Labor für Wärme- und Strömungstechnik (LWS)
Mitarbeiter
Prof. Dr.-Ing. Walter Czarnetzki
Hochschule Esslingen
Fakultät Maschinenbau
Labor für Wärme- und Strömungstechnik
Kanalstraße 33
73728 Esslingen am Neckar
Telefon: +49 (0)711-397-3254 / -3255
Telefax: +49 (0)711-397-3356
weitere Ansprechpartner
Laboringenieur: Dipl.-Ing. (FH) Frank Bühler
Labormeister: Joachim Herz
Einrichtungen
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Gasturbinenprüfstand für Modellturbinen (Jouleprozess, Messdatenerfassung)
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Flachwasserkanal (2-D Modellbetrachtung, Ähnlichkeitsgesetze)
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Kältemaschine (Clausius-Rankine-Kreisprozess (linksläufig), feuchte Luft)
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Gebläseprüfstand (Gebläsekennlinie, Volumenstrommessung)
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Stirlingmotor (Stirling Kreisprozess)
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Einspritzpumpenprüfstand
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Überschallkanal (Überkritische Strömung, Mach’scher Kegel)
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Schlierenoptik zur Sichtbarmachung von Dichteunterschieden (Geschwindigkeit, Temperatur, versch. gasförmiger Medien)
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Schallschutzkabine
Messgeräte
Es stehen unterschiedliche Messsysteme und Verfahren zur Verfügung, die hier auszugsweise genannt werden:
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Druck (-1 bis 2500 bar)
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Temperatur mit Thermoelementen, Strahlungspyrometer, Wärmebildkamera
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Geschwindigkeitsmessung Luft (0,1 bis 40 m/s)
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Volumenstrom Wasser (7,5 bis 1150 l/min)
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Massenstrom Luft (3 bis 1000 kg/h)
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Feuchte (0 bis 100% relative Feuchte)
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Partikelgrößenmessung (1 bis 400 µm)
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Oberflächenspannung von Flüssigkeiten
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Schwingungsmessung mit Beschleunigungsaufnehmern (1- und 3-dimensional, bis 500g)
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Schallintensitätsmessung, Schallleistung
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Messdatenerfassung und Verarbeitung mit LabView von National Instruments
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Dynamischer Signalanalysator für schnelle Vorgänge
Modelltechnik, Visualisierung
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Kleiner Flachwasserkanal (Messtisch 500 x 700 mm)
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Großer Flachwasserkanal (Messtisch 1600 x 2000 mm)
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Kleiner Windkanal (Querschnitt 330 x 330 mm (450 x 450), 30 m/s)
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Großer Windkanal (Messquerschnitt Ø 700 mm, 60 m/s)
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Rauchgenerator
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Schlierenoptik, Interferometer
(Objektgröße bis 25 cm) zur Sichtbarmachung von Dichteunterschieden
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Wärmebildkamera
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Strömungssimulation CFD
Simulation -
Sichtbarmachung
Lehre und Laborübungen
Zur Vertiefung der Vorlesungen Wärmelehre, Strömungsmaschinen und Messtechnik werden folgende praktische Laborübungen angeboten:
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Labor Wärmelehre
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Kältemaschine
Messung eines linksläufigen Clausius-Rankin-Prozesses
Auswertung und graphische Darstellung des Prozesses -
Feuchte Luft
Zustandänderung Feuchte Luft
h-x-Diagramm
Psychrometer (Messung der relativen Feuchte) -
Stirling Motor
Erfassung der Zustandspunkte
Auswertung und graphische Darstellung des Prozesses -
Dampfkraftprozess
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Labor Strömungsmaschinen
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Flachwasserkanal
Übertragbarkeit von strömungstechnischen Analogien anhand der Ähnlichkeitsgesetze und Kennzahlen in der Fluidtechnik
Strömungssichtbarmachung an Modellen -
Gebläseprüfstand
Berechnung der Maschinendaten aus den Messwerten
Ermittlung einer Gebläsekennlinie bei verschiedenen Drehzahlen
Bestimmung des Wirkungsgrades und graphische Darstellung -
Gasturbine
Messungen verschiedener Parameter und Betriebsgrößen an einer Gasturbine für Flugmodelle
Auswertung der Messdaten und Berechnung der Charakteristika des Kreisprozesses -
Überschallkanal
Demonstration einer Überschallströmung
Sichtbarmachung eines Überschallstoßes (Mach’scher Kegel) mit einem Interferometer
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Labor Messtechnik
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Temperaturversuch
Kennenlernen von Temperatursensoren unterschiedlicher Messprinzipien und Bauarten, sowie der Umgang mit Messdatenerfassungerät und -software.
