Wie kann in diesem Fluidkreislauf Fluss entstehen?

Wissenschaft Physik
#1

Guten Tag,

bitte führt euch mal folgendes Schema zu Gemüte:
http://www2.pic-upload.de/28.07.09/n7ulkbuyt8p7.jpg

Das Ziel wäre, durch die Bewegung der Membran bei der rot markierten Stelle einen dauernden Fluss in der eingezeichneten Richtung zu erzeugen.

  • Wenn der ganze Kreislauf (z.B. bei ebener Membran) mit einer inkompressiblen Flüssigkeit (Umgebungsdruck) gefüllt ist, wie soll da zwischen den Ventilseiten überhaupt ein Druckunterschied entstehen, dass diese funktionieren und Fluss (statt nur grösserer Druck) entsteht? Und wenn die Ventile funktionieren, wo soll das Fluid auch hinfliessen?

  • Wie müsste die Vorrichtung ggf. modifiziert werden, damit sie funktioniert (Druckreservoir)?

(- Wie würde der Verlauf von Fluss, statischem und dynamischem Druck an der Prüfstelle wohl aussehen und wie liessen sich diese Grössen durch Design und verstellbare Vorrichtungen kontrollieren?)

Besten Dank für Ideen!

Wie dieses Multiphysics-Problem simulieren?
#2

Guten Tag,

Hallo operator,

  • Wenn der ganze Kreislauf (z.B. bei ebener Membran) mit einer
    inkompressiblen Flüssigkeit (Umgebungsdruck) gefüllt ist, wie
    soll da zwischen den Ventilseiten überhaupt ein
    Druckunterschied entstehen, dass diese funktionieren und Fluss
    (statt nur grösserer Druck) entsteht? Und wenn die Ventile
    funktionieren, wo soll das Fluid auch hinfliessen?

Eigentlich gibt es keine inkompressible Flüssigkeit! Sie ist nur sehr wenig kompressibel. => Gerade deshalb entsteht selbst bei kleinster Volumenänderung ein Druckunterschied und deshalb auch eine Strömung. Die Flüssigkeit strömt natürlich zu dem Bereich, wo der Druck geringer ist.

  • Wie müsste die Vorrichtung ggf. modifiziert werden, damit
    sie funktioniert (Druckreservoir)?

Sie funktioniert bereits!

Gruß

#3

m.E. kann bei Flüssigkeiten auf diese Art und Weise in einem geschlossenen Kreislauf kein Fluß entstehen. Im Bereich des Rohres (oberhalb des roten Punktes) muß sich ein mit Gas gefülltes Ausgleichgefäß befinden, über welches zunächst der Zufluß aus dem Druckbehälter einfliessen und bei Sogwirkung auch wieder ausfliessen kann.

Anja

#4

Das Problem wird weniger das Komprimieren der Flüssigkeit sein… Wer oder was soll den Membran nach oben ziehen? Der Kreislauf sieht komplett entlüftet aus.

Verbesserungsvorschlag wäre meinerseits:
Einen weiteren Menbran (incl. Rückschlagventilen, also der ganze obere Bereich) in Reihe in den Kreislauf integrieren. Dann drückt man abwechselnd auf die Membrane… Ein zusätzlicher Membran übernimmt den schon genannten „Gasspeicher“.

mfg

#5

OK, jetzt haben wir zwei Stimmen dafür und zwei (drei mit meiner) dagegen… :wink:
Das Problem ist ja der geschlossene Kreislauf. Ist die Flüssigkeit minim kompressibel, gäbe es am Anfang vielleicht einen „kleinen Fluss“ und danach würde sich einfach der statische Druck erhöhen, oder?
Der Kreislauf wäre komplett entlüftet, die Membran würde ihrerseits durch oszillierenden Druck des Mediums im angrenzenden Raum bewegt (zur Vorstellung z.B. durch eine angeschlossene Spritze).

  • die beiden Rückschlagventile stelle ich mir quasi binär funktionierend vor, immer nur eines ist offen

  • mit „Gasspeicher“ würde das etwa so aussehen: http://www2.pic-upload.de/29.07.09/vv9cpfx6t6ua.jpg

  • die Höhen von (stat.) Druck und Fluss im Kreislauf würden durch den Druck des Gases und die Vorspannung der Membran bestimmt? aber wie diese Paramter wählen, um das richtige Verhältnis zu erreichen?

  • an der markierten Stelle (erstes Schema) soll ein minimaler Fluss nie unterschritten werden; bei Platzierung des Speichers davor hab ich dort jedoch nur im Saugzyklus, danach nur im Presszyklus einen Fluss

  • oder könnte man das sehr vereinfacht irgendwie simulieren? ohne Vereinfachung wäre das ja eine Art Mix aus FEM, CFD (Ansys?) und Dynamik-Simulation (Recurdyn?)…

  • Weiss jemand, wo sich Spezialisten für solche Konstruktionen im Internet herumtun (hab noch nichts gefunden)?

