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Druckverlust

Der Druckverlust , auch Druckabfall, ist die Druckdifferenz, die durch Strömungswiderstände aufgrund von Wandreibung und Dissipation bei Strömungen in Rohrleitungen sowie den zugehörigen Formstücken und Armaturen entsteht.

Der Druckverlust durch Wandreibung im geraden Rohr wird durch die Rohrreibungszahl ermittelt. Sie hängt bei einer laminaren Strömung von der Reynoldszahl ab; bei einer turbulenten Strömung dagegen geht insbesondere die Rauheit der Oberfläche mit ein.

Für Elemente, die in eine Rohrleitung eingebaut sind (Ventile, Blenden, Strömungsvereinigung, -teilung usw.), wird in der Technik ein Druckverlustbeiwert angesetzt, der für Standardbauteile Tabellenwerken entnommen werden kann und ansonsten vom Hersteller angegeben wird. Der Druckverlustbeiwert hängt in erster Linie von der Geometrie des Bauteils ab, kann aber auch von Volumenstrom und Reynoldszahl beeinflusst werden.

Berechnung

Die Berechnung der Druckverluste hat in Abhängigkeit vom Medium als kompressible oder als inkompressible Strömung zu erfolgen.

Sehr detaillierte Algorithmen existieren beispielsweise für Teilstrecken und für kleine Netze zum Selbstprogrammieren sowie ein anwendbares Rechenprogramm für Flüssigkeits-, Gas- und Dampfströmung.

Inkompressible Strömung

Die empirische Gleichung für Druckverluste in durchströmten Rohrleitungen inkl. Formteilen (z. B. Bögen, Reduzierungen und Armaturen) unter der Voraussetzung einer konstanten Dichte lautet nach Darcy-Weisbach:

mit

Es handelt sich hier um einen Druckverlust-Ansatz der erweiterten Bernoullischen Energiegleichung. Die zunächst reibungsfreie (ideale) Bernoulli-Energiegleichung (in Differenzdruckform) wird um den Druckverlustterm erweitert:

umgestellt folgt:

mit

Druckverluste vergrößern grundsätzlich den statischen Anteil der Druckänderung, die beiden anderen Anteile sind nicht durch Druckverluste beeinflussbar:

  • die kinetische Druckänderung ist lediglich eine Funktion des sich ändernden Querschnitts bzw. der sich ändernden Geschwindigkeit
  • die geodätische Druckänderung ist lediglich eine Funktion des Ortes.

Nichtbetrachtung der geodätischen Höhen

Bei Systemen mit geschlossenen Stromfäden (z. B. Warmwasserheizungen) wird die Höhenlage grundsätzlich aus der Betrachtung entfernt, da sich das Fluid um die gleiche Höhendifferenz nach oben wie nach unten bewegt. Das gilt nur unter der Voraussetzung konstanter Dichte längs des Stromfadens. Diese Tatsache ermöglicht die Funktion einer Schwerkraftheizung, wo die Flüssigkeit nur aufgrund der Dichte- und Höhenunterschiede im Kreis fließt.

Auch bei Systemen mit offenen Stromfäden (z. B. Trinkwassersysteme) wird die geodätische Druckdifferenz pragmatischerweise aus der Betrachtung herausgenommen, da sie sich unter der Voraussetzung konstanter Dichte und reiner Abhängigkeit von der Höhenlage auch nachträglich entlang des Stromfadens bilanzieren lässt. Das vereinfacht den Berechnungsgang erheblich.

Dissipation

Druckverluste entsprechen stets Energieverlusten. Nach der erweiterten Bernoulli-Gleichung werden die Druckverluste aus der potentiellen Druckenergie im Fluid und an der Rohrwandung in Reibungswärme- und Schallenergie umgewandelt (dissipiert); der Anteil der Schallenergie ist allerdings sehr klein und technisch vernachlässigbar. Bei der erweiterten Energiegleichung wird davon ausgegangen, dass die Energie über die Systemgrenze Rohrwand aus dem System hinaus übertragen wird und somit dem Fluid nicht zur Verfügung steht.

