Strömungsgeschwindigkeit von Gasen vs

Wissenschaft Physik
#1

Ausströmgeschwindigkeit

Hallo,
ich bin immer mal wieder auf der Suche nach der Möglichkeit der Berechnung von Strömungsgeschwindigkeiten von Gasen in Rohrleitungen.
Dazu finde ich z.B. unter www.duerholdt.de eine Tabelle mit üblichen Gasgeschwindigkeiten. also irgendein Gas z.B. N2 bei einem Überdruck von ca. 5 bar liegt die Geschwindigkeit bei 11-35 m/s. Was ich mir auch ganz gut vorstellen könnte.
unter www. wissenschaft-online.de/abo/lexikon/physik/1006 finde ich eine Formel nach dem Bunsenschen Ausströmgesetz
v (max) = Wurzel [(2*k/k-1) * p2/Dichte * [1-(p1/p2)^(k-1/k)].
Nach der Formel komme ich bei N2 mit Druck in der Rohrleitung von ca. 5 bar ü und Dichte entsprechend ca. 7 kg/ m³ auf Geschwindigkeiten von 470 m/s.
Also auch wenn da Reibungsverluste oder sonstige Verluste noch dazu kommen, wird die Geschwindigkeit doch nicht auf 30 m/s sinken.
Oder ist die Strömungsgeschwindigkeit im Rohr so anders, als wenn ich das Rohr an einer Stelle auftrenne und das Gas entweichen lasse???
verwirrt
pucky

#2

Hallo,

Oder ist die Strömungsgeschwindigkeit im Rohr so anders, als
wenn ich das Rohr an einer Stelle auftrenne und das Gas
entweichen lasse???

ja.

verwirrt

Warum ?
Wenn Du aus Deinem Gartenschlauch über die Düse Wasser spritzt,
ist die Geschwindigkeit des Wassers im Schlauch z.Bsp. 2m/s.
Dies bewirkt ohne Düse ein müdes Auslaufen des Wassers aus dem
Schlauch, mit Düse aber werden eventuell 10-20m/s erreicht.
Gruß VIKTOR

#3

Hallo,

Dazu finde ich z.B. unter www.duerholdt.de eine Tabelle mit
üblichen Gasgeschwindigkeiten. also irgendein Gas z.B. N2 bei

könntest du einen Link anbringen, der genau zu dieser Tabelle führt?

verwirrt
pucky

verstört
watergolf

#4

also die ganz ausführliche Adresse lautet:
www.duerholdt.de/index.php?id=232

#5

Mmm,
aber meint Düse hier nicht nur eine Verengung des Querschnitts des Schlauches?
Da erhöht sich dann natürlich nach „Volumenstrom = A * v“ die Gesschwindigkeit, wenn ich den Querschnitt entsprechend verringere. Aber wenn ich das Rohr nur auftrenne und keine Verkeinerung des Querschnitts vornehme???

#6

also die ganz ausführliche Adresse lautet:
www.duerholdt.de/index.php?id=232

Danke.

Sieht man dort nach,
http://www.duerholdt.de/index.php?id=232

so findet man:
„Die nachfolgenden Tabellen geben wirtschaftliche Rohrdurchmesser (Nennweiten) für die wichtigsten technischen Stoffe in Abhängigkeit von dem Durchfluss, dem Betriebsdruck und der Temperatur an.“

Und weiter unten speziell für Gase:
"Tabelle 5: für Luft und Gase
Bei Leuchtgas und anderen Gasen mit 5 bis 50 mbar Druck rechnet man mit einer Durchflussgeschwindigkeit von 4 m/s. Es gilt Spalte 2 der Tabelle 5.

Mit steigendem Druck oder bei Gasen mit geringem spez. Gewicht kann man höhere Geschwindigkeiten zulassen. Bei Drücken über 0,5 bar gelten die Spalten 3 und 4 der Tabelle 5.

Bei Sauerstoff in Stahlrohren darf die Geschwindigkeit 8 m/s nicht überschreiten."

Bei den Angaben obiger Firma handelt sich also hauptsächlich um Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen.

