Wasserturbine

Wissenschaft Physik
#21

Am einfachsten, indem man eine Wasseruhr anschließt und den
Volumenstrom damit erfasst.
Der Druck an der Austrittsdüse (Manometer) ist ja nichst
anderes
als ein Äqivalent für die Fallhöhe
(1Bar entspricht = 10m Wassersäule). Daraus kann man die pot.
Energie ableiten (Verluste des Schlauches sind dann egal) .

Kann mir irgendwie nicht vorstellen dass das geht dann wäre ja die ganze Strömungslehre sinnlos wenn ich alles mit Epot berechnen kann oder? Das wasser hat doch auch kinetische Energie

Spannung allein ist nicht aussagekräftig.
Du mußt die entnommene Leistung (also Spannung mal Strom) an
einer ohmschen Last messen.

Ja ok das wär auch eine Möglickeit. Aber ich versuch ja die vorgänge in der Turbine auszurechnen.

#22

Am einfachsten, indem man eine Wasseruhr anschließt und den
Volumenstrom damit erfasst.
Der Druck an der Austrittsdüse (Manometer) ist ja nichst
anderes
als ein Äqivalent für die Fallhöhe
(1Bar entspricht = 10m Wassersäule). Daraus kann man die pot.
Energie ableiten (Verluste des Schlauches sind dann egal) .

Kann mir irgendwie nicht vorstellen dass das geht dann wäre ja
die ganze Strömungslehre sinnlos wenn ich alles mit Epot
berechnen kann oder? Das wasser hat doch auch kinetische
Energie

Da hast du schon recht, deswegen musst du wieder die Leitung zu drehen, bzw. den Schlauch zu drücken.

Dann kannst du den Druck in eine äquivalente Nutzfallhöhe umrechenen.
H=P/(rho*g)

Gruß
TeaAge

#23

Hallo,

Kann mir irgendwie nicht vorstellen dass das geht dann wäre ja
die ganze Strömungslehre sinnlos wenn ich alles mit Epot
berechnen kann oder? Das wasser hat doch auch kinetische
Energie

Ja stimmt, das geht nur, wenn gerade nix strömt.
Ansonsten eben die Austrittsgeschwindigkeit nehmen und zusammen
mit dem Volumenstrom die kin. Energie ausrechnen.

Spannung allein ist nicht aussagekräftig.
Du mußt die entnommene Leistung (also Spannung mal Strom) an
einer ohmschen Last messen.

Ja ok das wär auch eine Möglickeit. Aber ich versuch ja die
Vorgänge in der Turbine auszurechnen.

Ja und? Ich denke, du wollest die umgesetzte Leistung?
Die läßt sich eben über den Umweg elektrischer Generator am
einfachsten erfassen.
Gruß Uwi

#24

Mh irgendwas mach ich falsch. Hab nur mit dem Schlauch dran
gemessen musste ganz aufdrehen und bekam 1 bar auf der
Anzeige. Normal wenn die Düse (also Turbine) dran ist bekomme
ich bis 3,5 bar. Wenn ich einen Knick in den Schlauch mache
steigt die Druckanzeige auf 3,5. Mit der Differenz hab ich
dann gerechnet aber 124m/s Austrittsgeschwindigkeit(Düse)
erscheint mir viel zu viel.

Ja das ist in der Tat etwas viel.
Ich schätze das liegt daran, das die Düse so eng ist und etwas sperrt.
Deshalb ist der Druck bei geknicktem Schlauch und mit Düse fast gleich.
Die Druckdifferenz ist die interessante, wenn du die vielleicht genauer bestimmen könntest?
Ich schätze mal auf so 50-100 mbar … damit kommt man dann auch eher auf brauchbare Ergebnisse.

Gruß
TeaAge

#25

Da hast du schon recht, deswegen musst du wieder die Leitung
zu drehen, bzw. den Schlauch zu drücken.

Dann kannst du den Druck in eine äquivalente Nutzfallhöhe
umrechenen.
H=P/(rho*g)

Gruß
TeaAge

Hier hab ich etwas falsches geschrieben.

Die Nutzfallhöhe berechnet sich eigentlich aus der Druckdifferenz zwischen Ober- und Unterbecken. Wir gehen von offenen Becken aus (also an der Wasseroberfläche herrscht Umgebungsdruck) und dass das Wasser an der Oberfläche eine zu vernachlässigende Geschwindigkeit hat.
Dann ergibt sich die Druckdifferenz zu delta§=3,5bar-1bar=2,5bar.

