Im Prinzip nein, strömungstechnischen Abhandlung und eine neue Idee

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Geschrieben von Werner am 16. Juli 2024 20:22:21:

Als Antwort auf: Re: Nein, 5° sollten es sein - noch was dazu geschrieben von Joachim S am 16. Juli 2024 16:03:45:

Moin,

die Strömung hat im engsten Querschnitt die höchste Geschwindigkeit und den niedrigsten statischen Druck. Die Summe der statischen und der kinetischen Energie bleibt gleich. Für die Aufladungszwecke wird also angestrebt, eine Geschwindigkeit entsprechend des Aufladeziels zu erreichen und die Energie möglichst gut in Druck umzuwandeln.

Gibt man der fließenden Strömung einen Gegendruck - im einfachsten Fall Hand davor halten - weicht sie zu den Seiten hin aus. Im Diffusor nimmt man den emprisch gefundenen Winkel von 8 bis 10 ° um der Strömung ein gleichmäßigs Ausbreiten und Verzögern zu ermöglichen. Der statische Druck steigt dann an, während die Geschwindigkeit abnimmt. Mir wäre nicht bekannt, dass es eine rechnerische Herleitung diese Winkels gibt.

Schneiden wir nun den Diffusor in kleine Scheiben, dann gilt für jede Scheibe wieder die gleiche Bedingung. Eine Strömung in Außenrichtig gibt es in dem Sinne nicht. Es kann zwar sein, dass man mit einem unstetigen Diffusor theoretisch noch ein oder zwei Promille rauskitzeln kann, aber die Umkehrung eines Venturi-Trichters geht schief und führt zu größeren Widerständen, als eine sprungartiege Erweiterung.

Das Problem an der Geschichte ist die Kinetik. Die Moleküle werden in eine Richtung beschleunigt und müssen sachte wieder verzögert werden - um es mal volkswissenschaftlich auszudrücken.

Am Eintritt eines Rohres sieht das völlig anders aus. Es entsteht ein Unterdruck durch einen Sauger und die Luft strömt von allen Seiten gleichermaßen auf die Öffnung zu. Halte mal einen Wollfaden an das Staubsaugerrohr 3 cm HINTER die Öffnung. Der Faden legt sich nach vorne und gerät in die Öffnung, wo man doch denken könnte, die Saugrichtung ist genau umgekehrt und man könnte vielleicht sogar an der Stelle eine Strömung weg von der Saugöffnung erwarten.

Um das Medium, was nun von allen Seiten herkommt, gut (verlustarm) in Strömungsrichtung zu leiten, muß man dem Umstand Rechnung tragen, dass es eine radiale Komponente nach innen gibt. Da die Strömung im Eintrittsbereich die Öffnung "überschießt" bildet sich ein Strudel, die die Bedingungen Energie und Impulssatz wieder erfüllt, aber leider arg bremst. Mit dem Venturitricher kann man das abmildern, aber nicht beseitigen. Dazu ist dann zusätzlich noch ein Mittenkreuz o.ä. notwendig. Bei Talsperren kann man solche Überlauföffnungen sehen, wo Strudelbrecher drin sind. Damit kriegt man bessere Entleerungen hin.


Warum das ganze am Eintritt, wo es doch nicht drum geht?

Ganz einfach, daran kann man die Kinetik besser erklären. Am Austritt ohne Diffusor passiert wieder was radiales. Die Luft schießt aus der Öffnung und reißt ihre Umgebung mit. Der dort eintretende Luftmangel wird durch Zuströmung aus radialer Richtung ausgeglichen. Durch die Zuströmung bleibt der Hauptstrahl auch stabil und verengt sich sogar noch etwas. Hat sich dieser Kern einmal gebildet, dann folgt die Außenluft ihm. Trifft er dann auf ein Hindernis, wird er umgelenkt, bleibt aber ein räumlich begrenzter Strahl. Das zeigt sich z.B. bei Helikoptern, deren Rotorwind im bodennahen Schwebeflug als gebündelter Strahl auf den Boden trifft und dann (leider) auch als gebündelter Strahl ausweicht, mal in diese Richtung, mal in jene. Wird der Hubi geneigt, z.B. nach vorne, geht der Strahl nach hinten weg und "saugt" regelrecht vor dem Hubi die Luft weg. Sobald der Pilot die Neigung reduziert und nach hinten kippt, um das Fluggerät aus dem Vorwärtsschwebeflug wieder anzuhalten, schlägt der Strahl nach vorne um und in dieser Phase geht er auch gerne mal seitlich weg oder folgt irgendeiner Bodenformation. Deshalb gleicht der Schwebeflug eines Hubschraubers dem Ritt auf einem Ball. Es ist wirklich schwierig, das Gerät einwandfrei zu führen. Was so einfach aussieht, stellt Anfänger erstmal vor echte Probleme. Der Strahl, könnte man meinen, kann doch nicht mehr schubwirksam sein, so ist er doch bereits vom Hubschrauber abgelöst. Aber dennoch folgt der Drehflügler dann gerne der Unterdruckzone, die vor dem wegeilenden Strahl entsteht. Der Pilot bringt also den Hubi genau in die Waage und wunder sicht, warum dieser nicht allmählich stehen bleibt. Ich habe schon oft zugeschaut bei der Anfängerschulung. Die eiern richtig rum. Selbst kenne ich es nur von Modellen, bei denen das aber auch eintritt. Beim großen Hubi habe ich es noch nicht probiert.