Gruß

watergolf

#7

hallo watergolf,
aber es steht eben auch da, dass diese Geschwindigkeiten sich an Erfahrungswerten in der Praxis orientieren. Und da finde ich diese Abweichung der berechneten Geschwindigkeit zu den Praxiserfahrungen mit Abweichung um Faktor 15 schon ein bißchen zu viel.
Und in der Berechnungsformel ist ja der Rohrquerschnitt keine Einflußgröße für die Geschwindigkeit des Gases.(hat natürlich insofern Einfluß, dass die Druckverluste bei kleinen Querschnitten immer größer werden, aber solange ich mit konstantem Druck rechne…)
Gruß
pucky

#8

Hallo pucky,

du tanzt auf zwei verschiedenen Hochzeiten!
Kürzlich las ich hier bei w-w-w: „Wer lesen kann, ist eindeutig im Vorteil.“ Das könntest du auch beherzigen.

Und in der Berechnungsformel ist ja der Rohrquerschnitt keine
Einflußgröße für die Geschwindigkeit des Gases.(hat natürlich
insofern Einfluß, dass die Druckverluste bei kleinen
Querschnitten immer größer werden, aber solange ich mit
konstantem Druck rechne…)

Du meinst hier unter „Berechnungsformel“ die Gleichung des Bunsenschen Ausströmgesetzes, das du in deinem UP bringst.

Wozu dient das Gesetz?
„Das Bunsensche Ausströmgesetz kann benutzt werden, um abzuschätzen, bis zu welcher Geschwindigkeit vmax ein Gas als inkompressible Flüssigkeit behandelt werden kann.“

Das hat doch sicher nichts mit den Wirtschaftlichkeitsüberlegungen der Firma Dürholdt zu tun (http://www.duerholdt.de/index.php?id=232) auf die du dich in deinem UP eingangs beziehst:

„Die nachfolgenden Tabellen geben wirtschaftliche Rohrdurchmesser (Nennweiten) für die wichtigsten technischen Stoffe in Abhängigkeit von dem Durchfluss, dem Betriebsdruck und der Temperatur an“ (Firma Dürholdt).

In deinen weiteren Angaben im UP zum Bunsenschen Ausströmgesetz (deine Angaben habe ich so angepaßt, daß man mit dem Link gleich hinkommt):

http://www.wissenschaft-online.de/abo/lexikon/physik…

kannst du u.a. lesen:
„Bei Machzahlen > 0,2 bzw. großen Druckdifferenzen muß die Kompressibilität des Gases (Isentropenexponent κ) berücksichtigt werden, und man erhält:“

Das sind doch zwei Paar „Gas-Stiefel“:
a) Wirtschaftlichkeit und
b) „bei Machzahlen > 0,2 bzw. großen Druckdifferenzen“.

Bemerkst du das nicht und siehst keinen Unterschied?

Gruß

watergolf

#9

Hallo,

ich bin immer mal wieder auf der Suche nach der Möglichkeit
der Berechnung von Strömungsgeschwindigkeiten von Gasen in
Rohrleitungen.
Dazu finde ich z.B. unter www.duerholdt.de eine Tabelle mit
üblichen Gasgeschwindigkeiten. also irgendein Gas z.B. N2 bei
einem Überdruck von ca. 5 bar liegt die Geschwindigkeit bei
11-35 m/s. Was ich mir auch ganz gut vorstellen könnte.

In diesem Fall hat das Gas eine x- lange Rohrleitung durchströmt, durch Reibung und Rauhigkeit einen stetigen Druckverlust von 5 bar gegenüber dem Atmosphärendruck erlitten und tritt dann mit 11-35 m/s in die Atmosphäre aus.

unter www. wissenschaft-online.de/abo/lexikon/physik/1006
finde ich eine Formel nach dem Bunsenschen Ausströmgesetz
v (max) = Wurzel [(2*k/k-1) * p2/Dichte * [1-(p1/p2)^(k-1/k)].
Nach der Formel komme ich bei N2 mit Druck in der Rohrleitung
von ca. 5 bar ü und Dichte entsprechend ca. 7 kg/ m³ auf
Geschwindigkeiten von 470 m/s.

Nach dieser Formel gibt es gar keine Rohrleitung, sondern nur eine Wand mit einem Loch, wo sich auf der einen Seite ein unerschöpfliches Reservoir mir 5 bar Überdruck befindet und auf der anderen Seite dito der Atmosphärendruck.

Also auch wenn da Reibungsverluste oder sonstige Verluste noch
dazu kommen, wird die Geschwindigkeit doch nicht auf 30 m/s
sinken.

