Praktikumsversuche
Die Praktikumsversuche werden von den Studierenden im Rahmen von mess- und regelungstechnischer Praktika während des Studiums durchgeführt. Dabei soll das theoretische Wissen, welches innerhalb der Vorlesungen erworben wurde, vertieft und ein Übertrag in die Praxis werden.
Unten finden Sie je eine kurze Beschreibung zu den einzelnen Versuchsständen.
- Kalibrierung Windkanal-Kraftwaage (KW)
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Die Messung von Strömungskräften in Windkanälen setzt die sorgfältige Kalibrierung der Windkanalwaage voraus. Mit der Kenntnis der aufgenommenen Kennlinien können systematische Fehler korrigiert werden.
In diesem Praktikumsversuch wird die Kalibrierung einer 3-Komponenten-DMS-Waage, bestehend aus so genannten Plattform-Wägezellen, durchgeführt. Die Kalibrierung ist in zwei Raumrichtungen (entweder ±𝑥 oder ±𝑦, sowie in −𝑧-Richtung (nach unten)) durchzuführen. Die digital aufgenommenen Messpunkte werden durch Ausgleichsfunktionen im Sinne der kleinsten Fehlerquadratsumme angepasst. Die Kalibrierfunktion und Ihre Umkehrfunktion werden bestimmt. In diesem Zusammenhang soll auch ermittelt werden, wie groß eine möglicherweise vorhandene Hysterese ist.
- Untersuchung Bernoulli-Prinzip im Venturirohr (BG)
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Zwei der wichtigsten Gleichungen der Technischen Strömungsmechanik sind die Kontinuitäts-Gleichung und die Bernoullische Gleichung.
Mit Hilfe dieses Praktikumsversuches sollen diese beiden Gesetzmäßigkeiten anschaulich erläutert werden, um die erlernten theoretischen Kenntnisse zu vertiefen.
Der Versuch stellt einen Zusammenhang zwischen den theoretischen Grundlagen der technischen Strömungsmechanik und dem Lehrgebiet der Messtechnik dar.
- Messung Grenzschichtprofil (GS)
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Bei der Umströmung einer ebenen Platte treten je nach Reynoldsscher Zahl laminare oder turbulente Grenzschichten auf. Die Grenzschicht nennt man den Bereich der Strömung, in dem die Strömungsgeschwindigkeit von Null (Haftbedingung) auf die volle Strömungsgeschwindigkeit außerhalb der Grenzschicht ansteigt. Die Art der Grenzschicht kann durch das Geschwindigkeitsprofil 𝑢 = 𝑢(𝑦) charakterisiert werden.
Ab einer kritischen Reynoldszahl, gebildet mit der Lauflänge x, schlägt die Grenzschichtströmung von laminar nach turbulent um.
Während in der laminaren Grenzschicht das Geschwindigkeitsprofil in Wandnähe näherungsweise linear verläuft entspricht die Funktion des turbulenten Profils eher einem Potenzgesetz. Die Grenzschichtdicke 𝛿, also der Punkt an dem 99% der ungestörten Strömungsgeschwindigkeit erreicht wird, wächst mit zunehmenden Abstand x von der Vorderkante. Für ein gegebenes x wird die Grenzschichtdicke mit steigender Re-Zahl kleiner.
Die Messungen werden im Praktikum mit einer rauen Plattenoberfläche durchgeführt. Der Versuchsstand bietet aber auch die Möglichkeit, die Platte auszutauschen und somit die Rauigkeit zu variieren.
- Messung Druckbeiwert am Tragflügelprofil (CP)
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Die Messung der Druckverteilung um ein Tragflügelprofil oder an einer Fahrzeugkarosserie gehört zu den Basisaufgaben in der Flugzeug- bzw. Fahrzeugaerodynamik. Die Druckverteilungsmessungen geben erste quantitative Hinweise, ob Ablösegebiete vorliegen und/oder ob überhaupt die reale Strömung mit einem etwaigen Rechenmodell korrekt beschrieben werden kann. Die Informationen, die man aus entsprechenden Druckverteilungsmessungen gewinnt, sind somit weit detailreicher als beispielsweise die Messung integraler Kräfte und Momente mit DMS-Waagen.
Hauptaufgabe bei diesem Praktikumsversuch ist somit die Druckmessung an bis zu 15 Druckanbohrungen des Flügelprofils. Diese Messungen geschehen redundant. Zum einen mit einem Flüssigkeits-Manometertableau. Dieses lässt sich zwar nicht so genau ablesen, erlaubt aber eine unmittelbare und unverfälschte visuelle Kontrolle der Messwerte. Zum anderen wird ein elektronisches Präzisions-Differenzdruckmanometer der Firma PSI mit einem Messbereich von 17,5 kPa eingesetzt, welches eine wesentlich bessere Auflösung und Genauigkeit bietet als das Flüssigkeitsmanometer. Darüber hinaus lassen sich die elektronisch gewonnen Daten bequem abspeichern.
