widerstand verschiedener Körper.............. .... . . ......... ... . ... . ..... 24
3.1.1 Widerstand bei Beschleunigung eines Körpers in einer Flüssigkeit ....... 24
3.1.2 Widerstandsänderung durch verschiedene Formgebungen .............. 24
3.1.3 Widerstandsverminderung durch mittlere Flächen vor oder hinter einem
Zylinder ........................................................ 25
3.1.4 Widerstand von zwei hintereinander angeordneten Scheiben ............ 26
3.1.5 Diffusoreffekt durch Wandeinfluß eines Profils. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 27
3.1.6 Widerstand von vorn offenen halbkugelartigen Gebilden.. . .... . ... . ... 27
3.1.7 Einfluß der Strahlgröße auf den Widerstand .......................... 27
3.1.8 Umströmung von Drosselklappen.......... . .... . ..... . .... ... ...... 28
3.1.9 Umströmung von Eisenträgerprofilen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 28
3.1.10 Übergeschwindigkeiten und Widerstandsziffern bei verschiedenen Formen 29
3.1.11 Widerstandsverringerung durch geeignete Profilierung.. . ... ..... ... . ... 31
3.1.12 Wirkung von Abrundungen bei verschiedenen Formen. .. .. .. .. . . ... ... 31
3.1.13 Druckverlust von Rohrbündeln im Kreuzstrom ...... . . ... ..... .... . .. 31
VIII Inhal tsverzeichnis
3.1.14 Stabilität von umströmten, frei beweglichen Körpern .................. 33
3.1.15 Widerstand von Luftschiffkörpern .................................. 33
3.2 Widerstand von Wanderhebungen und Vertiefungen .... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 35
3.3 Fahrzeuge..... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 40
3.3.1 Allgemeines....................................................... 40
3.3.2 Widerstand von Autos ............................................. 40
3.3.3 Widerstand von Lokomotiven und Eisenbahnfahrzeugen ................ 44
3.3.4 Beeinflussung der Fahrzeuge bei Tunnelfahrten ........................ 46
3.3.5 Auslaufverfahren zur Bestimmung des Widerstandes von Fahrzeugen 47
Schrifttum zu Kap. 3: siehe Kap. 4
4 Armaturen ............ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
4.1 Krümmer............................................................... 48
4.1.1 Grundlagen....................................................... 48
4.1.2 Praktische Ausführungen ........................................... 51
4.1.3 Einfluß der Re-Zahl auf die Krümmerverluste ......................... 56
4.1.4 Besondere technische Formen ....................................... 56
4.2 Rohrverzweigungen ...................................................... 57
4.2.1 Übersicht......................................................... 57
4.2.2 Verzweigungen eines Leitungsnetzes .................................. 62
4.2.3 Experimentelle Verfahren ........................................... 63
4.2.4 Anwendungen ...... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 64
4.3 Einlauf- und Austrittsverluste ............................................. 65
4.3.1 Austrittsverluste ................................................... 65
4.3.2 Einlaufverluste .................................................... 66
4.3.2.1 Scharfkantiger Einlauf von ebenen und runden Querschnitten. . . . . 67
4.3.3 Düsenkoeffizienten bei freiem runden Einlauf. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
4.3.3.1 Lösung des Düsenproblems .................................. 69
4.3.4 Verluste bei Anordnungen von einem Rohr und einer Wand. . . . . . . . . . . .. 72
4.3.5 Ventile und Absperrmittel .......................................... 72
4.4 Wirkung von Sieben in einer Strömung ..................................... 74
4.4.1 Übersicht......................................................... 74
4.4.2 Laminarströmung in Schüttungen .... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
4.5 Große Durchflußwiderstände .............................................. 76
4.5.1 Labyrinthdichtungen............................................... 76
4.5.2 Große Druckdifferenzen ............................................ 80
Schrifttum zu Kap. 3 und 4 ..... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
