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Licensed Unlicensed Requires Authentication Published by Oldenbourg Wissenschaftsverlag December 18, 2019

Intermittierende Durchflusserzeugung unter Einsatz von Kavitationsdüsen

Intermittent flow generation by means of cavitation nozzles
Daniel Schumann

Daniel Schumann studierte Wasserwirtschaft an der TU Dresden und erwarb 2012 sein Diplom als Ingenieur. Anschließend arbeitete er im Forschungszentrum des DVGW, dem Technologiezentrum Wasser in Dresden. Seit März 2015 ist er Mitarbeiter der PTB und leitet dort seit August 2019 die Arbeitsgruppe „Weitergabe Flüssigkeitsmenge“.

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, Corinna Kroner , Bodo Mickan

Bodo Mickan studierte Elektrotechnik an der Universität Rostock und erwarb 1993 sein Diplom als Ingenieur. Seit Mai 1994 ist er Mitarbeiter der PTB. Er begann mit Forschungsarbeiten auf dem Gebiet der Fluidmechanik und untersuchte Installationseffekte an Gaszählern und die Effizienz von Strömungsgleichrichtern. Basierend auf dieser Arbeit erhielt er seinen Ph.D. Seit 1999 ist er in der Abteilung für Gasdurchflussmessung tätig und seit 2007 Leiter der Arbeitsgruppe für Hochdruckgas. In dieser Position ist er verantwortlich für die Realisierung der Einheit Kubikmeter mit Primärnormalen und der Weitergabe der Einheit. In der internationalen Zusammenarbeit der nationalen Metrologieinstitute ist er Vorsitzender des Unterausschusses „Gasfluss“ im TC Fluid Flow in EURAMET und Vorsitzender der Arbeitsgruppe für Fluid Flow am BIPM.

and Jens Tränckner

Jens Tränckner studierte Umweltingenieurwesen. Nach seiner Promotion zur modellgestützten Optimierung von Kläranlagen war er in Wirtschaft und Forschung in den Bereichen Trinkwasserversorgung, Siedlungsentwässerung und Abwasserbehandlung tätig. Seit 2013 leitet er die Professur Wasserwirtschaft an der Universität Rostock mit besonderem Fokus auf den ländlichen Raum.

From the journal tm - Technisches Messen

Zusammenfassung

Kavitation ist ein allgemein bekanntes Phänomen in der Welt der Strömungsmechanik. Die Anwendung kavitierender Venturi-Düsen, sog. Kavitationsdüsen als Durchflussregelelement ist hingegen neuartig. Ziel der Untersuchungen zur intermittierenden Durchflusserzeugung durch Kavitationsdüsen ist die Überprüfung der Anwendbarkeit dieser Technologie zur realitätsnahen Prüfung von Durchflussmessgeräten. Die verwendete Apparatur wird in eine bestehende Prüfstandsinfrastruktur integriert. Zunächst werden die Düsen einzeln charakterisiert. Dies belegte eine mit anderen Verfahren bisher nicht erreichte Durchflussstabilität mit einer mittleren Streuung von 0,0015 % der aktuellen Durchflussamplitude. Das Öffnen und Schließen der Düsen innerhalb weniger Millisekunden durch pneumatische Stempel ermöglicht die Realisierung intermittierender Durchflusssequenzen mit einer Wiederholpräzision von bis zu ± 0,07 %. Aufgrund des nahezu additiven Verhaltens der Düsen (± 0,1 %) ist der Volumenstrom von Düsenpaarungen annähernd die Summe der Volumenströme der einzelnen Düsen. Es wurden zwei unterschiedliche Durchflusssequenzen mittels der Kavitationsdüsenapparatur erzeugt und die Reaktion von zwei Durchflussmessgeräten auf den intermittierenden Betrieb beobachtet. Die vorgestellten Untersuchungen belegen, dass der Einsatz von Kavitationsdüsen es ermöglicht, Durchflussmessgeräte unter realitätsnahen Bedingungen mit der erforderlichen Genauigkeit zu testen und zu bewerten - was bisher nicht möglich war. Kavitationsdüsen könnten somit den Weg zu Testverfahren ebnen, die den realen Bedingungen bei Durchflussmessungen am nächsten kommen.