Die 3,5bar habe ich aus deiner Rechnung.
Damit kannst du dann die Nutzfallhöhe ausrechnen
Hn=delta§/(rho*g)

Gruß

#26

Die 3,5bar habe ich aus deiner Rechnung.
Damit kannst du dann die Nutzfallhöhe ausrechnen
Hn=delta§/(rho*g)

Ok hab jetzt neue Messungen: Wenn ich den Hahn voll aufrehe und die Turbine ist dran hab ich 2,5 bar auf der Anzeige höher gehts nicht. Bei zugedrücktem Schlauch 3,5 bar daraus errechnet sich dann mit der Formel von oben 10m Nutzfallhöhe. Wenn ich jetzt das modell beibehalte also Wasserbeken mit 10m hoch und an der Oberfläche umgebungsdruck steht im buch die formel c=wurzel(2gH) also hätte ich an der Düse ungefähr 14 m/s. das ganze ginge auch schneller mit v=wurzel(pd*2/roh) kommt das selbe auch raus.

So jetzt hab ich noch versucht über den Volumenstrom die Geschwindigkeit auszurechnen.Hab einfach einen Messbecher mit 1500ml rangehalten und die Zeit gestopt bis er voll war ca immer 7 sekunden. V=1,5:1000 Durchflussmenge ist dann Q=V/7s und dann DIe Geschwindigkeit v=Q/F Fläche is ja einfach r²pi und ich komm auch auf ca 14 m/s.

Das Problem is nur Beim Volumenstrom messen hat ich 1 bar auf der turbine.
Aber bei der Variante mit dem Druck ja 2,5 bar.

#27

Ja und? Ich denke, du wollest die umgesetzte Leistung?
Die läßt sich eben über den Umweg elektrischer Generator am
einfachsten erfassen.

Ja stimmt die Leistung kann ich ja eigentlich nur so ausrechnen, weil ja nicht die komplette Energie vom Strahl auf die Schaufeln übertragen wird. Wenn ich die elektrische Leistung und meine meanische Leistung (wenn ich davon ausgehe die gesammte Energie wird übertragen) teile müsste ja der Wirkungsgrad rauskommen oder?

#28

Das Problem is nur Beim Volumenstrom messen hat ich 1 bar auf
der turbine.
Aber bei der Variante mit dem Druck ja 2,5 bar.

Das ist mir jetzt nicht ganz klar. Der Versuchsaufbau ist der gleiche?
Also Hahn, Schlauch, Düse?
Beide male den Hahn komplett aufgedreht? Irgendwas muss ja anders gewesen sein.

Bei komplett aufgedrehter Leitung muss man wahrscheinlich auch mit Verlusten durch turbulente Strömung rechnen, sowas kann immer einen Unterschied machen.

Gruß
TeaAge

#29

Das ist mir jetzt nicht ganz klar. Der Versuchsaufbau ist der
gleiche?
Also Hahn, Schlauch, Düse?
Beide male den Hahn komplett aufgedreht? Irgendwas muss ja
anders gewesen sein.

Nein den Volumenstrom hab ich bei 1 bar gemessen (also Hahn war nicht ganz offen) und kam aufs Ergebnis 14m/s. Bei der Rechnung über die Druckdifferenz hatte ich den Wasserhahn ganz offen und bin dann durch zufall würd ich sagen auch auf ungefähr 14m/s gekommen. Das hat mich im ersten Moment gefreut hab gedacht es passt weil die zwei Geschwindigkeiten fast identisch sind. Aber beim Volumenstrom hat ich ja nur 1 bar und bei Druckdifferenz 2,5 auf der ganzen Turbine. (Zugedrückter Schlauch 3,5bar)

Ich denke eigentlich das Ergebnis mit dem Messbecher müsste passen. Ich hab auch schon mal versucht zu testen wie weit so ein Schlauch mit Düse spritzt und da komm ich ungefähr auf 10 meter die Sekunde. Aber ich kann ja nicht einfach mir das Ergebnis so hindrehn, dass es passt.

#30

Es muss nicht unbedingt Zufall sein, das die Ergebnisse so gut passen.
Es ist durchaus möglich, das strömungsmechanische Effekt lediglich für eine Erhöhung des statischen Druckes führt.

Wie auch immer, die Messung des Volumenstroms hat vielleicht die größere Toleranz, ist aber im ganzen vertrauenswürdiger und sollte für deine Zwecke ausreichend genau sein.

