Strömungsveräderungen Rundrohr/Vierkanntrohr

Technik Mechanik & Konstruktion
#1

Hallo,

Es gibt eine Menge Anwendungsfälle, wo Materialien in Rohren bei entsprechender Geschwindigkeit befordert werden. (in der Produktion von Zement, Getreide, in der Produktion von Feurfestmaterialien, Kohlestaub für die Kesselbefeuerung, etc.)

In diesen Rohrsystemen gibt es e.g. Bögen und Verwindungen, welche abrasiv angegriffen werden.

Was passiert strömungstechnisch, wenn man das Rundrohr mit einem Vierkanntrohr ersetzt. Gleicher Flächenquerschnitt vorausgesetzt?

Wir denken, die Anströmfläche wird vergrößert und der Bauteil hält damit länger.

Aber wie lange länger und was ist die technische Begründung dahinter?

Gibt es Literatur dazu?

Ich würde mich freuen, wenn mir jemand einen Tipp geben kann.

Siegbert

#2

Hallo,

Generell muss bei nicht kreisförmigen Querschnitten rechnerisch mit dem hydraulischen Durchmesser gearbeitet werden (in Wikipedia und natürlich div. Fachliteratur beschrieben). Ich kenne keine Literatur, die Abrasion theoretisch brauchbar behandelt und in der Praxis muss jeder Anwendungsfall extra behandelt und die entsprechenden Erfahrungswerte eingebracht werden.
Leider kann ich keine weiteren Angaben dazu machen.

IBE

#3

Mit Literatur kann ich leider nicht dienen. Bzgl. Literatur würde es aber reichen, wenn man sich Literatur mit Strömungsbildern von rechteckigen Leitungen anschaut. Abrasion hängt ja direkt an der Strömungsgeschwindigkeit.

Grundsätzlich würde ich vermuten, dass es zu leicht erhöhtem Verschleiß in der Mitte der Rechteck-Wandung kommt, weil bei gleichem Flächenquerschnitt dort höhere Geschwindigkeiten herrschen. Der Rechteck-Querschnitt wird ja nicht so gleichmäßig durchströmt wie der runde, erkennbar. Für vergleichbaren Verschleiß muss wohl darauf geachtet werden, dass die rechteckige Leitung einen eher größeren hydraulischen Durchmesser hat als die runde.

#4

Danke

#5

Danke.

#6

Hallo Siegbert,

leider kann ich erst heute antworten (Urlaub).
Rein strömungstechnisch betrachtet ändert sich erst einmal der gleichwertige Durchmesser beim Übergang von rund auf quadratisch, gleicher Strömungsquerschnitt vorausgesetzt, um ca. 10% und damit die Reynoldszahl ebenfalls um diesen Betrag. In einer turbulenten Strömung in einem geraden Rohr ändert sich damit am Reibungsbeiwert garnichts. Da sich die Strömungsgeschwindigkeit wegen der Annahme gleichen Rohrquerschnitts nicht ändert, ändert sich auch nichts am Reibungswiderstand. Beim Verschleiß sieht es etwas anders aus. Es steht eine größere Wandfläche zur Verfügung, also mehr Material, das mit der gleicher Geschwindigkeit verschlissen wird. Es verschleißt mehr Material.
Weitere Punkte sind bei der Strömungsumlenkung zu beachten:
Mit großer Wahrscheinlichkeit ändert sich der Widerstandsbeiwert der Strömung. Die Größe hängt natürlich von der neuen Geometrie ab. Ein Rundrohr wird in der Regel mit einem Krümmungsradius versehen. Der Widerstandsbeiwert hängt vom Verhältnis des Krümmungsradius zum Rohrdurchmessers ab. Die Strömungsumlenkung eines Rechteckkanals erfolgt meist in Form von Kniestücken mit mindestens einer Schweißnaht. Bei einer 90°-Umlenkung kann das ein rechtwinkliges Kniestück sein oder aus mehreren Einzelelementen mit kleineren Umlenkwinkeln zusammengesetzt sein. Diese Form der Umlenkung hat meist einen größeren Widerstandsbeiwert als ein Rundrohrbogen und ist eventuell auch teurer. Einen zusätzlichen Einfluß hat dann das Seitenverhältnis des Rechteckkanals, trotz gleichen Querschnitts wie der Rundrohrbogen. Die nächste Überlegung ist: Sind vor und nach der Strömungsumlenkung Rundrohre angeordnet, müssen nun Übergangsstück von rund auf eckig und umgekehrt eingepasst werden.
Leider kann ich aufgrund Deiner wenigen Informationen keine genauere Auskunft geben.

Mit freundlichen Grüßen

Snape