Transiente Stömungsvorgänge in Rohrleitungen, Messung und Berechnung von Druckstößen und Kavitationsvorschlägen

Hervorgerufen durch plötzliche Änderungen der Strömungsgeschwindigkeit treten in Rohrleitungssystemen Druckwellen ("Druckstöße") auf, die wesentlich höher sein können als die im stationären Betrieb vorliegenden Fluiddrücke. Diese sich mit hoher Geschwindigkeit von etwa 900-1500 m/s längs der Rohrleitung ausbreitenden Druckwellen entstehen hauptsächlich durch schnell ausgeführte Regelungs- und Stelleingriffe oder durch Störungen des bestimmungsgemäßen Betriebs. Im Rahmen eines BMBF-geförderten Vorhabens werden experimentelle Untersuchungen an zwei ca. 225 m langen, mit Hoch- und Tiefpunkten ausgestatteten Rohrleitungsschleifen der Nennweiten DN50 und DN100 durchgeführt. Die untersuchten Strömungsgeschwindigkeiten betragen 0,5 bis 5,0 m/s, wobei unterschiedliche Versuchsfluide zum Einsatz kommen. Während der Versuche werden Druckspitzen bis 80 bar, Dampfanteile und lokale Kraftspitzen bis zu 80 kN in hoher zeitlicher Auflösung vermessen. Das Versuchsprogramm umfaßt: Vermessung von Kavitationserscheinungen ("Kavitationsschläge") beim Öffnen und Schließen von Stell-, Regel- und Sicherheitsarmaturen, Einströmen kompressibler und inkompressibler Medien in leere und teilgefüllte Rohrleitungen bei unterschiedlichen Antriebsdrücken bis 40 bar, Ermittlung dynamischer Lagerlasten beim Auftreten von Druckstößen, Kavitationsschlägen und oszillierenden Strömungen (Gas/Flüssigkeitspfopfen). Die Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen werden mit Programmen zur Simulation transienter Strömungsvorgänge in Rohrleitungssystemen verglichen (FLOWMASTER, SIR-3S, FLUSTRIN, WANDA, PIPENET, INROS, MONA). Es werden Aussagen zur Genauigkeit der einzelnen Programme und der hierfür erforderlichen Modelltiefe getroffen. Insbesondere werden die Aussagegenauigkeit der implementierten Kavitationsmodelle und die Notwendigkeit einer Berücksichtigung von Fluid-Struktur-Wechselwirkungen für die Planung und den Betrieb verahrenstechnischer Anlagen geprüft.