Gruß

#31

Es muss nicht unbedingt Zufall sein, das die Ergebnisse so gut
passen.
Es ist durchaus möglich, das strömungsmechanische Effekt
lediglich für eine Erhöhung des statischen Druckes führt.

Soll das heißen ich soll einfach wie ich am Anfang gesagt hab den Druck von meiner Anzeige einsetzen also indem fall 1 Bar. Dann hät ich nämlich das richtige Ergebnis. Und den dynamischen Druck nicht beachten ?

#32

Ich hatte einfach nur versucht zu erklären, woran es liegen kann, das trotz unterschiedlicher Drücke in etwa die gleiche Geschwindigkeit rauskommt.

[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

#33

Also irgendwie lässt mir das ganze keine Ruhe. Kann es sein, dass das ganze ein Sonderfall ist bei dem man keine Druckdifferenz ausrechnen kann. Angenommen ich dreh meinen Hahn auf bis sich 1 bar einstellt (Turbine angeschlossen) sobald ich einen knick in den schlauch mache staut sich das Wasser auf und ich hab 3,5 bar. Differenz ist 2 bar.

Würde ich jetzt meinen Wasserhahn aufrehn und den Druck 2 bar einstellen (Turbine angeschlossen) dann einen knik in den Schlauch machen bekomm ich auch 3,5 bar. Differenz ist 1,5 bar

Setzt ich das in die Formel für den dynamischen Druck
v=Wurzel(2Pd/roh) erhalte ich doch für die differenz 2 bar eine höhere Geschwindigkeit als für die Differenz 1,5 bar. Das ist doch komplett unlogisch! Ich hab doch im zweiten Fall den Wasserhahn weiter aufgedreht (2bar) als im ersten (1bar) also muss ich doch im zweiten Fall die Höhere Geschwindigkeit haben. Is ja auch so

Anders wärs wenn mein Druckmesser an der Düse direkt wär dann würde wenn ich höhere Geschwindigkeit hab der Druck niedriger sein. Das ist aber nicht der Fall.

#34

Nicht so einfach.
Ich bin halt eher ein Theoretiker :wink:

Ich hab keine Ahnung, wie und was der Druckmesser misst.
Eine Erklärung wäre aber, dass das Aufdrehen und Abdrehen des Wasserhahn ja über eine Querschnittsänderung passiert und sich dadurch erst einmal die Geschwindigkeit erhöht … also der statische Druck sinkt.
Das ist aber nur eine Theorie …

#35

Hmm. Ich werd denk ich das ganze so begründen: Das Manometer misst den statischen Druck der ist ziemlich hoch weil die Düse staut. Is ja auch so mach ich den Schlauch und düse runter kann ich ganz aufdrehen und das Manometer zeigt nichts an. Wenn ich jetzt 1 Bar drauf hab mit der angeschlossenen Turbine hab ich in der Düse einen gegendruck von ein BAr ( so ähnlich hat das hier schonmal jmd geschrieben). Begründung: die Düse ist vom Querschnitt her viel viel kleiner als das Rohr mit dem Druckmesser. Deswegen behaupt ich mal ist in der Düse fast garkein statischer Druck sondern nur dynamischer und der ist ein BAr lol^^ Naja hier hackts gewaltig.

Aber ich hab noch was im Buch gefunden womit ich aber nicht so richtig was anfangen kann: Da gibts eine besondere Formel für Druckhöhenverlust bei plötzlicher Verengung. Also für mich sieht das so aus als würde ein Teil des dynamischen Drucks wegfallen wegen diesem Druckhöhenverlust. In dem Buch ist irgendwie alles mit Höhen und nicht mit Druck begründet aber is ja im Endeffkt das selbe. Und da gibts ne Tabelle nach Weisenbach und wenn ich da meine Querschnittsänderung raussuch bekomm ich nen Faktor 0,42. Die formel ist Hv=0,42((w^2)/2g). Naja falls dir noch was einfällt ansonsten machts auch nix du hast mir schon sehr weiter geholfen!

[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

#36

So, da bin ich wieder.
Also die Betrachtung mit dem Totaldruck durch knicken des Schlauches ist erstmal fehlerhaft, denn durch Anhalten des Wasserflusses verschwinden auch die Verlust … und damit meine ich nicht die Verluste in dem kleinen Stück Schlauch, sondern in der gesamten Rohrleitung … die wir unmöglich ausrechnen können.

