Swirl Boundary Layer at the Inlet of a Rotating Circular Cone

International audienceWhen a fluid enters a rotating pipe, a swirl boundary layer with thickness of $δ_S$ appears at the wall and interacts with the axial momentum boundary layer with thickness of $δ$. The swirl is produced by the wall shear stress and not due to kinematic reasons as by a turbomachine. In the center of the pipe, the fluid is swirl-free and is accelerated due to axial boundary layer growth. Below a critical flow number $ϕ < ϕ_c$, there is flow separation, known in the turbomachinery context as part load recirculation. Previous work analyses the flow at the inlet of a rotating circular pipe. For a systematic approach to a turbomachine, the influence of the turbine's and pump's function, schematically fulfilled by a diffuser and a nozzle, on the evolution of the swirl and flow separation is to analyse. The radius of the rotating pipe depends linearly on the axial coordinate, yielding a rotating circular cone. The swirl evolution depends on the Reynolds number, flow number, axial coordinate and apex angle. The influence of the la er is the paper's main task. The circumferential velocity component is measured applying 1D Laser Doppler Anemometry to investigate the swirl evolution

Validation of a soft sensor network for condition monitoring in hydraulic systems

With increasing digitization, models are more important than ever. Especially their use as soft sensors during operation offers opportunities in cost saving, easy data acquisition and therefore additional functionality of systems. In soft sensor networks there is redundant data acquisition and consequently the occurrence of inconsistent values from different soft sensors is encouraged. The resolution of these data-induced conflicts allows for the detection of changing components characteristics. Hence soft sensor networks can be used to detect wear in system components. In this paper this approach is validated on a test rig. It is found, that the soft sensor network is capable to determine wear and its extent in eccentric screw pumps and valves via data induced conflicts with relatively simple models

Slip length of the tribo system steel-polyalphaolefin-steel determined by a novel tribometer

Nowadays sealing systems are commonly designed by means of hydrodynamic and elastohydrodynamic theories. Although the analytical as well as the computational approaches have improved in meaning full manner since the last decades: For small sealing gaps, in the order of micrometers and below, a discrepancy between experimental investigated and theoretically predicted leakage flows occur. As a cause for the discrepancy a breakdown of the no slip boundary condition is suspected. Since in small sealing gaps the continuum hypothesis is violated and molecular effects have to be considered. One fundamental quantity to take molecular affects into account is the slip length. Within this paper a new measurement apparatus to evaluate the slip length for hydraulic applications is presented. The adjustable gaps between two planar surfaces are in the order of magnitude of 1 μm. In a first step the slip length for the system steel-oil –steel is investigated at three different temperatures: 18°C, 22°C and 25°C. The measured slip lengths are in the order of magnitude of ~100 nm

Beschreibung von pneumatischen Dämpfungssystemen mit dimensionsanalytischen Methoden

Luftfeder und Luftdämpfungssysteme sind Kraftelemente, die aufgrund Ihrer Funktionalitäten zunehmend klassische Feder- und Dämpfungselemente in schwingungsfähigen Systemen ersetzen. Im vorliegenden Beitrag wird einleitend dargelegt, dass sich je nach Entwicklungsziel, Kom- fort oder Adaption an Beladungsänderung, unterschiedliche konstruktive Lösungen anbieten. Im Hauptteil wird das Übertragungsverhalten von Luftfeder und Luftfederdämpfersystemen physikalisch geklärt und im Detail beschrieben. Dabei wird die typische Frequenz fγ für den Übergang von isothermer zu adiabater Zustandsänderung sowie die Abstimmfrequenz f₀ des Luftfederdämpfers, welche die Frequenzlage des Dämpfungsmaximums beschreibt, mit den Methoden der Dimensionsanalyse [1] hergeleitet. Darüber hinaus wird das nichtlineare Übertragungsverhalten von Luftfeder- und Luftfeder- dämpferelementen modelliert, indem die Erhaltungsgleichungen für Masse und Energie als Ausgangspunkt für ein rein physikalisches Bauteilmodell genutzt werden. Durch Betrachtung kleiner Amplituden wird eine Linearisierung vorgenommen

Fluidtechnik zwischen Funktion, Aufwand und Verfügbarkeit

Zukünftige innovative Antriebslösungen müssen verstärkt dem Spannungsfeld zwischen 1. Funktion, 2. Aufwand und 3. Verfügbarkeit gerecht werden. Die Funktion bemisst sich in der Dynamik aber auch in der Schallemission des Antriebes. Der Aufwand wird im Bauraum, dem Gewicht, den Kosten und der Effizienz gemessen. Die Verfügbarkeit wird durch Lebensdauer und Ausfallsicherheit beschrieben. D.h. die Konzepte müssen technische, ökonomische und gesellschaftliche Aspekte berücksichtigen. Begreifen wir dieses Spannungsfeld als Ansporn, so entstehen daraus Innovationen, die der Markt bereitwillig annimmt. Dabei vergessen wir als Ingenieure oft, dass innovative Lösungen auch solche sind, die bei gleicher Funktion und Verfügbarkeit mit verminderten Kosten darstellbar sind

