Physik Forum

[hootentoot]

Hallo,

Im Rahmen eines Praktikums untersuche ich gerade den Zusammenhang zwischen statischer Druckdifferenz und Volumenstrom bei einer Strömung durch eine Filtermatte, der sich ja an und für sich quadratisch nach folgender Formel errechnet:

delta_p = 1/2 * zeta * rho_Luft * (Q/A)^2

mit

zeta...Widerstandsbeiwert
rho_Luft...Luftdichte
Q...Volumenstrom
A...durchströmte Querschnittsfläche

Dazu haben wir einen Teststand gebaut, der aus einem Rohr besteht, das auf der einen Seite mit der Filtermatte und auf der anderen Seite mit einem Axiallüfter ausgerüstet ist (und natürlich Druck- und Volumenstrom-Messeinrichtungen).
Die Kennlinie wurde aus einer Messung mit Matte und einer Nullmessung ohne Matte ermittelt. Diese Kennlinie setzt sich nun seltsamerweise aus einem quadratischen Anteil und einem linearen Anteil zusammen:



wobei die schwarze Linie die eigentliche Kennlinie, die rote Linie der quadratische und die blaue Linie der lineare Anteil ist.

UND JETZT DIE FRAGE:
Wie kommt dieser lineare Anteil zustande und wie kann ich ihn berechnen?


Hoffe ihr könnt mir helfen!

Grüße,
hootentoot

[Frank]

Könnte es sein, dass das (lange?) Rohr den linearen Anteil verursacht.?

[hootentoot]

Leider nein, da auch diverse Messungen ohne Filtermatte gemacht wurden, und bei dienen ist der lineare Anteil so gut wie nicht vorhanden. Nichtmal wenn ich statt Filtermatte z.B. ein Gitter einsetze. Er tritt nur bei eingesetzter Filtermatte ein. Alle anderen Messergebnisse ohne Filter verlaufen annähernd ideal quadratisch.

edit: ach ja, das Rohr ist etwa einen Meter lang, 15 cm Durchmesser...

[Frank]

[hootentoot]

Zum Aufnehmen der Kennlinie muss ich ja von Null aufwärts gehen mit der Strömungsgeschwindigkeit. Die Messungen verliefen so, dass ich mit einem Stelltransformator den Lüfter des Messaufbaus von Null bis zur Maximalleistung geregelt hab und dabei also schrittweise immer höhere Strömungsgeschwindigkeiten eingestellt habe.
Wenn dieser lineare Anteil erst ab bzw. nur bis zu gewissen Strömungsgeschwindigkeiten auftreten würde, dann hätte ich ja bei der Messung ohne Filtermatte wenigstens in einem gewissen Bereich der Kennlinie Abweichungen vom Idealverlauf. Diese sind aber nicht vorhanden...

Ich hatte mir für das Rohr die Reynoldszahl ausgerechnet, und die lag weit jenseits der Grenze zur laminaren Strömung von etwa 2300 (so etwa bei 15000 bis 30000, weiß nichtmehr genau). Vielleicht hab ich aber auch bei der Berechnung einen Fehler gemacht...

Den Aspekt mit der laminaren und turbulenten Strömung hab ich mir auch schon überlegt, kann es sein, dass irgendeine Art Mischform auftritt? Bei laminarer Strömung ist der Zusammenhang zwischen Druck und Strömungsgeschwindigkeit ja linear...

edit: hab noch eine vielleicht interessante Info:
Ich habe gerade zwei Kennlinien verglichen, beide waren mit Filtermatte+Gitter, wobei bei der einen die "Nullmessung" (Messung ohne Filtermatte) mit Gitter und bei der anderen ohne Gitter durchgeführt wurde (Die Nullmessung wird immer aus den Messergebnissen mit Filtermatte herausgerechnet, um die Einfluss des Messaufbaus zu minimieren). Bei beiden Kennlinien ist der lineare Anteil identisch. Daraus schieße ich, dass er nur von der Filtermatte abhängen muss...

[Frank]

[hootentoot]

Hatte gerade noch eine Idee bzw. hab ich noch etwas recherchiert und bin auf das Stichwort viskose Reibungsverluste gestoßen.

Hat das was damit zu tun und wenn ja, bleibt immer die Frage: Wie kann man's berechnen?

Ich werd jetzt nochmal intensiv Google bemühen gehen...

@Frank: Danke schonmal für deine Antworten!

[Frank]

[hootentoot]

Das wäre eine Aussage, die ich verwenden könnte. ^^
Mir war nur etwas schleierhaft, wo dieser Anteil überhaupt herkommt. Anscheinend resultiert er aus den komplexen Strömungsverhältnissen innerhalb der Filtermattte und kann ohne Weiteres nicht analytisch berechnet werden, da ich leider zu wenige Materialparameter habe.

Danke nochmmal!