Handschriftliche Auswertung der aufgenommenen Messdaten zur Vertiefung des Verständnisses. -
Druckmessung
Anschluss, Einstellung und Umgang mit einer Messkette bestehend aus Messverstärker und Drucksensor.
Kalibrierung eines Drucksensors.
Umgang und Übung mit einem Speicheroszilloskop.
Untersuchung des dynamischen Verhaltens eines Drucksensors bei einem Drucksprung. -
Durchflussmessung
Bestimmung der Messgrößen an einer Venturidüse und Berechnung von Volumen- und Massenstrom.
Kalibrierung eines Heizdraht-Luftmassenmessers an einem Gebläseprüfstand.
Auswertung. -
Durchflusswiderstand und Auswertung von Messdaten
Bestimmung des Durchflusswiderstandes von Druckluftschläuchen verschiedenen Durchmessers.
Best-Fit-Approximation der Messkurve. -
Messmittelfähigkeitsuntersuchung
Beispielhafte Untersuchung der Messmittelfähigkeit anhand eines Messschiebers. -
Elektronische Waage
Arduino Programmierung und Kalibrierung eines Biegebalkens.
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Forschung und Transfer
Die Ausstattung und Erfahrung des LWS hat zu zahlreichen Kontakten in den verschiedensten Industriezweigen geführt. Die Aktivitäten liegen naturgemäß auf dem Gebiet der Mess-, Wärme- und Strömungstechnik, beschränken sich aber nicht nur auf den klassischen Maschinenbau.
So wurden z.B. in der Vergangenheit auch Projekte mit medizintechnischem Hintergrund bearbeitet.
Die wissenschaftlichen Untersuchungen werden, entsprechend dem Umfang, durch ein oder mehrere Projektgruppen bearbeitet und von den Fachprofessoren und Mitarbeitern des Labors betreut.
Nachfolgend sind auszugsweise Projektbeispiele genannt:
ApisJet
Bei dem Großprojekt des Institutes für Angewandte Forschung wird ein Segelflugzeug des Typs Apis 2 mit einem Strahltriebwerk ausgerüstet werden. Anstelle des vorhandenen Klapptriebwerkes mit Luftschraube wird ein Strahltriebwerk eingesetzt und dient als Heimkehrhilfe - der Ultraleichtsegler ist nicht eigenstartfähig.
Experimente und Messungen zu den Einzelprojekten wurden im LWS durchgeführt.
Stimmprothesen
Bei Patienten mit ganz oder teilweiser Kehlkopfresektion werden Stimmprothesen (kleine Ventilklappen) zwischen Speise- und Luftröhre eingesetzt um dem Patienten ein Sprechen nach solcher Operration zu ermöglichen.
Für die Qualifizierung dieser Membranventile sind Messdaten erforderlich.
In Studentenprojekten wurde eine Versuchsanordnung zur Messung der Druck-Volumenstrom-Kennlinie, des Öffnungsdruckes und der Langzeitstabilität verschiedener Stimmprothesen entwickelt und Messungen dazu durchgeführt.
Schwingungsuntersuchungen an handgeführten Elektrogeräten
Vor dem Hintergrund der europäischen Richtlinie 2002/44/EG (Physical Agents Directive Vibration) werden gegenwärtig die relevanten Vibrationsmessnormen in den Standards für handgeführte Elektrowerkzeuge EN 60745-1 und EN 60745-2-x überarbeitet.
Gegenstand des F&E-Vorhabens war die Durchführung von Vibrationsmessungen an handgeführten Elektrowerkzeugen, um Einflussfaktoren wie z.B. die Position und die Anzahl der Messaufnehmer, Praxismessungen, Verschleiß der Elektrowerkzeuge, etc. zu ermitteln.
Ziel dieser Untersuchungen ist nicht der direkte Vergleich von Maschinen unterschiedlicher Hersteller, sondern die Verbesserung des Messverfahrens und die Erlangung vertiefender Erkenntnisse über die messtechnischen Zusammenhänge.
Brennstoffzellenbatterie
Im Rahmen des Projekts wurde ein Prototyp aufgebaut und weiterentwickelt, dazu wurden Komponenten, die auf dem Markt erhältlich sind, ausgesucht um ein Brennstoffzellensystem aufzubauen und für den Laborbetrieb zur Vorführung zu nutzen.