Tatsächlich dissipiert die Druckenergie als Reibungswärme im Fluid und führt zu einer Erhöhung der Fluidtemperatur. Diese Erwärmung ist aufgrund der geringen Dissipationsenergie je Zeitspanne bei inkompressiblen Fluiden kaum messbar. Das gilt aufgrund der großen Wärmekapazität umso mehr bei Wasser. Die Modellannahme der konstanten Dichte ist darum aus technischer Sicht stets gewährleistet.

Restdruckverlust

In der Filtrationstechnik wird häufig der Begriff Restdruckverlust verwendet.

Beim Betrieb von abreinigbaren Oberflächenfiltern bildet sich ein Filterkuchen aus, der im Wesentlichen die Reinigungsleistung übernimmt, aber für einen Anstieg des Druckverlustes sorgt und somit in regelmäßigen Abständen abgereinigt werden muss. Die Differenz der statischen Drücke vor und nach dem Filtermedium, bestimmt unmittelbar nach der Abreinigung, wird als Restdruckverlust bezeichnet. Er steigt während der Lebensdauer eines Oberflächenfilters kontinuierlich an.

Siehe auch

Weblinks

Wiktionary: Druckverlust – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise

  1. Bernd Glück: „Hydrodynamische und gasdynamische Rohrströmung, Druckverluste“. Algorithmen für Druckverluste zum Programmieren und Rechenprogramm
  2. VDI 3677 Blatt 1:2010-11 Filternde Abscheider; Oberflächenfilter (Filtering separators; Surface filters). Beuth Verlag, Berlin. S. 7–8.
  3. DIN ISO 11057:2012-05 Emissionen aus stationären Quellen; Prüfverfahren für die Charakterisierung des Filtrationsverhaltens abreinigbarer Filtermedien (ISO 11057:2011). Beuth Verlag, Berlin. S. 9.
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Veröffentlichungsdatum:
Der Druckverlust D p v displaystyle Delta p v auch Druckabfall ist die Druckdifferenz die durch Stromungswiderstande aufgrund von Wandreibung und Dissipation bei Stromungen in Rohrleitungen sowie den zugehorigen Formstucken und Armaturen entsteht Der Druckverlust durch Wandreibung im geraden Rohr wird durch die Rohrreibungszahl l lambda ermittelt Sie hangt bei einer laminaren Stromung von der Reynoldszahl ab bei einer turbulenten Stromung dagegen geht insbesondere die Rauheit der Oberflache mit ein Fur Elemente die in eine Rohrleitung eingebaut sind Ventile Blenden Stromungsvereinigung teilung usw wird in der Technik ein Druckverlustbeiwert z zeta angesetzt der fur Standardbauteile Tabellenwerken entnommen werden kann und ansonsten vom Hersteller angegeben wird Der Druckverlustbeiwert hangt in erster Linie von der Geometrie des Bauteils ab kann aber auch von Volumenstrom und Reynoldszahl beeinflusst werden Inhaltsverzeichnis 1 Berechnung 1 1 Inkompressible Stromung 1 1 1 Nichtbetrachtung der geodatischen Hohen 1 1 2 Dissipation 2 Restdruckverlust 3 Siehe auch 4 Weblinks 5 EinzelnachweiseBerechnung BearbeitenDie Berechnung der Druckverluste hat in Abhangigkeit vom Medium als kompressible oder als inkompressible Stromung zu erfolgen Sehr detaillierte Algorithmen existieren beispielsweise fur Teilstrecken und fur kleine Netze zum Selbstprogrammieren sowie ein anwendbares Rechenprogramm fur Flussigkeits Gas und Dampfstromung 1 Inkompressible Stromung Bearbeiten Die