Weiterhin Danke für Ideen! :wink:

#6

Für den Moment komme ich mit deinen Vorgaben so nicht weiter.
Wenn die Forderung lautet, daß im skizzierten Rohr permanent ein Fluss stattfinden muß, ist dies über deine Pump- und Saugvorrichtung nicht zu bewerkstelligen.
Lösung hier: Entweder im Rohr ein Schraubenantrieb ohne Ventile oder unterschiedliche Flüssigkeitsstände in miteinander verbundenen Gefäßen, deren Bestreben nach Ausgleich über ein Pumpsystem in Gang gehalten bleibt.

Anja

#7

Habs mir so ungefähr vorgestellt:
http://www.pic-upload.de/view-2687910/n7ulkbuyt8p7.j…

Ist zwar auch kein kontinuierlicher Fluss, aber basiert auf vorhandenem.

mfg

#8

Vielen Dank für die Hinweise!

Für den Moment komme ich mit deinen Vorgaben so nicht weiter.

Was soll ich präzisieren bzw. welche Angaben brauchst du?

Wenn die Forderung lautet, daß im skizzierten Rohr permanent
ein Fluss stattfinden muß, ist dies über deine Pump- und
Saugvorrichtung nicht zu bewerkstelligen.

Permanent mein ich einfach dahingehend, dass das Vorzeichen nicht ändern und nie gänzlich Ruhe einkehren soll. Eigentlich wäre die Vorrichtung eine Art Gleichrichter, hier halt für Fluid statt für el. Strom. Unser Herz funktioniert eigentlich ja ganz ähnlich, da gibts auch kein Vor und Zurück, und die Flexibilität des Gefässsystems würde hier quasi dem „Gasspeicher“ entsprechen…?

Lösung hier: Entweder im Rohr ein Schraubenantrieb ohne
Ventile oder unterschiedliche Flüssigkeitsstände in
miteinander verbundenen Gefäßen, deren Bestreben nach
Ausgleich über ein Pumpsystem in Gang gehalten bleibt.

Wenn irgendwie möglich, sollte ich beim Membranprinzip bleiben. Zu den verbundenen Gefässen: Damit eine den benötigten Fluss erzeugende Druckdifferenz herzustellen wäre möglich, allerdings muss der statische Druck im Rohr auf einem Level sein, das ich nur mit einer in der Praxis ungeeigneten Höhe einer Wassersäule (der Verbundenen Gefässe) erreichen kann.

Haltet ihr das für realistisch: Am Gasspeicher eine Druckmessuhr anbringen und mit einer Luftdruckdose (ca. 300 kPa) einen benötigten Druck von z.B. 10 kPa einbringen?

#9

Hallo Operator.
Nochmal zu deinem Prinzip mit der Membrane.
Wenn ich das richtig verstehe soll sich das Fluid durch Krafteinwirkung auf die Membrane aus dem Druckbehälter bei geöffnetem Ventil über das Rohr in den Gasspeicher (Ausgleichsgefäß) solange ergiessen, bis das 1. Ventil geschlossen bzw. die Membrane am WP ist. Bis dahin steigt der Druck im System entsprechend der Krafteinwirkung auf die Membrane des Druckbehälters. Mit WP bzw. dem schließen des 1. Ventils ist die Flussgeschwindigkeit im Rohr = 0. Nach WP und öffnen des 2. Ventils ergiesst sich ausschließlich Fluid aus dem Ausgleichsgefäß wieder in den Druckbehälter. Der Fluß im Rohr bleibt = 0.

Ich hoffe, ich habe es einigermaßen aunschaulich dargestellt.

Anja

PS: Fülle eine Luftpumpe mit Wasser, schließe die Öffnungen und verdichte das Wasser. Frage: 1. Erfolg? 2. Findet ein Fluß statt?

#10

Anja, ja genau so wie du es beschreibst habe ich mir das vorgestellt. Um beim Vergleich mit dem menschlichen Gefässsystem zu bleiben, im Prinzip müsste die Funktion des „Gasspeichers“ (rechts) vom gesamten Leitungssystem übernommen werden. Das beste, was mir momentan dazu einfällt, ist so einen Speicher vor und nach der Prüfstelle einzubringen. Leider kann ich das nicht so einfach bauen. Könnte das funktionieren, Ideen zur Simulation?

Deine Experimentierfragen würde ich mit Nein beantworten (kann es aber gerade nicht testen, da im Ausland).

Bitte, wenn irgendwer noch Einfälle zu meinen verschiedenen Fragen hat, melden!