Aber, du hast den Volumenstrom gemessen (damit die Geschwindigkeit, also dynamischen Druck), den statischen Druck am Hahn hast du auch … wenn wir noch die Verluste über das Schlauchstück berechnen und vom statischen Druck am Hahn abziehen, haben wir den statischen Druck am Austritt.

Dynamischer Druck und statischer Druck zusammen, bringen dir den Totaldruck am Ausgang:
Ptotal=rho/2*c²+pstatisch=rho*g*HN

HN ist die Nutzfallhöhe.
e=g*HN ist die Laufradarbeit

Die Leistung definiert sich dann weiter zu:
P=m.*e
m. soll der Massenstrom/Massendurchsatz sein.

Damit hättest du doch dann alles zusammen oder?

Gruß
TeaAge

#37

Dynamischer Druck und statischer Druck zusammen, bringen dir
den Totaldruck am Ausgang:
Ptotal=rho/2*c²+pstatisch=rho*g*HN

HN ist die Nutzfallhöhe.
e=g*HN ist die Laufradarbeit

Die Leistung definiert sich dann weiter zu:
P=m.*e
m. soll der Massenstrom/Massendurchsatz sein.

Bist du dir da sicher? Der statische Druck am Rohr ist doch ganz anders als der in der Düse (das reicht doch nicht wenn ich da nur die Verluste vom Schlauch abzieh). Ich komm auf 20 m Nutzfallhöhe das würde von der größe schon passen.

Von der Laufradarbeit hab ich ja noch garnichts gelesen. Wieso ist die Nutzfallhöhe*Schwerkraft die Laufradarbeit ? Und P =m*e ?

#38

In der Reibungsfreien Betrachtung ist der Totaldruck in einem Rohr überall gleich. Erst wenn man dem System Energie zuführt oder entnimmt ändert sich der Totaldruck.
Dem System wird hier Energie durch die Reibung entzogen … bzw. in Wärme umgewandelt.

Also der Totaldruck am Druckmesser ist gleich dem Totaldruck am Rohrende abzüglich der Rohrreibungsverluste.
Ich gehe hier gerade davon aus, das die Düse ab ist … damit überall der Querschnitt gleich ist, also auch die Geschwindigkeit, also auch der dynamische Druck.
Wenn der Totaldruck (aufgrund von Reibung) sinkt, der dynamische Druck aber gleich bleibt, folgt daraus dass der statische Druck um den Reibungsterm absinkt.

So, fassen wir noch mal zusammen … du hast den Volumenstrom gemessen, kannst darüber Geschwindigkeit und dynamischen Druck messen. Den statischen Druck an der Druckmessstelle hast du auch … mit den Reibungsverlusten kannst du den statischen Druck am Rohrende errechnen.
Also hast du den Totaldruck (statischen + dynamischen Druck) am Rohrende.

Wenn wir jetzt die Düse am Ende wieder dran schrauben ändert sich zwar die Geschwindigkeit aber der Totaldruck bleibt gleich (die Verluste in der Düse können wir wohl vernachlässigen) und das ist das wichtige.

Die Formeln die ich hier posten sind gängige Gleichung zur Berechnung von Turbomaschinen. Ich weiß nicht ob ich sie dir hier komplett herleiten soll … über Enthalpiedifferenz und so, muss mir das dann auch nochmal genauer angucken.

Direkt kommt man übrigens auf die Leistung durch folgende Formel:

P=ptotal*V.
In Worten nochmal …
Leistung ist gleich Totaldruck mal Volumenstrom …

Genaugenommen ist es die Totaldruckdifferenz zwischen Ein- und Austritt der Maschine die wir hier brauchen … aber da es uns nicht möglich ist die Daten zu bestimmen muss es so gehen. Wenn du einen Wirkungsgrad bestimmst wird der Fehler da mit drin sein.

Gruß
TeaAge

#39

Ok gut letzte Frage^^ Studierst du in dem Bereich Wasserkraftmaschinen? Und wenn ja wie heißt da die genaue Bezeichnung?

#40

Ok gut letzte Frage^^ Studierst du in dem Bereich
Wasserkraftmaschinen? Und wenn ja wie heißt da die genaue
Bezeichnung?

Ich studiere Luft- und Raumfahrttechnik und hab mich auf die Antriebe spezialisiert. Hab also Vorlesungen zum Thema Turbomaschinen … also eher Windkraft als Wasserkraft aber basiert ja alles auf den gleichen Prinzipien :wink:

Gruß