Experimentelle und Numerische Simulation selbsterregter Schwingungen in Behaeltersystemen

Schwerpunkt dieser Arbeit war die Simulation selbsterregter Schwingungen in Behaeltersystemen, die durch Schaeden an einer Anlage oder durch fehlerhaften Betrieb zustande kommen koennen, wenn in einer Fluessigkeit Gasblasen entstehen und durch Schwerkrafteinfluss durch das Behaeltersystem zu wandern beginnen. In Anlehnung an eine Arbeit von TASHIRO entstand eine Versuchseinrichtung, bei der zwei Behaelter ueber eine variable Leistungsgeometrie verbunden waren. Das Entstehen von Gasblasen in einer Traegerfluessigkeit wurde durch das Einleiten von Luft in Wasser simuliert. Die dadurch induzierte Massenschwingung konnte durch Aufzeichnung des Fluidstandes in den Behaeltern dargestellt werden. Mit einem Mess- und Steuerungsprogramm wurde die Versuchsanlage automatisch betrieben und in mehreren Messzyklen Datenreihen in Langzeit- und Kurzzeitmessungen aufgezeichnet. Anhand der Auswertung der Kurzzeitmessungen wurde der Zusammenhang zwischen Blasengroesse und Blasengeschwindigkeit erlaeutert. Die Ergebnisse der experimentellen Simulation ergaben eine klare Abhaengigkeit der Schwingungsamplitude, aber auch der Schwingungsperiodendauer vom eingestellten Luftvolumenstrom und bestaetigen die Ergebnisse von TASHIRO. Die Abhaengigkeit dieser beiden Groessen von der Systemgeometrie konnte ebenfalls deutlich dargestellt werden. Als Ursache fuer den Einfluss der Systemgeometrie auf die beiden beschriebenen Groessen konnten die Rohrreibungsverluste und die Umlenkverluste in der Verzweigung ermittelt werden. Durch ein Lichtschnittverfahren wurde die Stroemung in den Verzweigungsstuecken der Versuchsanlage sichtbar gemacht. (orig.)The present doctoral thesis is focused on the simulation of self-induced vibrations in container systems, which may be caused by damage to a system of by faulty operation, if gas bubbles are generated in a liquid and start to move through the container system due to the influence of gravitation. An experimental facility, in which two containers are connected to each other via a variable line geometry, was created in accordance with a publication by TASHIRO. THe formation of gas bubbles in a carrier liquid was simulated by introducing air into water. The so induced mass vibration was represented by recording the fluid level in the containers. Using a measuring and control program, the experimenting facility was operated automatically, and data series were recorded in a number of measuring cycles during long-time and short-time measurements. Based on an evaluation of short-time measurements, the relation between bubble size and bubble velocity was explained. The results of experimental simulations showed a defined dependence of both the vibration amplitude and the vibration cycle duration from the adjusted air volume flow and confirmed the results of TASHIRO. The dependence of these two parameters from the system's geometry was represented in a defined manner, too. Pipe friction losses and deflection losses in the manifold were determined as the causes of the influence of system geometry on the two parameters described. A lightsheet method was used to visualize the flow in the manifold sections of the experimenting facility. (orig.)SIGLEAvailable from TIB Hannover: DW 9000 / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekDEGerman