Physik Forum

[n000]

Hallo zusammen,

ich hoffe einer von euch kann mir etwas weiter helfen ich bin gerade dabei das genaue Prinzip des hydraulischen Widders zu verstehen.
Für alle die ihn nicht kennen http://de.wikipedia.org/wiki/Hydraulischer_Widder

Mir ist noch nicht klar warum das Schnellschlussventil so schnell schließt. Wenn man sich durch verschiedenen Berichte liest wird immer nur gesagt, dass durch die höhere Fließgeschwindigkeit des Wassers das Ventil zu gedrückt wird. Ich kann mir das schwer vorstellen weil es dadurch nicht diesen schnellen Schlag gibt. kann es sein dass durch einen verengten Querschnitt der Druck durch die schneller werdende Fließgeschw. sinkt und dadurch das Ventil angesaugt wird und sich somit schließt (Venturi)?

Für eine Fachliche Antwort wär ich sehr Dankbar.

[Fritz]

Wenn du das nächste Mal in der Badewanne sitzt, dann nimmst du den Stöpsel und hebst ihn etwas an. Es baut sich eine Strömung auf. Wenn du jetzt den Stöpsel wieder langsam an unten senkst gibt es einen Moment wo dir der Stöpsel fast aus der Hand gerissen wird und das Loch wieder verschließt. Das ist in etwa der gleiche Effekt. Wenn man die Kraft beibehält kann manmit etwas Geschick sogar Oszillationen an regen.

Das Ganze ist wohl eine Mischung aus Bernulli Prinzip und Impulssatz. Wenn das Ventil geöffnet ist wird die Wasserströmung zwischen Ventil und Loch sehr schnell. Dies bewirkt tatsächlich eine Druckminderung im Spalt wodurch das Venitl nach oben gezogen wird. Je weiter das Ventil nach oben kommt um so enger wird der Spalt und um so größer die Strömungsgeschwindigkeit. Die Kraft auf das Ventil wird also noch größer, usw. Das schaukelt sich auf bis das Ventil schlagartig geschlossen wird, dann drückt das Wasser mit vollem Druck auf die Unterseite des Ventils und hält es eine Zeit lang geschlossen, bis der Windkessel gefüllt ist. Der Druck im Rohr lässt nach und die Feder kann das Venitl wieder öffnen.

mfg Fritz

[n000]

Danke Fritz für deine Antwort

[Fritz]

Was hat der Impulssatz damit zu tun? Naja ich denke mal das Wasser gibt beim Umströmen des Ventils einen Teil seines Impulses ab und bewirkt deshalb eine Kraft. Für eine Näherung kann man das aber vermutlich vernachlässigen.

Um die Kraft durch den Bernoullieffekt wird nicht ganz einfach, dazu sollte man evtl. eine ganz bestimmte Konstruktion auswählen, für die sich die Gleichungen einfach aufstellen lassen. Insbesondere sollte man nach dem Ventil noch ein Stück Rohr anhängen, das beim Ventil den kleinsten Querschnitt hat und dann bis zur Mündung kegelig größer wird. Das Ventil selbst würde ich als Kegel oder Flachventil ausführen.

Dann stellt man sich die Bernoulli-gleichung auf und berechnet den mittleren Druck im Ventil (oder die Druckverteilung wenn man es auf die Spitze treiben will. Diesen Druck multipliziert (integriert) man dann mit der projezierten Ventilfläche und erhält die Kraft auf das Ventil.

http://de.wikipedia.org/wiki/Bernoulli-Gleichung

Der Stoßdruck ist würde ich sagen im Idealfall genau so groß wie der Druck im Windkessel, und der entspricht einfach dem hydrostatischen Druck der Steigleitung. Von da her eigentlich primitiv. Sehr viel schwieriger wird es wenn man zb. ausrechnen will wie groß die maximal erreichbare Steighöhe ist.

Dies könnte man evtl. ausrechnen in dem man aufgrund der Kraft auf das Ventil ausrechnet wie schnell es schließt, so auf die Änderung des Massenstroms schließt und damit den maximalen Druck bestimmt.

Da wirds aber sicher zum integrieren vllt. sollte man das besser simulieren.

Mit Tabellen kommt man hier nicht weiter.

Keine Angst, so schnell verlieren wir die Geduld nicht. Aber du musst auch mit uns Geduld haben, wir haben nicht immer sofort Zeit das Thema gründlich durch zu denken und eine fix fertige Lösung zu errechnen. Außerdem müssen wir jeden Fragesteller erst ausfragen um zu erfahren wie es mit seinen Fähigkeiten steht.

mfg Fritz

[n000]

[url]Der Stoßdruck ist würde ich sagen im Idealfall genau so groß wie der Druck im Windkessel[/url]

Da muss ich dir widersprechen der Druckstoß muss größer sein als der Druck im Windkessel sonst würde kein Wasser in den Windkessel fließen.

Die max. Steighöhe wird durch den Druckstoß begrenzt wenn z.B. ein Druckstoß von 10bar entsteht kann das Wasser max. 100m hochgepumpt werden da der hydrostatische Druck einer 100m Wassersäule 10bar entspricht.

Aber mich würde trotzdem interessieren wie groß der Druckstoß wird da müsste es doch Aufzeichnungen geben.

[isi1]

[n000]

Bin hier auf etwas gestoßen womit man den Druckstoß vielleicht berechnen kann kennt sich damit vielleicht jemand aus

Joukowski-Formel

[Fritz]

[n000]

[Fritz]

Hallo

bei genauerer Betrachtung ist mir diese Formel doch etwas schleierhaft.

Δp ist sicher die Druckerhöhung
ρ ist die Dichte des Wassers
a bezeichnet in diesem Skript offenbar die Druckstoßgeschwindigkeit (Schallgeschwindigkeit?) des Wassers
Δv steht wohl für die Änderung der Durchflussgeschwindigkeit

Naja von der Einheit würde es passen. Was ich jetzt ein wenig komisch finde ist, dass die Länge des Rohres und die Schließzeit gar nicht einfließen. Das Ganze basiert vermutlich eher auf Schallausbreitung im Wasser und gilt wohl eher für sehr lange Rohre.

Ich bin mir nicht sicher ob man das hier anwenden kann, aber versuchen kann man es ja.

mfg Fritz

[Fritz]

Hallo

Ich hab jetzt noch die Handouts zur entsprechenden Vorlesung gefunden:

http://www.vaw.ethz.ch/education/lecture/hydraulic_engineering/vo4

Auf Seite 24 fängt die Sache an, inkl. Herleitung.

mfg Fritz