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Luftstrom durch Düse
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MatrixQ
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Anmeldungsdatum: 15.03.2006
Beiträge: 131

BeitragVerfasst am: 16 Aug 2006 - 22:52:14    Titel: Luftstrom durch Düse

Ich zerbreche mir seit ein paar Tagen nun schon den Kopf über eine Anordnung, und ich komme einfach zu keinem Schluss. Es geht sich dabei nicht um eine Aufgabe für die Uni, sondern um ein Problem, das mir so eingefallen ist, als mein Bruder es mal wieder lustig fand in ein Glas zu pusten.
http://matrixq.ma.funpic.de/duese.jpg
Ich habe einen Kompressor, der einen Druck P erzeugt. Die so komprimierte Luft wird durch eine Düse mit dem Innendurchmesser d auf eine Wasseroberfläche im Abstand a gepustet. Wie weit wird nun die Wasseroberfläche eingedrückt, bzw. Ab welchen Parametern (P,d,a) wird die Wasseroberfläche nicht mehr nur gebeugt, sondern aufgewirbelt, eben so als würde man zu fest in ein Glas pusten. Hängt das dabei auch von der Größe des Glases ab, oder lässt sich das genau so auch bei z.B. einem See berechnen?

Ich hoffe jemand hat ne Idee, wie man das berechnen kann, ich habe noch nichtmal nen vernünftigen Ansatz. Aber ich bin eben Elektrotechniker, kein Maschinenbauer Wink
Whoooo
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Anmeldungsdatum: 08.06.2005
Beiträge: 8988

BeitragVerfasst am: 16 Aug 2006 - 23:06:00    Titel:

Ich bin zwar auch kein Maschi oder Physiker, aber das dürfte auf den ersten Blick auf eine DGL 2. Grades hinauslaufen. Die Größe des Glases spielt wohl auch eine Rolle, da die durch den Kompressor erzeugte Welle an der Gefäßwand reflektiert wird und beim Rücklauf mit den Wellen am Ort des Kompressors interferiert. Das dürften dann Randbedingungen sein, die in die DGL einfließen. Ferner müssen wahrscheinlich auch Eigenschaften des Wassers mit einbezogen werden, so wie Viskosität oder Dichte/Gewicht (um die zum "überschwappen" nötige energie zu berechnen). Ausserdem noch Eigenschaften des Luftstromes - kontinuierlicher Strom, einzelner Impuls oder wasauchimmer. Aus meiner Sicht analytisch nicht oder nur mit übermäßigem Aufwand lösbar, wenn überhaupt würde eine numerische Lösung in betracht kommen. Es wäre eventuell möglich, dass man mit vernünftigen Näherungen (eindimensionale Rechnung, unendlich große Wasserfläche ohne Reflexion, Luftstoß als Diracimpuls etc.)ein einfacheres Modell aufstellen könnte, aber dafür hab ich echt viel zu wenig Plan von Fluidmechanik.
MatrixQ
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Anmeldungsdatum: 15.03.2006
Beiträge: 131

BeitragVerfasst am: 17 Aug 2006 - 00:40:17    Titel:

Danke dir für die schnelle Antwort.
Ja, dass das sehr kompliziert wird dachte ich mir, aber das wird doch bestimmt nicht unlösbar sein.
Die Idee mit den Näherungen ist durchaus sinnvoll, das stimmt. Ganz 100%ig genau braucht das ja auch gar nicht sein, aber ich habe eben genauso das Problem, dass ich keine Ahnung davon habe, sodass mir auch eine Näherung schwerfällt.
Als Näherung ist das was du schon sagst sehr sinnvoll. Ich würde gerne einen konstanten Luftstrom berechnen, was ja eigentlich auch einfacher sein sollte, weil bei einem Einzelpuls die Oberfläche auch anfangen würde zu schwingen.
Vielleicht finde ich noch jemanden, der davon Ahnung hat, ansonsten suche ich auch weiter, irgendwie finde ich schon ne Lösung.
metbaron
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Anmeldungsdatum: 27.10.2005
Beiträge: 1646

BeitragVerfasst am: 17 Aug 2006 - 11:51:52    Titel:

ich habe mir dein problem mal hier hingekritzelt, ich glaube mit ein paar näherungen wird es gar nicht so kompliziert:

der druck ist ja kraft/fläche, außerdem ist er isotrop. damit würde ich mal annehnehmen, dass, bei nicht allzugroßem a der druck, der auf die wasseroberfläche wirkt gleich deinem P ist. wenn du nun noch den durchmesser der düse d kennst, kannst du sofort die fläche ausrechnen, auf die der druck wirkt.
mit dieser fläche lässt sich aber sofort die kraft bestimmen, die deine wasserhaut eindrückt.
ein weiterer messbarer parameter ist die oberflächenspannung des wassers, wenn die kraft F größer wird, als die bindungskräfte zwischen den wassermolekülen, die die oberflächenspannung "erzeugen", dann müsste es eigentlich zum abreißen der wasseroberfläche und somit zur verwirbelung kommen.

wenn du größere abstände a berücksichtigen willst, musst du noch die reibung der einzelnen luftschichten berücksichtigen, was aber bei hoher ausströmgeschwindigkeit, also bei hohem druck P in turbolenzen übergeht und deshalb nicht mehr exakt zu berechen ist.
isi1
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Anmeldungsdatum: 10.08.2006
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BeitragVerfasst am: 17 Aug 2006 - 12:39:06    Titel:

Zu diesem Thema habe ich auch eine Frage:

Welche Teilchengröße kann man mit einem Raketentriebwerk, das 10000N Schub hat in 1m Entfernung unter der Düse wegblasen?

Mein Versuch mit einer Druckluftpistole, 15 atü, 3 mm Durchmesser bläst aus einem Meter Höhe noch 2..3 mm große Steinchen 1,5 m weit weg. Der Schub (Rückstoß) gegen meine Hand ist dabei ca. 5 N (geschätzt)
metbaron
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Anmeldungsdatum: 27.10.2005
Beiträge: 1646

BeitragVerfasst am: 17 Aug 2006 - 16:01:27    Titel:

alle teilchen, die eine gewichtskraft bis 10000N haben (evt. reibung berücksichtigen)
isi1
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Anmeldungsdatum: 10.08.2006
Beiträge: 7394
Wohnort: München

BeitragVerfasst am: 18 Aug 2006 - 21:06:02    Titel:

Ich sehe gerade, Prof. Lesch hat als Höhe 1,7 m angegeben. Wegen der Höhe, so sagte er, wird der Staub am Boden nicht mehr weggeblasen.
Ich sehe ja ein, ein Teil des Strahls geht zur Seite - aber wenn ich mit der kleinen Luftdüse schon den Boden völlig staubfrei bekomme, was passiert da erst bei einer Düse mit 60 cm Durchmesser und einem Schub von 10000 N?
isi1
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Anmeldungsdatum: 10.08.2006
Beiträge: 7394
Wohnort: München

BeitragVerfasst am: 23 Aug 2006 - 19:06:28    Titel:

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