Da gibt es keine Reibungsverluste, weil das Bunsensche Ausströmgesetz – wie die Formel zeigt – dies nicht berücksichtigt, denn es gibt in dieser idealisierten Darstellung gar keine verlustproduzierende Rohrlänge.

Oder ist die Strömungsgeschwindigkeit im Rohr so anders, als
wenn ich das Rohr an einer Stelle auftrenne und das Gas
entweichen lasse???
verwirrt
pucky

Du hast für dein Problem einfach den falschen gedanklichen Ansatz gewählt und die nächstbeste unpassende Formel angewandt.

Gruß

Peter

#10

Hallo watergolf,
mir geht es um die Berechnung einer Strömungsgeschwindigkeit und da lese ich in der TAbelle von Duerholdt eindeutig: „Strömungsgeschwindigkeiten in Rohrleitungen“, die auf Erfahrungswerten in der Praxis beruhen.
es geht um eine real existierende Rohrleitung von DN 100 in der Stickstoff mit einem Druck von 4,5 bar ü strömt.
Und da ich denke, dass die Leitung nach wirtschaftlichen Gesichtspunkten gebaut wurde, denke ich mal, dass die Strömungsgeschwindigkeit dann auch in diesen angegebenen Bereich liegt.
Wenn ich wissen möchte, ob ich einen, an diese Leitung angeschlossenen Behälter in einer bestimmten Zeit mit einer bestimmen Masse an N2 (bzw. Volumen) füllen kann, dann brauche ich zur Berechnung die Strömungsgeschwindigkeit des Gases.
Und da finde ich das Bunsensche Ausströmgesetz, welches mir ja eine Geschwindigkeit liefert (wozu sollte sonst die Berechnung dienen?), schon passend, egal ob das Gas nun schneller als 0,2 Mach strömt und noch ein Isentropenexponent einkalkuliert werden muss (welches ich ja in der Formel berücksichtigt habe) oder eben langsamer.
Aber damit komme ich eben auf Geschwindigkeiten, die 20 mal höher sind, als die Erfahrungswerte in der Praxis.
Für mich ist die Frage, mit welcher Gasgeschwindigkeit bzw. mit welcher Füllzeit kann ich rechnen, 20 m/s üder 400 m/s?
Gruß pucky

#11

Hallo pucky,

es geht um eine real existierende Rohrleitung von DN 100 in
der Stickstoff mit einem Druck von 4,5 bar ü strömt.

warum schreibst du nicht gleich um was es geht?

Wenn ich wissen möchte, ob ich einen, an diese Leitung
angeschlossenen Behälter in einer bestimmten Zeit mit einer
bestimmen Masse an N2 (bzw. Volumen) füllen kann, dann brauche
ich zur Berechnung die Strömungsgeschwindigkeit des Gases.

Wenn du den, an „diese Leitung angeschlossenen“ (und vorher leeren) „Behälter …“ füllen möchtest, baut sich im Behälter mit der Zeit immer mehr Gegendruck auf, die Strömungsgeschwindigkeit v des Gases wird langsamer und ist am Ende (bei Druckausgleich Rohrleitung/Behälter) v = 0 m/s.

In deiner verfahrenstechnischen Anlage ist sicher eine Durchflußmessung eingebaut und du kannst diesen Vorgang messend verfolgen.

Ich habe ein Buch: „Drucklufttechnik“ einer bekannten Firma die sich mit dieser Luft beschäftigt.
In „Tabelle 5. Luftdurchsatz durch Düse mit gerundeter Einströmkante, bei Ausströmen in die freie Atmosphäre, m3/min“,
findet sich der größte angegebene Düsendurchmesser mit 60 mm und der höchste angegebene: „Luftdruck in bar vor der Düse“ = 3 bar.
Nach meiner Berechnung strömt die Luft unter diesen Bedingungen in die freie Atmosphäre mit einer Geschwindigkeit von v ca. 800 m/s aus.
Hier baut sich aber kein Gegendruck auf.
Wie man deinen speziellen Fall mit Gegendruckaufbau berechnen könnte, ist leider im Buch nicht angegeben.

Vielleicht steht im Netz eine kluge Gleichung für dich.

Frage deinen Betriebsingenieur. Er wird dir sicher die vorhandene Volumen- Masse- bzw. Geschwindigkeits- Messung des strömenden Stickstoffs an der Anlage zeigen.

Gruß

watergolf