Die Ähnlichkeitstheorie sowie Modellübertragung ist effizient und spart Kosten!

 Selbst große Werke beginnen oftmals im kleinen; ein typisches Anwendungsgebiet der Ähnlichkeitstheorie.Ähnlichkeitstheorie & Modellübertragung: Tools für die Praxis

Die Methoden der Ähnlichkeitstheorie und Modellübertragung stellen wissenschaftlich fundierte Tools dar, die in der Strömungsmechanik und vielen weiteren verfahrenstechnischen Untersuchungen und Optimierungen zum Einsatz kommen.

Die bekanntesten Beispiele für die Anwendung der Ähnlichkeitstheorie und Modellübertragung sind strömungstechnische Untersuchungen und Verbesserungen an Schiffsrümpfen, Tragflächen von Flugzeugen und Scale-up Prozesse von Rührkesseln.

Ebenso kommen diese Methoden zum Einsatz, wenn chemische oder thermische Vorgänge näher untersucht werden sollen. Bekannt sind hier die dimensionslosen Kennzahlen Sherwood-Zahl, Sh, oder die Nusselt-Zahl, Nu.

In der gesamten Düsentechnik spielen ähnlichkeitstheoretische Betrachtungen eine sehr wichtige Rolle, weil viele Zerstäubungsprozesse turbulent und stochastisch, also zufallsgesteuert, ablaufen. Es liegen keine trivialen Berechnungsgleichungen vor, um reale Tropfengrößen, Volumenströme oder andere Zielgrößen zu berechnen.

Ähnlichkeitstheorie und Modellübertragung als Ergänzung zur numerischen Strömungssimulation, CFD.

Die Ähnlichkeitstheorie und die numerische Strömungssimulation, auch CFD genannt, stehen nach unserem Verständnis nicht in Konkurrenz zueinander. Ganz im Gegenteil! Beide Methoden können sich hervorragend ergänzen, um rasch und kostengünstig effiziente Prozessoptimierungen zu realisieren.

Hinzu kommt, dass Ergebnisse aus CFD-Berechnungen üblicherweise durch experimentelle Untersuchungen verifiziert, also überprüft, werden müssen. Auch hier bietet sich natürlich die Ähnlichkeitstheorie an.

Ein Beispiel aus der Praxis.

Hin und wieder sind sehr große Volumenströme an Flüssigkeit zu zerstäuben. Diese bereiten dann in labortechnischen Versuchsreihen Probleme. Entweder stehen erforderliche Pumpen oder Kompressoren ad hoc nicht zur Verfügung oder die Spraymesstechnik stößt an ihre Grenzen.

Es kommt zudem hin und wieder vor, dass die Original-Fluide sehr kostspielig, toxisch oder explosibel sind. Versuchsreihen mit derartigen Flüssigkeiten durchzuführen, ist in der Regel ebenfalls problematisch. Gerade in der Zerstäubungstechnik und der intelligenten Düsensteuerung ist es jedoch von besonderer Bedeutung, dass für experimentelle Untersuchungen und Optimierungsmaßnahmen die rheologischen Eigenschaften der Fluide „passen“ müssen.

Was kann man in diesen Fällen unternehmen?

Experimentelle Studien unter Anwendung der Dimensionsanalytik und der Ähnlichkeitstheorie sind hier die Lösung!

Liegen hinsichtlich der Verwendung von Original-Fluiden unter Laborbedingungen die erwähnten Einschränkungen vor, lassen sich in den meisten Fällen dennoch reproduzierbare Ergebnisse zu dem Verhalten einer Düse oder eines Zerstäubers erzielen.

Im einfachsten Fall kann man ein Modell-Fluid auswählen, welches die aus zerstäubungstechnischer Sicht identischen rheologischen Eigenschaften wie das Original-Fluid aufweist.

Dieses gelingt jedoch nicht immer. Dann ist eine ähnlichkeitstheoretische Betrachtung und eine Modellübertragung erforderlich.

Vereinfachend dargestellt kann man sagen, dass zwei verschiedene physikalische, chemische oder thermische Prozesse identisch ablaufen, wenn alle beschreibenden dimensionslosen Kennzahlen beider Prozesse identische Beträge aufweisen.

Ein Beispiel:

Eine häufig vorkommende dimensionslose Kennzahl in der Ähnlichkeitstheorie und Modellübertragung ist die Reynolds-Zahl, Re. Für die Modellversuche, Index M, und die technische Hauptausführung, Index H, muss also Folgendes gelten.

Reynolds-Zahl Re in der Ähnlichkeitstheorie und Modellübertragung. Identische Werte für das Modell und die Hauptausführung ist erforderlich.

Zwischen dem Durchmesser D des Modellversuches und der technischen Hauptausführung besteht in der Regel eine feste Vorgabe. Ist der Durchmesser der technischen Hauptausführung also zum Beispiel zehnmal größer, gilt:

Zusammenhang zwischen dem Durchmesser der Hauptausführung und des Modells in der Ähnlichkeitstheorie.

Um nun identische Beträge zwischen ReM und ReH zu erreichen, kann sowohl die Strömungsgeschwindigkeit vM, die Dichte rM als auch die Viskosität hM angepasst werden!

Es liegt auf der Hand, dass somit sehr viele Freiheitsgrade zur Verfügung stehen, um schnell und mit einem sehr überschaubaren Aufwand zu den gewünschten Ergebnissen zu gelangen!

Kennlinien für eine intelligente Düsentechnik mit der Ähnlichkeitstheorie erstellen.

Wir verfügen nicht nur über eine langjährige Erfahrung mit der Anwendung ähnlichkeitstheoretischer Methoden und das erforderliche wissenschaftliche Know-how. Vielmehr sind wir in der Lage, eine spezielle und nicht öffentlich verfügbare Software einzusetzen, mit welcher sich auch komplizierte Sachverhalte transparent darstellen lassen.

Bis hin zur Möglichkeit, individuelle Gleichungen für System- und Anlagensteuerungen zu liefern!

Auf den folgenden Seiten finden Sie eine verständliche und umfassendere Darstellung zum Einsatz dieses mächtigen Software-Tools sowie ein Beispiel für die Kennlinie einer Einstoff-Druckdüse

Sie wünschen sich eine intelligente Düsentechnik und möchten flexibel auf Schwankungen in Ihren Betriebsbedingungen reagieren können?

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