Zweite Hauptaufgabe der Auswertung ist die Datenreduktion auf den so genannten Druckbeiwert (𝑐𝑝-Wert). Dieser dimensionslose, normierte Beiwert sollte von der Anströmgeschwindigkeit nahezu unabhängig sein, was durch den Versuch belegt werden soll.
Die Messung von Strömungskräften in Windkanälen setzt die sorgfältige Kalibrierung der Windkanalwaage voraus. Mit der Kenntnis der aufgenommenen Kennlinien können systematische Fehler korrigiert werden.
In diesem Praktikumsversuch wird die Kalibrierung einer 3-Komponenten-DMS-Waage, bestehend aus so genannten Plattform-Wägezellen, durchgeführt. Die Kalibrierung ist in zwei Raumrichtungen (entweder ±𝑥 oder ±𝑦, sowie in −𝑧-Richtung (nach unten)) durchzuführen. Die digital aufgenommenen Messpunkte werden durch Ausgleichsfunktionen im Sinne der kleinsten Fehlerquadratsumme angepasst. Die Kalibrierfunktion und Ihre Umkehrfunktion werden bestimmt. In diesem Zusammenhang soll auch ermittelt werden, wie groß eine möglicherweise vorhandene Hysterese ist.
Zwei der wichtigsten Gleichungen der Technischen Strömungsmechanik sind die Kontinuitäts-Gleichung und die Bernoullische Gleichung.
Mit Hilfe dieses Praktikumsversuches sollen diese beiden Gesetzmäßigkeiten anschaulich erläutert werden, um die erlernten theoretischen Kenntnisse zu vertiefen.
Der Versuch stellt einen Zusammenhang zwischen den theoretischen Grundlagen der technischen Strömungsmechanik und dem Lehrgebiet der Messtechnik dar.
Bei der Umströmung einer ebenen Platte treten je nach Reynoldsscher Zahl laminare oder turbulente Grenzschichten auf. Die Grenzschicht nennt man den Bereich der Strömung, in dem die Strömungsgeschwindigkeit von Null (Haftbedingung) auf die volle Strömungsgeschwindigkeit außerhalb der Grenzschicht ansteigt. Die Art der Grenzschicht kann durch das Geschwindigkeitsprofil 𝑢 = 𝑢(𝑦) charakterisiert werden.
Ab einer kritischen Reynoldszahl, gebildet mit der Lauflänge x, schlägt die Grenzschichtströmung von laminar nach turbulent um.
Während in der laminaren Grenzschicht das Geschwindigkeitsprofil in Wandnähe näherungsweise linear verläuft entspricht die Funktion des turbulenten Profils eher einem Potenzgesetz. Die Grenzschichtdicke 𝛿, also der Punkt an dem 99% der ungestörten Strömungsgeschwindigkeit erreicht wird, wächst mit zunehmenden Abstand x von der Vorderkante. Für ein gegebenes x wird die Grenzschichtdicke mit steigender Re-Zahl kleiner.
Die Messungen werden im Praktikum mit einer rauen Plattenoberfläche durchgeführt. Der Versuchsstand bietet aber auch die Möglichkeit, die Platte auszutauschen und somit die Rauigkeit zu variieren.
Die Messung der Druckverteilung um ein Tragflügelprofil oder an einer Fahrzeugkarosserie gehört zu den Basisaufgaben in der Flugzeug- bzw. Fahrzeugaerodynamik. Die Druckverteilungsmessungen geben erste quantitative Hinweise, ob Ablösegebiete vorliegen und/oder ob überhaupt die reale Strömung mit einem etwaigen Rechenmodell korrekt beschrieben werden kann. Die Informationen, die man aus entsprechenden Druckverteilungsmessungen gewinnt, sind somit weit detailreicher als beispielsweise die Messung integraler Kräfte und Momente mit DMS-Waagen.
Hauptaufgabe bei diesem Praktikumsversuch ist somit die Druckmessung an bis zu 15 Druckanbohrungen des Flügelprofils. Diese Messungen geschehen redundant. Zum einen mit einem Flüssigkeits-Manometertableau. Dieses lässt sich zwar nicht so genau ablesen, erlaubt aber eine unmittelbare und unverfälschte visuelle Kontrolle der Messwerte. Zum anderen wird ein elektronisches Präzisions-Differenzdruckmanometer der Firma PSI mit einem Messbereich von 17,5 kPa eingesetzt, welches eine wesentlich bessere Auflösung und Genauigkeit bietet als das Flüssigkeitsmanometer. Darüber hinaus lassen sich die elektronisch gewonnen Daten bequem abspeichern.
Zweite Hauptaufgabe der Auswertung ist die Datenreduktion auf den so genannten Druckbeiwert (𝑐𝑝-Wert). Dieser dimensionslose, normierte Beiwert sollte von der Anströmgeschwindigkeit nahezu unabhängig sein, was durch den Versuch belegt werden soll.