5 Vermeidung von Ablösungen.......... ....... ........... ..... ..... .............. 84
5.1 Leitschaufeln ..... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
5.2 Mitbewegte Wände ...................................................... 90
6 Bestgestaltungen von Schlaufenreaktoren ......................................... 92
m Technische Anwendungen
7 Strahlenaerodynamik - Modellversuche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 96
7.1 Ablenkung von Strahlen durch innere Kräfte... ....... .... .... .... .... .. . . .. 96
7.2 Ablenkung von Strahlen durch äußere Kräfte........... .... ... . .... ... ... . .. 98
Inhaltsverzeichnis IX
7.3 Modellversuche........................................ ............. ..... 99
7.4 Modellversuche bei Gebläsen und Ventilatoren ............................... 101
7.5 Strahlwirkung durch Hilfsklappen bei Tragflügeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 106
7.6 Strahlwirkung bei Luftkissenfahrzeugen ..................................... 106
7.7 Düsentrockner für großflächige Güter ...................................... 108
7.8 Freistrahl von offen laufenden Querstromläufern ............................. 109
8 Gebäudeaerodynamik .......................................................... 110
8.1 Luftkräfte auf normale Gebäude ........................................... 110
8.2 Einsturz der Tacoma-Brücke .............................................. 111
8.3 Hohe Bauwerke .......................................................... 115
Schrifttum zu Kap. 8 ........................................................ 117
9 Belüftung und Klimatisierung ................................................... 118
9.1 Belüftung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 118
9.1.1 Freie Strahlen ..................................................... 118
9.1.2 Übersicht über runde, ebene und anliegende Strahlen ................... 120
9.1.3 Reichweite von Strahlen bei verschiedenen Dichten und Temperaturen .... 122
9.1.4 Auf eine Wand auftreffende Freistrahlen ................ . . . . . . . . . . . . .. 124
9.1.5 Impulsbelüftung ................................................... 124
9.2 Tunnelbelüftung ......................................................... 125
9.2.1 Natürliche Belüftung ............................................... 125
9.2.2 Künstliche Belüftung ............................................... 126
9.2.3 St. Gotthard-Straßentunnelbelüftung ................................. 127
9.2.4 Strömungstechnische Untersuchungen ................................ 132
Schrifttum zu Abschn. 9.2 ................................................ 132
9.3 Klimatisierung .......................................................... 133
9.3.1 Freistrahlen in begrenzten Räumen .................................. 133
9.3.2 Archimedes-Zahl, Freistrahlen unter Mitwirkung des thermischen Auftriebs 135
9.3.3 Grashof-ZahJ ..................................................... 137
9.3.4 Schlußfolgerungen ................................................. 139
9.3.5 Praktische Ausführungen ........................................... 142
Schrifttum zu Abschn. 9.3 ................................................ 144
10 Zyklone, Hydrozyklone, Sonderbauarten ......................................... 146
10.1 Zyklone ................................................................ 146
10.2 Hydrozyklone ........................................................... 150
10.3 Sonderbauarten von Hydrozyklonen und anderen Geräten ..................... 151
Schrifttum zu Kap. 10 ........................................................ 154
11 Elektrofilter.... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 156
11.1 Grundlagen ............................................................. 156
11.2 Konstruktive Einzelheiten ................................................. 157
x Inhaltsverzeichnis
12 Pneumatische Förderung 161
12.1 Förderung eines Einzelkörpers im schrägen bzw. senkrechten Rohr ............. 161
12.2 Ähnlichkeitsbeziehungen .................................................. 164
12.3 Vertikale Förderung ...................................................... 165
