Neben der optischen Darstellung von Luftströmungen mit unterschiedlichen Lösungsansätzen [1, 2, 3] ist es für das Verständnis der Studierenden ebenso wichtig, Luftgeschwindigkeiten und Turbulenzen messtechnisch zu erfassen und auszuwerten. Dafür wird an der Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden seit zwei Semestern ein vom Institut für Luft- und Klimatechnik (ILK) entwickelter 3D-Strömungssensor [4] verwendet. Dieser thermische Strömungssensor auf Durchflussbasis (TSD) ist ein Luftgeschwindigkeits-Anemometer zur Ermittlung des Betrags und der Richtung einer dreidimensionalen Strömung in einem gasförmigen Fluid.
Das Messsystem zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass bei sehr kleiner Strömungsgeschwindigkeit, beispielsweise eine Raumluftströmung, Betrag und Richtung der Strömung auch unter hohem Turbulenzeinfluss richtig bestimmt werden können. Die Datenerfassung erfolgt per Messcomputer über ein zugehöriges Messprogramm mit übersichtlicher Bedieneroberfläche und praxisgerechter Aufbereitung der Messdaten.
Aktuelle Messwerte werden direkt in drei Ebenen als Vektor dargestellt. In einem Diagramm erfolgt die Aufzeichnung frei zu wählender Messgrößen über der Zeit fortlaufend. Die zu speichernden Daten können ebenfalls frei festgelegt werden. Zur Auswahl stehen die dreidimensionalen Strömungsgeschwindigkeiten und die Turbulenzgrade.
Insbesondere die Bestimmung der Richtung einer freien Strömung stellt unter den gegenwärtig auf dem Markt verfügbaren Strömungssensoren ein Novum dar. Schwer zu beantwortende Fragen, etwa zur Schadgasausbreitung infolge der Raumluftströmung, können so erstmalig objektiv bewertet werden. Viele weitere Einsatzfälle, wie Behaglichkeitsmessungen und Produktoptimierung strömungstechnischer Bauteile sind möglich.
Der TSD kam bei umfangreichen Untersuchungen für die Wirbelabsaugung zur Anwendung [5, 6]. Die dabei gewonnenen Ergebnisse quantifizieren die durch Rauchversuche gewonnenen Erkenntnisse und lassen eindeutige Schlussfolgerungen zur Erfassungsgeschwindigkeit zu.
Am Beispiel der Ausbreitung eines Freistrahles an einem Diffusionsgitter wird innerhalb eines Praktikums das Strömungsfeld mit unterschiedlichen Lamelleneinstellungen des Gitters gemessen und dargestellt. Insbesondere diese Anwendung bewies die Tauglichkeit des Sensors. So war es problemlos möglich, die Studenten in kurzer Zeit in die Bedienung einzuweisen.
Der Sensor wurde bei sensiblen Untersuchungen zur Behaglichkeit [4] eingesetzt und auch unter rauer Praxisbedingungen getestet. Nach einjähriger intensiver Nutzung des Sensors können folgende Schlussfolgerungen gezogen werden:
• Der Sensor ist ein sehr gutes Messinstrument für die Ermittlung auch kleiner Geschwindigkeiten und von Turbulenzen,
• die Datenerfassung- und -auswertung ist praxisnah und
• der Sensor ist bestens geeignet für Lehre, Forschung und für die Abnahme von Anlagen und Gutachertätigkeiten.
Vorzugsweise soll der TSD bei richtungsveränderlichen Strömungen mit hohen Turbulenzgraden eingesetzt werden. Aufgrund der kurzen Ansprechzeit ist der TSD in der Lage, auch unter hoch turbulenten Strömungsbedingungen richtige Messergebnisse zu liefern. Der Strömungssensor ist sowohl für Labor- als auch Feldmessungen bestens geeignet und zu empfehlen.
Literatur
[1] Hilbrich, Hans-Dieter: Berechnung der Zuströmung zu Absaugvorrichtungen mit Wirbeleinlass. Heidelberg: Hüthig, KI 1/2-2006
[2] Kaßner, Olaf: Untersuchungen zur Wirbelstromerfassung. Dresden: HTW, Diplomarbeit (unv.), 2005
[3] Kaßner, Olaf, Trogisch, Achim.: Sichtbarmachung von Strömungen - Optimierung von Lufterfassern. Gütersloh: Bauverlag, TAB 10-2006
[4] Krause, R.: 3D-Strömungsmessung bei kleinen Geschwindigkeiten und unter Turbulenzeinfluss. Heidelberg: Hüthig, KI 11-2006
[5] Stephan, R.: Untersuchungen zur Wirbelstromerfassung unter nichtisothermen Bedingungen. Dresden: HTW, Diplomarbeit (unv.), 2006
[6] Engelbrecht, St.: Untersuchungen zur Wirbelstromerfassung bei Variation von geometrischen Parametern. Dresden: HTW, Diplomarbeit (unv.), 2006
Prof. Dr.-Ing. Achim Trogisch, Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden (FH), FB M/V, Lehrgebiet TGA; Prof. Dr.-Ing. Hans-Dieter Hilbrich, Dipl.-Ing. Erhardt Möbius; HTW, FB M/V, Lehrgebiet Strömungstechnik
