Entwicklung einer instationären Ein-Sensor-Sonde

Diplomarbeit aus dem Jahr 2000 im Fachbereich Ingenieurwissenschaften - Maschinenbau, Note: 1,0, Technische Universität Darmstadt (Maschinenbau), Sprache: Deutsch, Abstract: Inhaltsangabe:Einleitung: Im Bestreben, Gasturbinen und Flugantriebe effizienter, wirtschaftlicher und umweltfreundlicher zu gestalten, werden an der TU Darmstadt mehrere strömungstechnische Verdichterprüfstände betrieben. Die Analyse der aerothermodynamischen Vorgänge in der Maschine setzt eine hochwertige instationäre Messtechnik voraus. In dieser Arbeit wird als Weiterführung bisheriger Techniken die Ein-Sensor-Sonde als neuartige Lösung vorgestellt. Es handelt sich dabei um ein aerodynamisches Sondenmessverfahren, mit dem Geschwindigkeit, Richtung und Temperatur eines strömenden Fluids instationär bestimmt werden können. Die Meßmethode eignet sich besonders für Turbomaschinen und zeichnet sich durch ihren einfachen Aufbau und ihre Robustheit aus. Zur Messung wird die zylindrische Messsonde in die Strömung getaucht und gedreht. Die Sonde besitzt zur Bestimmung des Druckverlaufs in Abhängigkeit des Drehwinkels eine radiale Messbohrung. Die Kenntnis der Zylinderumströmung ermöglicht die instationäre Bestimmung des zweidimensionalen Geschwindigkeitsvektors in der Orthogonalebene der Sonde. Gang der Untersuchung: Die vorliegende Arbeit setzt das Konzept der aerodynamischen Strömungsmessung mit Einlochsonden von der Konstruktion bis zur Anwendung um. Nach einer Beschreibung der Herstellung und Inbetriebnahme der Sonde am Fachgebiet folgt die Kalibration im Freistrahl über der Machzahl des Einsatzbereiches. Anhand eines Stoßrohrversuchs wird das Übertragungsverhalten der Messkette analysiert und die Grenzfrequenz der Sonde ermittelt. Erste Messungen mit der Ein-Sensor-Sonde im Unterschallverdichter des Fachgebiets bestätigen die Funktionsfähigkeit des Messverfahrens. Inhaltsverzeichnis:Inhaltsverzeichnis: KurzfassungI 1.Einleitung1 2.Aufbau und Funktionsweise der Sonde3 2.1Grundgedanke3 2.1.1Zylinderumströmung3 2.1.2Ableitung der Strömungsgrößen6 2.2Aufbau8 2.2.1Druckaufnehmer8 2.2.2Sonde11 2.2.3Messverstärker13 2.3Vergleich instationärer Messmethoden14 2.3.1Hitzdrahtanemometrie14 2.3.2Lasermessverfahren14 2.3.3Aerodynamische Sondenmessverfahren15 3.Kalibration17 3.1Statische Kalibration17 3.2Dynamische Kalibration19 3.2.1Verlauf der dynamischen Kennlinie19 3.2.2Bestimmung des Anströmwinkels23 3.2.3Bestimmung der Machzahl26 3.3Fehlerbetrachtung30 3.3.1Genauigkeit des Messverfahrens30 3.3.2Fehlerquellen31 4.Übertragungsverhalten35 4.1Theorie des Stoßrohrs35 4.2Versuchsaufbau37 4.3Auswertung und Ergebnisse38 4.3.1Darstellung im Zeitbereich38 4.3.2Darstellung des Leistungsspektrums41 4.3.3Bodediagramm45 4.4Theoretische Betrachtung der pneumatischen Kavität48 5.Messungen im Unterschallverdichter51 5.1Vorgehensweise zur Auswertung51 5.2Ergebnisse bei 3700 U/min53 5.2.1Zeitlicher Verlauf der Parameter53 5.2.2Strömungsrichtung55 5.2.3Geschwindigkeit56 5.2.4Druckverteilung60 5.3Ergebnisse bei 6000 U/min62 5.3.1Zeitlicher Verlauf der Parameter63 5.3.2Strömungsrichtung64 5.3.3Geschwindigkeit65 5.3.4Druckverteilung68 6.Zusammenfassung und Ausblick70 Literatur73 Anhang A75 Anhang B79