Abstract

Cavitation is a well-known phenomenon in the world of fluid mechanics. The use of cavitating Venturi nozzles, so-called Cavitation nozzles, as a flow control element is, however, novel. The aim of the investigations on intermittent flow generation by cavitation nozzles is to verify if this technology is applicable for realistic testing of flowmeters. The equipment that was used was integrated into an existing test rig. Firstly, the nozzles are characterized individually. This provided a flow stability of an average scatter of 0.0015 % of the current flow amplitude, which was not achieved with other methods so far. The opening and closing of the nozzles within a few milliseconds by means of pneumatic stamps enables the realization of intermittent flow sequences with a repeatability of up to ± 0.07 %. Due to the almost additive behavior of the nozzles (± 0.1 %), the volume flow of nozzle pairs is approximately the sum of the volume flows of the individual nozzles. Two different flow sequences were created by the cavitation nozzle apparatus and the response of two flowmeters to intermittent operation was observed. The studies presented show that the use of cavitation nozzles makes it possible to test and evaluate flowmeters with the required accuracy under realistic conditions - which previously was not possible. Cavitation nozzles could thus pave the way for test procedures that come closest to real conditions in flow measurements.

About the authors

Daniel Schumann

Daniel Schumann studierte Wasserwirtschaft an der TU Dresden und erwarb 2012 sein Diplom als Ingenieur. Anschließend arbeitete er im Forschungszentrum des DVGW, dem Technologiezentrum Wasser in Dresden. Seit März 2015 ist er Mitarbeiter der PTB und leitet dort seit August 2019 die Arbeitsgruppe „Weitergabe Flüssigkeitsmenge“.

Bodo Mickan

Bodo Mickan studierte Elektrotechnik an der Universität Rostock und erwarb 1993 sein Diplom als Ingenieur. Seit Mai 1994 ist er Mitarbeiter der PTB. Er begann mit Forschungsarbeiten auf dem Gebiet der Fluidmechanik und untersuchte Installationseffekte an Gaszählern und die Effizienz von Strömungsgleichrichtern. Basierend auf dieser Arbeit erhielt er seinen Ph.D. Seit 1999 ist er in der Abteilung für Gasdurchflussmessung tätig und seit 2007 Leiter der Arbeitsgruppe für Hochdruckgas. In dieser Position ist er verantwortlich für die Realisierung der Einheit Kubikmeter mit Primärnormalen und der Weitergabe der Einheit. In der internationalen Zusammenarbeit der nationalen Metrologieinstitute ist er Vorsitzender des Unterausschusses „Gasfluss“ im TC Fluid Flow in EURAMET und Vorsitzender der Arbeitsgruppe für Fluid Flow am BIPM.

Jens Tränckner

Jens Tränckner studierte Umweltingenieurwesen. Nach seiner Promotion zur modellgestützten Optimierung von Kläranlagen war er in Wirtschaft und Forschung in den Bereichen Trinkwasserversorgung, Siedlungsentwässerung und Abwasserbehandlung tätig. Seit 2013 leitet er die Professur Wasserwirtschaft an der Universität Rostock mit besonderem Fokus auf den ländlichen Raum.

Danksagung

Wir möchten uns bei Dr. Gudrun Wendt bedanken, die die Technologie der Kavitationsdüsen weiterentwickelt hat und damit den Grundstein für diese Arbeit gelegt hat. Darüber hinaus danken wir unseren Kollegen im Fachbereich Flüssigkeiten, die die verschiedenen Messungen durchgeführt haben.

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Received: 2019-06-11
Accepted: 2019-12-03
Published Online: 2019-12-18
Published in Print: 2020-01-28

© 2020 Walter de Gruyter GmbH, Berlin/Boston

Downloaded on 5.12.2022 from frontend.live.degruyter.dgbricks.com/document/doi/10.1515/teme-2019-0087/html
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