Einleitung Zusammenfassung LDA/PDA Ergebnisse

Jahrestreffen der Fachgemeinschaft Fluiddynamik und Trenntechnik 2013, 25. - 27. Sep. 2013, Vogel Convention Center Würzburg
Markus Lichti, Mehdi Azimian, Hans-Jörg Bart
TU Kaiserslautern, Lehrstuhl für Thermische Verfahrenstechnik,
67653 Kaiserslautern, Germany
Untersuchung von Hydroabrasion in einer
Rohrströmung mittels CFD und LDA
Einleitung
Eckdaten:
• Rohr DN 50
Probleme/Motivation:
• Volumenströme 3-5 m³/h ~ Reh 21.000..36.000
• Erosion an angeströmten Einbauten in Rohren
• LDA/PDA Messung senkrecht in Rohrmitte (~60 Messpunkte)
• Datenraten von 10..15.000 Hz, 50.000 je Messpunkt
• Materialabtrag /-Ermüdung an Pipelines
• Korngrößen von 8-12 µm (Tracer); 100-200 µm (Sandpartikel)
LDA/PDA
Abb. 1: Experimenteller Aufbau
Abb. 2: Strömungsprofil von Wasser bei
5 m³/h, LDA (rot), CFD (blau)
Abb. 4: Funktionsprinzip (Dantec)
Abb. 3: Aufnahmen der Nachlaufströmung
Abb. 5: Rasterung der LDA Messung
LDA Messungen und CFD Validierung:
Ergebnisse
Hydroabrasion:
0.03
Modellierung:
Strömungsprofil bei Re=35946 und 34 mm vor der Probe
1/7 Potenzgesetz:
𝑐 𝑟 = 𝑐𝑚𝑎𝑥 ∙ 1 −
𝑛
 Anwendung eines Abrasionsmodells
0.01
Radius r (m)
𝑟
𝑅
0.02
mit 𝑛 und 𝑐𝑚𝑎𝑥 𝑎𝑙𝑠 𝑓(𝑅𝑒)
 Wasser-Sand: 2 Wege Kopplung
0
 Eingabe der Partikelgrößenverteilung
anhand von Abb. 6
-0.01
LDA Messung
-0.02
Simulation
Partikelgrößenmessung:
-0.03
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
Geschwindigkeit c (m/s)
Abb. 8: Vergleich Potenzgesetz, Simulation und Messung
Sandpartikel 100-200 µm
1.2
0.03
1.0
0.02
0.8
0.01
Abb. 11: Strömungsprofile mit Sand bei Re=28.785
Strömungsprofil bei Re=32351 und 34 mm vor der Probe
Radius r (m)
Verteilungsdichte q3* (-)
1.4
 Eingabe von Partikelform und
Stoßzahlen
Potenzgesetz
0.6
0.4
0
-0.01
0.2
Sand
-0.02
Tracer
0.0
10
100
1000
-0.03
-0.2
Partikeldurchmesser d (µm)
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
Geschwindigkeit c (m/s)
Abb. 6: Sandpartikel PGV mit Horiba LA950
Abb. 9: Vergleich von Tracern und Sand vor der Probe
Abb. 12: Sandpartikelströmungslinien bei Re=35.946
Abb. 14: Abrasionsraten der Probe mit (a):3 %,
(b):5 % und (c):7 % Sandkonzentration
--- PVC Not enabled --0.03
Uncorrected Diameter
Strömungsprofil bei Re=32351 und 22 mm nach der Probe
Corrected Diameter
0.80
Corrected Area
0.02
0.62
0.44
0.26
0.01
Radius r (m)
Particle Con. per Bin
Particle Concentration 1/(cc*um)
Normalized Diameter Count (%/um)
Corrected Volume
0
-0.01
-0.02
Sand
0.08
Tracer
0
240
480
720
960
-0.03
1200
-0.4
Diameter (um)
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
Geschwindigkeit c (m/s)
Abb. 7: PDA Messung der Sandpartikelgröße
Abb. 10: Vergleich von Tracern und Sand nach der Probe
Zusammenfassung
 Ermittlung der Flüssigkeits- und
Partikelgeschwindigkeitsprofile mit LDA
 Messung der Größenverteilung mit PDA
Abb. 13: Tracerpartikelströmungslinien bei Re=35.946
 Validierung der CFD Ergebnisse mit LDA
Messdaten
Ausblick:
•
Reine Verschleißversuche zur
Validierung der Erosionsraten
•
Variation der Probenkörper
 Modellierung der Hydroabrasion
 Geschwindigkeits- und Konzentrationseffekte
Abb. 15: Einflussparameter auf die Abrasion
Die Autoren bedanken sich bei der ‘‘Stiftung Rheinland-Pfalz für Innovation‘‘ für die finanzielle Unterstützung
E-Mail: lichti@mv.uni-kl.de
http://www.uni-kl.de/tvt/
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