HM15029D

Systeme fr die technische Ausbildung

Versuchsanleitung

G.U.N.T. Gertebau GmbHPostfach 1125D-22881 BarsbttelTelefon (040) 670854-0Telefax (040) 670854-42

HM 150.29 Verluste in Bgenund Fittingen

Versuchsanleitung

Druckschrift-Nr.: 06/98

Bitte lesen Sie vor der ersten Inbetriebnahme unbedingt die Sicherheitsvorschriften!

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HM 150.29 Verluste in Bgen und FittingenAl

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Inhaltsverzeichnis1 Gertebeschreibung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

2 Versuchsdurchfhrung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2.1 6-fach-Manometertafel. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2.2 Differenzdruckmessung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2.3 Absolutdruckmessung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2.4 Manometeranschlu und Bedienung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62.4.1 Entlften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62.4.2 Einstellen der Nullage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

3 Versuche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

3.1 Eichkurve mit Verengung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

3.2 Kennlinie des bungsstandes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93.3 Rohrstrmung mit Reibung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

3.3.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

3.4 Widerstandsbeiwerte spezieller Rohrleitungselemente. . . . . . . . . . 133.4.1 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133.4.2 Rohrkrmmer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143.4.3 Versuchsdurchfhrung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

3.5 Querschnittsnderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173.5.1 Versuchsdurchfhrung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

4 Technische Daten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

4.1 Hauptabmessungen des bungsgertes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194.2 Komponenten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

4.3 Literaturhinweis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

4.4 Tabellen und Diagramme. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

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1 Gertebeschreibung

Das Gert HM 150.29 dient der Untersuchung vonDruckverlusten in Bgen und Fittingen sowie vonVentilen, Einschnrungen und Erweiterungen.Die Mestrecke besteht aus einem Rohrsystemmit verschiedenen Fittingen, einem Kugelhahn,einer Erweiterung und einer Einschnrung. Mitdem Kugelhahn lt sich der Durchflu variieren.Das Gert hat ein 6-fach Manometer und ein Rohr-federmanometer zur Bestimmung von einzelnenRelativdrcken. Ringmekammern sind so in dasRohrsystem eingebaut, da ber alle relevantenObjekte die Druckdifferenz gemessen werdenkann.

Die Wasserversorgung erfolgt entweder durchHM 150 Grundmodul Strmungstechnik oderber ein Labornetz.Mit HM 150 Grundmodul Strmungstechniklt sich ein geschlossener Wasserkreislaufaufbauen.

Versuchsmglichkeiten:- Untersuchung des Druckverlustes an Bgen

und Fittingen- Vergleich verschiedener Bgen und Fittinge- Einflu des Fittingradiuses- Ventilkennlinie

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1 Gertebeschreibung 1

Gerteaufbau:

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2

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3

11 12 5

10 4 1

1 Grundgestell mit Rckwand2 Schlauchanschlu Wassereintritt3 Schlauchanschlu Wasseraustritt4 Rohrknie5 Rohrwinkel6 Rohrbogen eng7 Rohrbogen weit

8 Einschnrung9 Erweiterung10 Kugelhahn11 6-fach Manometer12 Rohrfedermanometer13 Ringkammer mit Mestutzen14 PVC-Schlauch mit Steckkupplung

Abb. 1.1 Gerteaufbau

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1 Gertebeschreibung 2

2 Versuchsdurchfhrung

Die nachfolgenden Beschreibungen fr Versuchs-durchfhrungen und fr die Versuche in Kapitel 3basieren auf dem Grundmodul Strmungstech-nik HM 150.

- Versuchsaufbau auf HM 150 GrundmodulStrmungstechnik stellen.

- Schlauchverbindungen zwischen HM 150und dem Gert herstellen, Zulauf und Ablauf.

- Alle Kugelhhne schlieen, Grundmodul undVersuchsaufbau.

- Manometer mit gewnschten Mestellen ver-binden.

- Pumpe am Grundmodul einschalten und denKugelhahn von HM 150 langsam ffnen.

- Kugelhahn von HM 150.29 langsam ffnenund Manometer entlften, siehe Kapitel 2.4.

- Durch gleichzeitiges Einstellen des Entlf-tungs- und Ablaufventils am 6-fach Manome-ter den Wasserstand so einregulieren, dadie Wassersulen im Mebereich sind.

- Den Volumenstrom bestimmen. Hierzu dieZeit t stoppen, die bentigt wird, um den volu-metrischen Tank von HM 150 von 10 auf 20bzw. 30 Liter aufzufllen. Dazu ist der Ablaufunter dem Tank zu schlieen.

