DE3916529A1

DE3916529A1 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung von massenstroemen gasfoermiger medien durch waermetauscher

Info

Publication number: DE3916529A1
Application number: DE19893916529
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl Ing Hochkoenig
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 1989-05-20
Filing date: 1989-05-20
Publication date: 1990-11-22

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine Vorrichtung zur Bestimmung von Massenströmen gasförmiger Medien durch Wärmetauscher ist in den Ansprüchen 4 bis 7 benannt.

Für die Auslegung und den Einbau von Wärmetauschern müssen generell alle Massenströme der an dem Wärmeaustausch beteiligten Medien bekannt sein. Die Bestimmung von Luftmassenströmen bereitet insbesondere bei in Kraftfahrzeugen als Wasserkühler eingebauten Wärmetauschern unter realen Betriebszuständen oder bei Windkanalversuchen Probleme. Diese Kühler sind im allgemeinen so aufgebaut, daß ein zu kühlender Wassermassenstrom durch Kanäle eines flächenförmigen Kühlers strömt und durch Öffnungen zwischen den Kanälen ein Kaltluftmassenstrom durch den Kühler gefördert wird.

Herkömmliche Verfahren benutzen eine im Nachlauf des Kühlers angeordnete Vorrichtung, die es gestattet, Meßsonden zur Aufnahme der Strömungsgeschwindigkeit mit Hilfe von Elektromotoren an jeden beliebigen Punkt der Kühleraustrittsfläche zu verfahren. Problematisch ist hierbei der Einfluß der gesamten Vorrichtung auf die Strömungsverhältnisse und damit auf das Meßergebnis. Ebenso ist der Einbau in Kraftfahrzeuge für Versuche unter realen Betriebszuständen aufgrund der häufig eingeengten Platzverhältnisse erschwert. Weiterhin ist der gesamte Aufbau aufwendig und somit teuer.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher die vorgenannten Nachteile zu vermeiden und ein kostengünstiges Verfahren bereitzustellen, das es ermöglicht, gasförmige Massenströme durch Wärmetauscher unter realen Betriebszuständen zu bestimmen und dabei die Strömung so gering wie möglich zu beeinflussen.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt durch die in Anspruch 1 genannten, kennzeichnenden Merkmale. Durch das Anbringen von klein dimensonierten Zylindersonden auf der Kühlervorder- und Kühlerrückseite kann der statische Druckverlust durch den Kühler gemessen werden. Zur Aufnahme des statischen Druckes sind quer zur Anströmungsrichtung kleine Bohrungen in den Zylindersonden angebracht. Mit Hilfe einer bekannten Kurve und dem gemessenen Druckverlust kann der zu bestimmende Kühlluftmassenstrom ermittelt werden. Die Kurve stellt in einem Diagramm den mit dem Kühlluftmassenstrom zunehmenden Druckverlust für einen bestimmten Kühler dar. Durch Aufsuchen des Wertes des gemessenen Druckverlustes auf der Kurve kann der diesem Wert zugeordnete Kühlluftmassenstrom abgelesen werden.

Vorteilhafterweise können die Zylindersonden unmittelbar auf der Kühlereintritts- und Kühleraustrittsfläche angeordnet werden. Somit wird nur der tatsächlich über der Kühlertiefe auftretende statische Druckverlust gemessen. Durch die geringen Abmessungen der Zylindersonden und der zur Druckentnahme mit ihnen verbundenen Schläuche tritt nur eine geringe Beeinflussung der Strömung auf. Eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist in Unteransprüchen benannt.

Anhand der nachfolgend aufgeführten Figuren wird die Erfindung näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 schematisch und perspektivisch eine Ausführung der Erfindung,

Fig. 2 ein Diagramm zur Bestimmung des Kühlluftmassenstromes,

Fig. 3 schematisch einen Ausschnitt eines Wärmetauschers mit darauf angeordneter Zylindersonde,

Fig. 4 eine Ansicht in Richtung des Pfeiles R in Fig. 3, teilweise geschnitten, einer weiteren Ausführung der Erfindung.

Ein quaderförmiger Kühler 1 wird in der durch Pfeile X dargestellten Richtung von einem Kühlluftmassenstrom m _L durchströmt. Der Zustrom erfolgt auf der Kühlervorderseite 2, der Abstrom auf der Kühlerrückseite 3. Quer zu dieser Richtung wird der Kühler von einem zu kühlenden Wassermassenstrom m _W durchströmt, der über Anschlußstutzen 4, 5 zu- bzw. abgeführt wird. Auf der Kühlervorderseite 2 und an gegenüberliegender Stelle auf der Kühlerrückseite 3 sind mehrere Zylindersonden 6 angeordnet. Die Zylindersonden 6 bestehen aus einseitig verschlossenen Röhrchen 7, die benachbart zu ihrem verschlossenen Ende eine zur Röhrchenlängsachse senkrechte Bohrung 8 aufweisen. Diese Bohrung 8 kann durchgehend ausgeführt sein oder nur einseitig als Öffnung 9 ausgebildet sein. Die durchgehende Bohrung 8 verläuft parallel zur Kühlervgrderseite 2 bzw. Kühlerrückseite 3. Bei der einseitigen Öffnung 9 wird das Röhrchen 7 um 90° um seine Längsachse so verdreht, daß die Öffnung 9 jeweils auf der stromabwärts gelegenen Seite jeder Zylindersonde 6 liegt. Am gegenüberliegenden Ende des Röhrchens 7 ist ein Schlauch 10 zur Druckentnahme aufgesteckt. Die Zylindersonden 6 sind mittels Sondenhaltern 11 auf den Kühlerseiten 2, 3 befestigt. Eine Zylindersonde 6 bildet mit einer gegenüberliegend auf der anderen Kühlerseite angeordneten Zylindersonde 6 jeweils ein Zylindersondenpaar. Durch die Wahl von Anzahl und Position der Zylindersondenpaare kann die Genauigkeit der Messung beeinflußt werden. Weiterhin wird die Genauigkeit durch die geometrischen Bedingungen an jeder Sonde 6 bestimmt. Hierzu zählen insbesondere Länge und Durchmesser der Sonden 6 sowie der Durchmesser der Bohrung 8 bzw. der Öffnung 9 sowie deren Lage in bezug auf das verschlossene Ende der Sonden 6. Für jede Sonde existiert eine hier nicht gezeigte Eichkurve, die den Zusammenhang zwischen dem tatsächlichen Druck und dem mit der Sonde gemessenen Druck als Funktion des Anströmwinkels wiedergibt.

