Kennfelder für eine intelligente Düsensteuerung

Die Möglichkeiten der Dimensionsanalytik und der Ähnlichkeitstheorie gehen weit über das effiziente Projektieren von Versuchsreihen hinaus! Mit Hilfe dimensionsloser Kennzahlen ist es möglich, komplette Kennfelder für die intelligente Düsentechnik zu erstellen und sogar Berechnungsgleichungen für System- und Anlagensteuerungen zu entwickeln.

Die IBR Zerstäubungstechnik GmbH greift hierzu auf  eine spezielle Software zurück, die nicht öffentlich verfügbar ist. Diese wurde unter wissenschaftlicher Beratung unseres Geschäftsführers Thomas Richter entwickelt.

Kennfelder für die System- und Anlagensteuerung von Düsen und Zerstäubern.

Liegt eine ausreichende Anzahl an Messdaten für in Betracht kommende Betriebsbereiche vor, können mittels ähnlichkeitstheoretischer Methoden Kennfelder und mathematische Gleichungen für die intelligente Düsensteuerung erstellt werden. Und somit natürlich gleichzeitig für eine effiziente System- und Anlagensteuerungen. Hierzu kann auch auf bereits bestehende Datensätze zurück gegriffen werden, sofern alle relevanten Daten vorliegen.

Natürlich ist es angesichts der Komplexität erforderlich, sich hier einer speziellen Software zu bedienen. Das nachfolgende Beispiel verdeutlicht, wie dieses für die Steuerung einer Einstoff-Druckdüse aussehen könnte.

Selbstverständlich handelt es sich hierbei um fiktive Werte einer nicht existenten Düse und dient somit nur der Anschauung.

Beispiel: Kennfelder zur intelligenten Steuerung einer Einstoff-Druckdüse.

Eine einfache Turbulenzdüse soll in einem verfahrenstechnischen Prozess eingesetzt werden. Beim Betrieb dieser Druckdüse können sich aufgrund bestimmter Materialanforderungen die rheologischen Eigenschaften der Flüssigkeit als auch der Differenzdruck ändern. Welche Auswirkungen sind auf den Tropfendurchmesser im Spray zu erwarten und wie kann die Düse gesteuert werden?

Die Relevanzliste ist der erste Schritt auf dem Weg zu einem Kennfeld für die intelligente Düsensteuerung. Bild: IBR Zerstäubungstechnik GmbH

 

In einem ersten Schritt sind die relevanten Einflussgrößen zu benennen, die den Zerstäubungsprozess an der Einstoff-Druckdüse beeinflussen werden.
Diese werden der sogenannten Relevanzliste hinzugefügt.

Anhand dieser (oder natürlich einer anderen) Relevanzliste generiert nun die Software automatisch die dimensionslosen Kennzahlen, welche das zu untersuchende Problem vollständig beschreiben.

 

Kennzahlen, die im Kennfeld der intelligenten Düsensteuerung genutzt werden. Bild: IBR Zerstäubungstechnik GmbHJe nach Anordnung der Einflussgrößen in der Relevanzliste entstehen durch die Berechnungen unterschiedliche Kennzahlen. Dieses ist ein normaler Vorgang  in der Dimensionsanalytik. Es ist jedoch sinnvoll, bereits bekannte dimensionslose Kennzahlen zu verwenden; wie beispielsweise die Reynolds-Zahl. Die Software gestattet es, errechnete dimensionslose Kennzahlen miteinander zur kombinieren.

 

Bemerkenswert ist bereits an dieser Stelle, dass man es hier nur noch mit drei dimensionslosen Kennzahlen und nicht mehr mit insgesamt sechs verschiedenen Einflussgrößen zu tun hat!

Berechnungsgleichung und Kennfelder für die Düsensteuerung. Bild: IBR Zerstäubungstechnik GmbHAnhand der Messdaten, -diese können natürlich aus Versuchsreihen unter ähnlichkeitstheoretischen Bedingungen stammen-, ermittelt die Software nun eine Berechnungsgleichung für den gesamten Gültigkeitsbereich. Diese Gleichung dient der intelligenten Düsentechnik und somit der System- und Anlagensteuerung.

Offensichtliche Messfehler sind sind anhand des nebenstehenden Regressionsdiagramms ebenso leicht festzustellen, wie eventuell fehlende oder überflüssige Einflussgrößen. Diese zeigen dann typische Signaturen in der grafischen Darstellung. Das erkennen unsere Experten natürlich sofort und können rasch die erforderlichen Maßnahmen ergreifen.

Somit läge also für die im Beispiel verwendete Einstoff-Druckdüse die Berechnungsgleichung vor, die selbstverständlich auch noch nach Belieben umgestellt werden kann.

Kennfelder zur Düsensteuerung lassen sich numerisch darstellen. Bild: IBR Zerstäubungstechnik GmbH

Ist beispielsweise der charakteristische Tropfendurchmesser einzuhalten, kann bei einer veränderten Rheologie somit die erforderliche Druckdifferenz Δp schnell neu berechnet werden!

Eine derart umfassende und wissenschaftlich fundierte Vorgehensweise führt nicht nur rasch und kostengünstig zur Problemlösung. Vielmehr dürfte dieser Full-Service im Bereich der Düsen und Zerstäubertechnik nahezu einmalig sein!

Profitieren Sie jetzt von diesem Know-how und besprechen Sie Ihre Aufgabe mit unseren Experten. 

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