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2 Versuchsdurchfhrung 3

2.1 6-fach-Manometertafel

Bei der 6-fach Manometertafel handelt es sich um6 Niveau-Rhrchen aus Glas mit einer hinterlegtenmm-Skala.

- Der Mebereich betrgt 300 mmWS =^ 30mbar- Alle Niveau-Rhrchen sind am oberen Ende

miteinander verbunden und besitzen ein ge-meinsames Entlftungsventil

- Bei geschlossenem Entlftungsventil wird derDifferenzdruck, bei offenem Entlftungsventilder Absolutdruck gemessen.

- Die Mestellen werden mit Schlauch-Schnell-kupplungen an die unteren Enden der Niveau-Rhrchen angeschlossen.

- Das erste Niveau-Rhrchen hat ein Ablaufven-til.

2.2 Differenzdruckmessung

Hierbei ist das Entlftungsventil geschlossen. Esbildet sich ber beiden Wassersulen ein Luftpol-ster mit dem Druck pL. Damit ergibt sich fr die zumessenden Drcke p1 und p2

p1 = pL + h1 g ,

p2 = pL + h2 g .

Der Differenzdruck betrgt dann

p = p1 p2 = pL + h1 g pL h2 g.

Der Druck pL hebt sich heraus und es ergibt sich

p = h g mit h = h1 h2 .

AnschluMeleitungen

Entlftungsventil

Niveau-Rhrchen

Ablaufventil

Abb. 2.1 6-fach Manometer

h

Luftpolster pL

p2p1

h1

h2

Abb. 2.2 Differenzdruckmessung

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ber den Druck pL lt sich der Nullpunkt fr dieDifferenzdruckmessung einstellen.Fr eine maximale Mespanne ist es zweckmig,

den Nullpunkt bzw. Mittelwert h1 + h22 auf die Mitte

der Meskala hmax2 zu legen

h1 + h22 =

hmax2 =

p1 pL + p2 pL2 g

.

Damit ergibt sich fr den Druck des Luftpolsters

pL = p1 + p2 hmax g

2 .

Der Druck wird ber das Entlftungsventil einge-stellt, siehe auch Abschnitt 2.4.2.

2.3 Absolutdruckmessung

Bei der Absolutdruckmessung ist das Entlftungs-ventil geffnet und der Druck pL entspricht dematmosphrischen Luftdruck p0.Hierbei mu auch die Hhe hm zwischen derMestelle und dem Nullpunkt des Manometersbercksichtigt werden

pabs = p0 + ( h + hm ) g .

Luftdruck p0

h

hm

pabs

Abb. 2.3 Absolutdruckmessung

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2.4 Manometeranschlu und Bedienung

Die Entlftung und Bedienung des 6-fach Mano-meters bedarf einiger bung und Erfahrung mitdem bungsgert HM 150.29. Dabei ist auch dar-auf zu achten, da immer nur Objekte mit demgleichen Mebereich zusammen angeschlossenwerden.

2.4.1 Entlften

- Manometer mit Verbindungsschluchen an diezu messenden Fittinge anschlieen.

- Entlftungsventil ffnen und Rohrstrecke undVerbindungsschluche durch krftigen Was-serstrom entlften.

Wenn keine Luftblasen mehr in den Verbindungs-schluchen sind, dann:- Entlftungsventil oben schlieen.- Ablaufventil unten schlieen.- Kugelhahn im Grundmodul HM 150 schlieen.- Pumpe ausschalten.

2.4.2 Einstellen der Nullage

- Kugelhahn im Grundmodul HM 150 langsamffnen und mit den Ventilen und Kugelhhnendie maximale Spanne einstellen.

- Entlftungsventil und Kugelhhne schlieen.- Pumpe wieder einschalten und durch langsa-

mes ffnen der Kugelhhne die Messungenbeginnen.

Achtung! Pegel kann mit dem Entlftungsventilnur nach oben verstellt werden.