empirische Gleichung fur Druckverluste in durchstromten Rohrleitungen inkl Formteilen z B Bogen Reduzierungen und Armaturen unter der Voraussetzung einer konstanten Dichte r rho lautet nach Darcy Weisbach D p v 12 r u 2 2 l l d z i displaystyle Delta p v12 frac rho cdot u 2 2 left lambda cdot frac l d sum zeta i right mit Druckverlust D p v displaystyle Delta p v abgeleitete SI Einheit Pa mittlere Stromungsgeschwindigkeit u u SI Einheit m s Rohrreibungszahl l lambda dimensionslos Lange l l der Rohrleitung SI Einheit m Innendurchmesser d d der Rohrleitung SI Einheit m Druckverlustbeiwert z zeta dimensionslos Es handelt sich hier um einen Druckverlust Ansatz der erweiterten Bernoullischen Energiegleichung Die zunachst reibungsfreie ideale Bernoulli Energiegleichung in Differenzdruckform wird um den Druckverlustterm D p v 12 Delta p v12 erweitert p 1 r 2 u 1 2 r g h 1 p 2 r 2 u 2 2 r g h 2 D p v 12 p 1 frac rho 2 cdot u 1 2 rho cdot g cdot h 1 p 2 frac rho 2 cdot u 2 2 rho cdot g cdot h 2 Delta p v12 umgestellt folgt D p v 12 p 1 p 2 r 2 u 1 2 u 2 2 r g h 1 h 2 displaystyle Leftrightarrow Delta p v12 p 1 p 2 frac rho 2 cdot u 1 2 u 2 2 rho cdot g cdot h 1 h 2 mit Schwerebeschleunigung g g SI Einheit m s2 geodatische Hohe h h relativ zu einem gewahlten Bezugspunkt SI Einheit m Druckverluste vergrossern grundsatzlich den statischen Anteil p 1 p 2 displaystyle p 1 p 2 der Druckanderung die beiden anderen Anteile sind nicht durch Druckverluste beeinflussbar die kinetische 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Modellannahme der konstanten Dichte ist darum aus technischer Sicht stets gewahrleistet Restdruckverlust BearbeitenIn der Filtrationstechnik wird haufig der Begriff Restdruckverlust verwendet Beim Betrieb von abreinigbaren Oberflachenfiltern bildet sich ein Filterkuchen aus der im Wesentlichen die Reinigungsleistung ubernimmt aber fur einen Anstieg des Druckverlustes sorgt und somit in regelmassigen Abstanden abgereinigt werden muss 2 Die Differenz der statischen Drucke vor und nach dem Filtermedium bestimmt unmittelbar nach der Abreinigung wird als Restdruckverlust bezeichnet 3 Er steigt wahrend der Lebensdauer eines Oberflachenfilters kontinuierlich an Siehe auch BearbeitenDruckverlustklasseWeblinks Bearbeiten Wiktionary Druckverlust Bedeutungserklarungen Wortherkunft Synonyme Ubersetzungen www druckverlust de Online Berechnung verschiedener Rohrsysteme und Medien www sizepipe com Web Application zur Berechnung des Druckabfalls in den Leitungen und LuftungEinzelnachweise Bearbeiten Bernd Gluck Hydrodynamische und gasdynamische Rohrstromung Druckverluste Algorithmen fur Druckverluste zum Programmieren und Rechenprogramm VDI 3677 Blatt 1 2010 11 Filternde Abscheider Oberflachenfilter Filtering separators Surface filters Beuth Verlag Berlin S 7 8 DIN ISO 11057 2012 05 Emissionen aus stationaren Quellen Prufverfahren fur die Charakterisierung des Filtrationsverhaltens abreinigbarer Filtermedien ISO 11057 2011 Beuth Verlag Berlin S 9 Normdaten Sachbegriff GND 4013084 8 lobid OGND AKS Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Druckverlust amp oldid 232587832