12
WWK II (Subject) / Strömungsmessungen (Lesson)
Advertisement
- Wind → prinzipiell dreidimensionaler Vektor → mit kleiner vertikaler Komponente → Windgeschwindigkeit meint i.d.R. die horizontale Komponente, meist in Betrag und Richtung (in die der Wind weht) angegeben (in Grad, bezieht sich im Uhrzeigersinn auf Norden! 36: N; 09: E; 18: S; 27: W; Windstille: 00) → Messung muss unbeeinflusst vom Gelände erfolgen (mind. 6m über Grund) → Windwirkung kann man schätzen (keine Messgröße!) nach der Beaufortskala → Darstellung in Windrosen (Achtung! Auf Prozentanteil achten!) → Standartisierung: 10 m über Grund
- Windfahne - (Windsack; Ablese per Ansicht)- Stellung wird mechanisch übertragen- funktioniert nicht bei schwachem Wind- oft Abschätzung mittels Rauchfahnen- Windrichtung: Windfahne mit Stärketafel (Rechteckige Blechtafeln, immer senkrecht zum Wind gestellt, je nach Windgeschwindigkeit wird die Blechtafel verschieden hoch gehoben- Elektrisch: Drepotentiometer, Schleifer steuert über Wicklungslänge die Größe eines Widerstands → Spannungsabfall ist proportional der Windrichtung in Grad
- Schalenkreuzanemometer - am weitesten Verbreitet; auch als kombinierter Windgeber (mit Windfahne)- Staudruckwirkung des Windes, jedoch mit linearem Zusammenhang (nur horizontale Komponente, keine Richtung) → registriert Anzahl der Umdrehungen- Negativ: Mechanisches Gerät → Trägheit; Reaktion verzögert um Anlaufgeschwindigkeit- Systematische Messfehler: Anlaufschwelle (0,2 – 0,3 m/s); Nachlaufeffekt/Overspeeding (bei Böigkeit wird das Schalenkreuzanemometer „angeschoben“ die durch die Trägheit des Materials noch nachwirken, selbst wenn die eig. Windgeschwindigkeit schon wieder geringer ist)- Wird im Windkanal kalibriert, mehrere Möglichkeiten zur Erfassung der Umdrehungsanzahl: Getriebe (jede Umdrehung löst Impuls aus); Dynamo (erzeugt Spannung); Lochscheibe (Anzahl der passierenden Löcher pro Zeiteinheit kann optoelektronisch gemessen werden → niedrigere Anlaufschwelle, da Messwertabtastung berührungslos möglich)
- Mechanischer Windschreiber nach Wölfle fortlaufende Messung UND Registrierung von Windrichtung und Windgeschwindigkeit (Wartungsfrei und ohne Strom!) → Windfahne (Sensor für Windrichtung) + Schalenstern, beide bewegen Getriebe einer Schreibwalze auf Wachspapier → Registrierkurve. Papiertransportwerk angetrieben per Uhrwerk
- Staurohre (Prandtl'sches Staurohr) - v.a. in Strömungstechnik verwendet; eignen sich zur Bestimmung der Böigkeit!- Negativ: Bei abnehmender Windgeschwindigkeit sinkt die Empfindlichkeit- Positiv: Halten hohen Windgeschwindigkeiten stand, z.B. auf Bergstationen- Zwei Rohe, beide einseitig offen, eines am Staupunkt, das andere seitlich zur Strömung- Seitliches Rohr → dem statistischen Druck ausgesetzt; das Vordere um den Staudruck erhöht (Einlass muss in Windrichtung gedreht sein!)- Differenz zwischen beidem: Staudruck- Zur Messung: mit Flüssigkeit gefülltes U-Rohr dazwischen, Niveauunterschied entspricht der Druckdifferenz- Auch in Kombination mit Windmesser, der das Staurohrende in den Wind dreht
- Hitzdrahtanemometer - Abkühlungseffet des Windes auf einem konstant geheizten Edelmetalldraht, gemessen mit Thermoelement → festgelegte Heizleistung, Temperaturdifferenz zwischen Draht und Luft ist Maß für Windgeschwindigkeit- Gut für v < 1 m/s- Nachteile: Hohe Drift, nutzt sich schnell ab, Windrichtungsunabhängig, Empfindlich weil filigran
- Flügelrad- / Propelleranemometer - Zerlegung des Windvektors in drei Komponenten, die wie Windmühlen funktionieren- Anlaufschwelle von 0,2 m/s- Dauerbetrieb fordert Robustheit, geht auf Kosten der Anlaufpräzision- gibt es auch als Einzelrad mit vertikaler Orientierung: für vetikale Windkomponente
- Ultraschallanemometer (Sonic) - Schallimpuls wird vom Windfeld mitgeführt → Ausbreitung unterschiedlich in/gegen Windrichtung → Nutzung zur Bestimmung der Windgeschwindigkeit- Laufzeit der Messstrecke in beide Richtungen bestimmt, jeder Messkopf sowohl Sender und Empfänger (Transceiver) → Differenz der Laufzeit liefert Komponenten des Windvektors- 3 Messstrecken → dreidimensionale Erfassung, zeitlich hochauflösend- Negativ: teuer; Auswertung aufwendig- Schallgeschwindigkeit auch abhängig von der Lufttemperatur → doppelte Messung mit 2 Unbekannten (Temp. & Geschwindigkeit)
- Sonics (?)Vertikalprofil
- SODAR - Fernerkundungsverfahren, arbeitet im hörbaren Frequenzbereich! → Schall gesendet (Schallkeulen) und aus Atmosphäre zurück gestreut (Doppler-Effekt) und empfangen (per Doppler-Sodar)- Windvektor dreidimensional, erfordert drei Sender-Empfänger-Einheiten in unterschiedliche Richtungen und Ebenen- Windrichtung & Windgeschwindigkeit durch Laufzeit, Intensität und Frequenzverschiebung des zurückgestreuten Schallsignals berechnet- Misst in 40-600 m Höhe, 20 m vertikale Auflösung → vertikale Grenzschicht (tages- & jahreszeitliche Dynamik, Abhängigkeit von thermischer Schichtung der Troposphäre und Wetterlagen, sowie Landnutzungen)- Zeit bis Rückempfang => Höhe; Frequenzänderung => Windgeschwindigkeit; Echoamplitude => Turbulenzen der Luftschicht- Keine Punktmessung, sondern Volumenmessung!
- Advertisement
- LIDAR - gleiches Prinzip wie SODAR, verwendet aber Laserstrahlen, die emittiert und in der Atmosphäre reflektiert werden- beeinflusst durch Bewölkung und Aerosole (misst Spurengase, Dampfdruck, Windgeschwindigkeit und -richtung, Lufttemperatur, Aerosoldichte: Höhe und Dichte von Aerosol-, Dunst- und Wolkenschichten...)
- Fesselballon ermöglicht Messungen in größeren Höhen. Achtung vor Flugverkehr!