Hydro-dynamic Effects with Particular Consideration of Water Quality and their Measurement Methods

Die Entwicklung der Strömungsmechanik im 20. Jahrhundert wurde auch durch intensive Forschungen geprägt, um die zahlreichen in der Praxis auftretenden hydrodynamischen Effekte zu ergründen, die physikalischen Abläufe und Zusammenhänge zu verstehen und diese mathematisch zu beschreiben. Dies wurde notwendig, da mit den hydrodynamischen Grundgleichungen allein keine Beschreibung der aus den Fluideigenschaften resultierenden Erscheinungen in Flüssigkeitsströmungen möglich war. Um die Qualität der Flüssigkeiten bezüglich ihres Gasgehaltes und ihrer Keimverteilung beurteilen zu können, wurden mit Beginn des 20. Jahrhunderts unterschiedliche Messmethoden und Apparaturen entwickelt und gebaut. Diese Entwicklung ließ sich annähernd vollständig darstellen, hierbei besonders die Entwicklungen von Apparaturen zur Bestimmung des Gesamtgasgehaltes. Neben der zumeist schwierigen Handhabung dieser Messgeräte und Methoden wird dabei nur der Einfluss einzelner Messgrößen, wie Gesamtgasgehalt, Gelöstsauerstoffgehalt, Keimgehalt, Keimverteilung und Keimgrößenverteilung auf hydrodynamische Effekte untersucht. Die aber in realen Strömungen auftretenden Wechselwirkungen zwischen den Einflussgrößen werden nicht berücksichtigt. Schon am Ende des 19. Jahrhundert begann die Entwicklung von Geräten und Methoden zur Bestimmung von Zugspannungen in Flüssigkeiten. Den anfänglich statischen Methoden folgten mit Beginn der 70-er Jahre des 20. Jahrhunderts die bis heute andauernden Entwicklungen dynamischer Methoden. Während für speziell behandelte Flüssigkeiten unter statischen Bedingungen Zugspannungen von einigen hundert bar gemessen wurden, liegen die typischen Werte für Wasser mit der Wirbel- oder Dralldüse gemessen, zwischen null und zwei bar. Das zeigt den starken Einfluss der Wechselwirkungen aller Einflussgrößen auf die Zugspannung in strömenden Flüssigkeiten. Außer auf die Schallgeschwindigkeit und die Druckverteilung an Profilen hat die Wasserqualität einen besonders starken Einfluss auf bestimmte Kavitationserscheinungen. Weltweite Kavitationstests zeigten, dass ohne Bestimmung der aktuellen Zugspannung des Testwassers keine reproduzierbaren Ergebnisse bezüglich des Kavitationsbeginns möglich sind. Bei Untersuchungen zur Kavitationserosion wurde der Zusammenhang zwischen Wasserqualität und erosiver Aggressivität und Erosionsrate eindeutig nachgewiesen. Die permanente Messung der Zugspannung der Testflüssigkeit ist bei Kavitationsexperimenten an Modellkörpern offensichtlich zwingend notwendig, um die Messergebnisse korrekt interpretieren zu können. Kavitationserscheinungen an Profilen oder Durchströmteilen bewirken Änderungen von Auftriebs-, Widerstands- und Verlustbeiwerten in Abhängigkeit vom Fortschrittsgrad der Kavitation. Hierbei spielen die Beeinflussung der Transition, Ablösung, Versperrung und Druckverteilung eine besondere Rolle. Bei elektrisch leitfähigen Fluiden ist die Qualität durch die Leitfähigkeit bestimmt. Mittels elektromagnetischer Felder werden Lorentzkräfte erzeugt, deren Wirkung sich zeigt in der Unterdrückung von Strömungsablösung, Widerstandsverringerung und stärkerem Auftrieb. Vielfältige experimentelle Forschungsergebnisse auf dem Gebiet der Strömungsmechanik haben gezeigt, dass für die Beschreibung realer Strömungsvorgänge die Qualität des Fluides berücksichtigt werden muss. Da die vielen Einflussgrößen in der Strömung permanenten Wechselwirkungen unterliegen, führt letztlich die Summe aller Einzeleinflüsse auf die genannten Effekte. Für die Bestimmung der Wasserqualität z.B. bei Kavitationsexperimenten kann die Zugspannung des Testwassers gemessen werden, wodurch die genauere mathematische Beschreibung des Kavitationsbeginns möglich wird.

Level thesis:degree_level

thesis.habilitation

Grantor dc:publisher

Technische Universität Dresden

Year

2005

Author dc:creator

• Heller, Winfried

Contributors dc:contributor

• Adams, Nikolaus
• Lauterborn, Werner
• Dittmann, Achim

• Flüssigkeiten
• Gasgehalt
• Kavitation
• Wasserqualität
• Zugspannung
• cavitation
• fluide
• gas content
• tensile strength
• water quality