12.4 WinkIer-Schwebebett ..................................................... 169
12.4.1 Winkler-Schwebebett-Feuerung ...................................... 171
12.4.2 Winkler-Schwebebett-Reaktionen im Bereich der Kernenergie ........... 174
12.4.3 Kohlevergasung ................................................... 176
12.5 Schwebebett einer konischen Röhre ........................................ 178
12.5.1 Die pneumatische Rinne ............................................ 180
12.6 Horizontale Förderung ................................................... 181
12.6.1 Widerstandszahl ................................................... 183
12.6.2 Einfluß des Rohrquerschnittes ....................................... 184
12.7 Besonderheiten der hydraulischen Förderung ................................ 186
12.7.1 Pneumatischer Transport von ganz feinen Schüttgütern ................. 187
12.8 Pneumatische Fadenförderung in der Textilindustrie .........•................. 189
12.8.1 Luftdüsen-Webverfahren ............................................ 189
12.8.2 Pneumatische Spinntechnik ......................................... 192
Schrifttum zu Kap. 12 ........................................................ 192
13 Sichter ...................................................................... 194
13.1 Mahlfeinheit (Oberflächenbestimmung nach Blaine) ........................... 194
13.2 Zentrifugalsichter ........................................................ 195
13.3 Zyklon-Umlaufsichter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 196
13.4 Kanalradsichter ......................................................... 197
14 Verdrängungsverdichtung ....................................................... 200
14.1 Vergleich mit früheren Druckwasseranwendungen ............................ 200
14.2 Aufladung durch Druckwellen (nach BBC) .................................. 201
14.3 Konstruktiver Aufbau der Druckwellenmaschine Comprex .................... 201
14.4 Eigenschaften des Comprex und die Besonderheiten Comprex-aufgeladener
Motoren ... . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 203
lS Hochdruckwasserstrahlen, Einsatz bei der Kohlefördemng .......................... 206
15.1 Wasserstrahlen .......................................................... 206
15.2 Vermischung von Wasserstrahlen mit der Umluft ............................. 208
15.3 Gesteinszerkleinerung durch Hochdruckwasserstrahlen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 209
15.4 Hydraulische Förderung bei großen Festteilchen .....•.....•.....•........... 212
15.5 Strömungstechnische Besonderheiten im Berg- und Tunnelbau ................. 213
Namen-und Sachverzeichnis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 219
Inhaltsverzeichnis XI
Inhalt von Band 1: Grundlagen
Hydrostatik
Bewegungslehre
Einfluß der Reibung bei ablösungsfreien Strömungen
Ablösung
Bewegung fester Körper in strömenden Medien
Tragflügel
Kavitation
Gasdynamik
Strömungstechnische Messungen
I Grundlagen
1 Formgebungen bei verzögerter Strömung
1.1 Allgemeine Betrachtungen
Das Problem von verzögerten Strömungen sowie der hier auftretenden Ablösungen
ist für die Praxis von ganz großer Bedeutung. Man kann sogar hinzufügen, daß es
sich um die wichtigste Aufgabe der Praxis handelt. In den verschiedensten Varia
tionen treten diese Aufgaben an den Praktiker heran, wobei oft sehr schwierige
Probleme vorliegen. Hinzu kommt, daß diese Fragen theoretisch leider nicht be
antwortet werden können. Durch gezielte Versuche gelingt es oft, einige Aus
künfte zu erhalten. Trotzdem kann heute gesagt werden, daß dem Praktiker viele
Fragen beantwortet werden können.
Zunächst ist es angebracht, an Hand von Strömungsbildern Grundsätzliches zu
veranschaulichen. So zeigen die folgenden Strömungsbilder wichtige Beobach
tungen. In Abb. I.l erkennt man, daß bei einem Erweiterungswinkel von 13° die
Strömung ganz anliegt. Bei einer Erweiterung von 28° (Abb. 1.2) erkennt man eine
volle Ablösung, die den ganzen Erweiterungsraum erfüllt. Als erste Regel gilt
somit die Tatsache, daß der Erweiterungswinkel enge Grenzen hat.
Abb. 1.1 Verzögerte Strömung. Erweiterungswinkel 13°. Strömung liegt gerade noch an