Verluste bei periodischen Strömungen – Beschreibung mittels spezifischer Dissipationsleistung, Theorie und Experiment

Die Vorgänge bei transienten, nicht quasistationären Innenströmungen (kompressible und inkompressibel) sind kaum erforscht. Ob der hohen technischen Bedeutung dieser Strömungen bei Schwingungsdämpfung auf der einen Seite und freien, fremd- bzw. selbsterregten Schwingungen in hydraulischen und pneumatischen Systemen auf der anderen Seite (Verbrennungsmotor, Hydrauliksystem,...) ist der Mangel an Wissen erstaunlich und Motivation für vorliegende Forschungsarbeit.

Im vorliegenden Beitrag werden rein periodische Strömungen untersucht. Ziel ist es, auf der Basis des ersten Hauptsatzes, die Verluste bei periodischen Strömungen zu beschreiben und somit die gewonnene Größe, nämlich die dimensionslose Dissipationsrate pro Volumeneinheit für ausgezeichnete Blendengeometrien zu vermessen. Die Ergebnisse können unmittelbar für eine energetische Balance angewendet werden.

Um zur wichtigen Dissipationsrate zu gelangen, wird im ersten Teil die zeitliche Mittelung der Energiegleichung in integraler Form betrachtet. Es wird gezeigt, wie die Dissipationsrate aus der experimentell einfach zugänglichen Druck-Volumen Hysterese bei rein periodischen (typisches Anwendungsbeispiel Dämpfer, Hydrolager) aber auch periodisch überlagerter Strömungen (Anwendungsbeispiel Ansaugrohr eines Verbrennungsmotors) gewonnen werden kann. Als Anwendungsbeispiel wird die periodische Schichtenströmung betrachtet, welche im laminaren Fall rein analytisch behandelt werden kann. Auf die Schwierigkeit bei turbulenten Schichtenströmungen wird eingegangen.

Im zweiten Teil wird ein mit dem Ziel maximaler hydraulischer Steifigkeit entwickelter Prüfstand vorgestellt. Das Hydrauliksystem des Prüfstandes weist eine Eigenfrequenz von 700 Hz auf, so dass bis 200 Hz Messungen durchgeführt werden können. Die experimentell gewonnenen Dissipationsraten werden als Funktion von Frequenz und Amplitude diskutiert.

Quite often the volume flux of an internal flow is periodic. Despite of that fact, the knowledge about periodic flows is still very limited. In our research, we determine the time averaged dissipation rate for a laminar pipe flow analytically. The dissipation rate is determined experimentally for 0.