Über die Strömungsmechanik in chromatographischen Säulen

Betrachtet werden die Flüssigkeitsteilchen, die eine Feststoffoberfläche benetzen. Sie sind aufgrund ihrer ausgezeichneten räumlichen Anordnung und ihrer besonderen molekularen Wechselwirkung anderen Wechselwirkungen ausgesetzt, als Molküle im Inneren der Phase, und haben infolgedessen einen anderen Energiezustand. Makroskopisch macht sich dies als eine Spannung bemerkbar. Auf der anderen Seite ist als Folge der energetischen Exposition der Grenzfläche im thermodynamischen Gleichgewicht die Lösungskonzentration an der Grenzfläche höher als innerhalb der Phase. Daher kommt es z.B. bei Grundwasserströmung in den Kornzwischenräumen des Bodens zum Anlagern der im Wasser gelösten Ionen bzw. Moleküle an der Sandkornoberfläche. Dieser Vorgang wird Adsorption genannt und ist verantwortlich für die filternde Wirkung des Bodens. Die Adsorption findet solange statt, bis die Grenzfläche gesättigt ist, d.h. die Beladung pro Flächeneinheit einen Grenzwert erreicht hat. Sinkt die Verschmutzungskonzentration im Wasser, so kommt es zu einem Diffusionsstrom von der Grenzfläche in die Flüssigkeit im Kornzwischenraum. Dieser umgekehrte Vorgang wird Desorption genannt. Beide Effekte wurden im Verfahren der Flüssigkeits-Chromatographie zur Trennung von Molekühlen 1900 erstmals von dem russischen Botaniker M. Tswett genutzt. Strömt eine Lösung bestehend aus einer Mischung farbiger Lösungsbestandteile durch eine Glassäule, die mit pulverförmigem Adsorptionsmaterial gefüllt ist, dann werden die einzelnen adsorbierten Lösungsbe standteile als Reihe diskreter, farbiger Bänder sichtbar. Diese Serie ist als Chromatogramm bekannt. Das Adsorbtionsmittel, Sorbens genannt, ist eine verdichtete Granulatschüttung - man spricht von Packung - in einer kreis-zylindrischen Säule. Wird speziell beschichtetes Sorbens verwendet, so ist mittels Chromatographie selbst eine Trennung von Molekülen möglich, die in der Summenformel, den Molekülwinkeln und Atomabständen identisch sind, d.h. gleiche physikalische Eigenschaften haben, die durch Drehen und Schieben aber nicht zur Deckung gebracht werden können

PKW Federung und Dämpfung – Übersicht, Trends, Zukunft

Anforderungen an das Feder-Dämpfungssystem eines PKW

Verändert und doch gleich kehre ich wieder – Größe und Skalierung in Natur und Technik

Jacob Bernoulli (1654…1705), ein Mathematiker, Onkel des Hydromechanikers Daniel Bernoulli und Vorfahre von Hermann Hesse, hatte veranlasst, dass auf seinem Epitaph im Baseler Münster um eine gemeißelte Spirale der Ausspruch „eadem mutata resurgo“ (lateinisch für: verändert und doch gleich kehre ich wieder) zu finden ist. Er war fasziniert von der Gestalt der logarithmischen Spirale und deren besonderen Skalierungseigenschaften, nämlich der Selbstähnlichkeit oder Skaleninvarianz: „Verändert und doch gleich…“. In der Regel verändern sich Objekte der Natur und Technik bei Veränderung z.B. der äußeren Abmessung. Unbedachtes Skalieren kann zu hohem wirtschaftlichen Schaden führen, dann nämlich, wenn ein Laborexperiment ohne Beachtung der physikalischen Ähnlichkeit auf Produktionsmaßstab hochskaliert wird und überraschend Ausschuss produziert wird. Kritisch ist gleichfalls wenn Ergebnisse von Modelluntersuchungen an Strömungsmaschinen unbedacht, d.h. falsch hochskaliert werden. Wichtig ist, dass die Skaleninvarianz eine Ausnahme und nicht die Regel ist. Die vergleichsweise einfache logarithmische Spirale kann man aber so skalieren (Streckung und Drehung), dass Sie von der Ursprungsgestalt nicht zu unterschieden ist