So, nun wieder zum Diffusor im Ansaugbereicht. Sobald der Strahl sich ablöst, treten auch solche Erscheinungen auf, d.h., es gibt einen Kernstrahl, der nicht mehr zentrisch ist und sich mehr oder weniger an eine Wand anlegt. Auf der gegenüberliegenden Seite "saugt" er dadurch Luft radial nach innen. Dadurch kommt ein großer Teil der Strömung im Diffusor komplett zum Erliegen und im Grenzbereich dazwischen entstehen massig Wirbel, die die Energie vernichten.

Wenn Du nun versuchst, durch eine unstetige Erweiterung die sich immer stärker öffnet, auf den Turbodurchmesser zu kommen, wird mit einiger Sicherheit genau das Phänomen eintreten.

Mir kommt aber gerade beim Schreiben eine Idee: vor Jahren hatten wir mal einen fehlerhaft gefertigten Wärmetauscher, der Flüssigkeit verdampfen sollte. Der Dampf sollte dann nach oben hin entweichen und ein Thermosyphonprinzip antreiben. Nun war nicht klar, ob die Spalte, die der Hersteller noch gelassen hat, groß genug sind. Wir haben reklamiert und der Hersteller hat was geändert. Aber ich habe dann zusätzlich noch für den Fall der Fälle einen Diffusor konstruiert, den ich hier einfach mal zeige (er wurde nicht gebraucht)

Der Apparat hatte ein Prallblech, damit keine Flüssigkeit in das Dämpferohr kommt.

Grundansicht

Man sieht, dass ein ziemlich schmaler Ringspalt nur zur Verfügung steht, durch den der Dampf in das große Austrittsrohr eintritt. Im nächsten Bild ist grün die Querschnittsfläche gezeigt. Die hat nicht etwa Löcher, sondern die Pfeile stehen einfach für die Strömung, die durch diesen Spalt muß. Der Spalt war vom Hersteller aus kleiner, als spezifiziert und mußte vergrößert werden.

Ringfl-che-7

Um eben keinen Strudel zu bekommen, habe ich folgenden Strömungsgleichrichter entworfen, um die Verluste so klein wie möglich zu halten:

Diffusor-1

Im Betrieb zeigte sich später, dass der Flüssigkeitsstand im gegenüber liegenden Rohr, wo die Flüssigkeit herunter strömte, tatsächlich der Stand zu hoch war. Da das Gerät aber funktonierte, wurde es so belassen und meine tolle Schöpfung kam nicht zum Einsatz. Ist aber immer gut, so was in der Hinterhand zu haben.

Wenn man jetzt so etwas in die Erweiterung des Saugbereiches im Auto baute, dann würde man die Strömung leiten und quasi mehrere Diffusoren parallel schalten, die dann aus geometrischen Gründen wieder einen schlanken Winkel hätten => Prinzip Insektenauge.

Im einfachsten Fall könnte man ein Kreuz einsetzen, was von der Engstelle bis zum Turbolader führt. Möglich und noch eleganter wäre ein zweiter Konus, der in den großen gesetzt wird und nur mit kleinen Stegen gehalten wird.

Wichtig ist ja, dass dieses Feature nicht durch Reibung wieder so hohe Verluste erzeugt, dass sich die Sache nicht lohnt. Wenn das allerdings der Clou wird, wette ich, dass es im Reglement bald schon verboten wird.

Zusammenfassung:

In der Summe ist die Energie aus Strömung und statischem Druck imemr gleich.

Die Geschwindigkeit ist für den Zweck der Motoraufladung viel zu hoch und sollte möglichst gut in Druck umgewandelt werden.

Die Idee, die Randströmung sozusagen "allmählich" weiter nach außen zu "biegen" geht leider schief.

Mit einem Strömungsrichter könnte man Ablösungserscheinungen vermeiden.

Könnte man dann noch diesen Strömungsrichter verstellen und als Drallregler verwenden, (ähnlich wie das VTG-System), dann könnte man wunderbar Zwischenbereiche optimieren.

Ist das Verständlich oder braucht es noch Zeichnungen dafür ?

Gruß

Werner

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