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3 Versuche

In den folgenden Abschnitten werden beispielhafteinige Versuche beschrieben, die mit diesem Ge-rt durchgefhrt werden knnen. Die Auswahl derVersuche erhebt keinen Anspruch auf Vollstndig-keit, sie soll vielmehr auch als Anregung fr eigeneVersuchsreihen dienen.Die Versuchsbeschreibungen gliedern sich in einenGrundlagenteil mit den wichtigsten Berechnungs-For-meln und der eigentlichen Versuchsdurchfhrungmit Mewertaufnahme und Analyse.Die aufgefhrten Meergebnisse sind nicht alsunter allen Umstnden einzuhaltende Richt- oderKalibrierwerte anzusehen. Je nach Ausfhrung dereinzelnen Komponenten und versuchstechnischenGeschick knnen im eigenen Experiment mehroder weniger groe Abweichungen auftreten.

3.1 Eichkurve mit Verengung

Da die starke Einschnrung der Verengung wieeine Meblende wirkt, kann ber diesen Fittingeine Eichkurve erstellt werden.Fr die Erstellung der Eichkurve wird der Druck-verlust p in mmWs ber dem Durchflu V. in l/minaufgetragen. Fr die einmalige Durchfluermittlung mu aller-dings der Volumenstrom ber den volumetrischenTank von HM 150 ermittelt werden.Der Volumenstrom wird mit dem Kugelhahn imbungsgert HM 150.29 stufenweise verringert

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und der dazugehrige Druckverlust abgelesen,beide Werte werden notiert.Beispielhaftes Meergebnis:

Eichkurve: VerengungDruckverlust p

in mmWs

Volumenstrom V.

inl / min

265 9.81215 8.33185 7.34150 6.3590 4.8480 4.4470 4.1965 445 3.3325 2.61

0

50

100

150

200

250

300

0 2 4 6 8 10 12Volumenstrom l/min

Druc

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m

mW

s

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3.2 Kennlinie des bungsstandesMit dem Rohrfedermanometer lt sich eine Kenn-line des bungsstandes aufnehemen. Wenn frdie Kennlinie der Druck ber die Rohrstrecke auf-getragen wird, knnen daraus dann die Druckver-luste ber den einzelnen Objekten abgelesenwerden.

Beispielhaftes Meergebnis:Kennlinie V. =10.3 l/min

Mestelle Meobjekt Druck p in bar

1 Rohrknie 0.52 0.493 Verengung 0.494 0.44

Erweiterung5 0.44

Winkel 906 0.4257 Bogen 90 kurz 0.4258 0.429 Bogen 90 lang 0.4210 0.415

Kugelhahn11 0

0,40,41

0,420,430,44

0,450,460,470,48

0,490,5

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Mestelle

Druck

in

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r

Vere

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3.3 Rohrstrmung mit Reibung

3.3.1 Grundlagen

In den folgenden Versuchen soll der Druckverlustpv bzw. die Verlusthhe hv bei reibungsbehafte-ter Rohrstrmung experimentell ermittelt werden.Bei turbulenter Rohrstrmung, sie gilt als aus-gebildet bei Reynoldsschen Zahlen Re>2320, istder Druckverlust proportional zur- Lnge l des Rohres

- Rohrreibungszahl

- Dichte des Strmungsmediums Quadrat der Strmungsgeschwindigkeit v.Weiterhin steigt der Druckverlust bei abnehmen-den Rohrdurchmesser. Er berechnet sich wie folgt

pv = l2 d v

2 .

Die zugehrige Verlusthhe hv wird folgender-maen berechnet

hv = ld

v 2

2 g .

Bei turbulenter Rohrstrmung ( Re>2320) hngtdie Rohrreibungszahl von der Rohrrauhigkeit kund der Reynoldsschen Zahl Re ab. Die Rohr-rauhigkeit k gibt die Hhe der Wanderhebungen inmm an. Der Zusammenhang zwischen Re, undk ist in dem Diagramm nach Colebrook und Niku-radse dargestellt. Hier ist die Wandrauhigkeit k aufden Rohrdurchmesser d bezogen.

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3 Versuche 10

Die Reynoldssche Zahl Re berechnet sich ausRohrdurchmesser d, Strmungsgeschwindigkeit vund kinematischer Zhigkeit

Re = v d

.

Die kinematische Zhigkeit kann fr Wasser inAbhngigkeit der Temperatur der Tabelle aus An-hang 4.4 entnommen werden.

Die Strmungsgeschwindigkeit v berechnetsich aus Volumenstrom V. und Rohrquerschnitt

v = 4 V.

d 2 .

Rohrreibungszahl nach Colebrook und (gestrichelt) nach Nikuradse (aus Dubbel: Taschenbuch fr den

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3 Versuche 11

Fr hydraulisch glatte Rohre (Re < 65 d/k) undeiner Reynoldsschen Zahl im Bereich von 2320

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