Um unter realen Betriebszuständen zu messen, wird der als Kühler 1 in ein Kraftfahrzeug eingebaute Wärmetauscher ausgebaut und mit einer bestimmten Anzahl von Zylindersondenpaaren versehen. Dabei werden die Zylindersonden 6 vorteilhafterweise so angeordnet, wie in Fig. 1 gezeigt. Durch diese V-förmige Anordnung von je zwei benachbarten Sonden 6 auf jeder Kühlerseite 2, 3 können die Schläuche 10 gebündelt von der Kühleroberfläche weggeführt werden und beeinflussen so die Kühlluftströmung nur gering. Der so vorbereitete Kühler 1 wird anschließend wieder eingebaut und die Schläuche 10 werden an ein Druckmeßgerät angeschlossen. Im eingebauten Zustand werden so die realen Bedingungen, die durch dem Kühler 1 vorgeschaltete Lüfter, Leitbleche etc. bestimmt sind, erfaßt.

Jedes Zylindersondenpaar erfaßt an einer bestimmten Stelle des Kühlers 1 den statischen Druckverlust dp, der im wesentlichen durch die Bautiefe T und die innere Struktur des Kühlers 1 beeinflußt wird. Aus den unterschiedlich großen Druckverlustwerten dp der einzelnen Zylindersondenpaare wird ein statischer Gesamtdruckverlust d p _G ermittelt, der kennzeichnend für den jeweiligen Kühler mit seinen speziellen Einbaubedingungen ist. Mit diesem Druckverlustwert d p _G und mit einem in Fig. 2 schematisch gezeigten Diagramm, kann anschließend der zu bestimmende Massenstrom _L der Kühlluft ermittelt werden. Das Diagramm zeigt entlang der mit P bezeichneten Kurve den Verlauf des mit dem Massenstrom _L zunehmenden statischen Gesamtdruckverlustes d p _G. Der Wert des an dem Kühler 1 ermittelten Gesamtdruckverlustes d p _G wird auf der Kurve P aufgesucht und der dazugehörige Massenstrom _L abgelesen.

Claims

1. Verfahren zur Bestimmung von Massenströmen gasförmiger Medien durch als Kühler in Kraftfahrzeugen eingebaute Wärmetauscher, wobei in Kanälen des Kühlers ein flüssiges, zu kühlendes Medium strömt und die Kanäle von einem gasförmigen Medium umströmt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der statische Druck des gasförmigen Mediums unmittelbar mit an der Kühlervorderseite (2) und der Kühlerrückseite (3) angeordneten, zylinderförmigen, einseitig verschlossenen Sonden (6) gemessen wird und aus der Druckdifferenz (dp) zwischen der Kühlervorderseite (2) und der Kühlerrückseite (3) der Massenstrom ( _L) des gasförmigen Mediums bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, mit einer in einem Diagramm verlaufenden Kurve, die den Zusammenhang zwischen der Druckdifferenz und dem Massenstrom wiedergibt, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe mehrerer gemessener Druckdifferenzen (dp) und dem daraus ermittelten Gesamtdruckverlust (d p _G) und mit der Kurve (P) in dem Diagramm der zu diesem Gesamtdruckverlust (d p _G) gehörende Massenstrom ( _L) bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß von dem auf der Kurve (P) liegenden Wert des ermittelten Gesamtdruckverlustes (d p _G) aus, auf der darunter verlaufenden Achse ( _L) des Diagramms der zu dieser Druckdifferenz (d p _G) gehörende Massenstrom ( _L) abgelesen wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß je zwei benachbarte Sonden (6) auf der Kühlervorderseite (2) und der Kühlerrückseite (3) V-förmig so zueinander angeordnet sind, daß die verschlossenen Enden der benachbarten Sonden (6) weiter voneinander beabstandet sind als die offenen Enden.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder auf einer Kühlerseite (2, 3) angeordneten Sonde (6) deckungsgleich gegenüberliegend auf der anderen Kühlerseite (3, 2) eine Sonde (6) zugeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Sonde (6) benachbart ihrem verschlossenen Ende eine quer zu ihrer Längsachse verlaufende, durchgehende Bohrung (8) aufweist und daß die Sonden (6) auf dem Kühler (1) so ausgerichtet sind, daß die Bohrung (8) parallel zu der Kühlervorderseite (2) bzw. der Kühlerrückseite (3) verläuft.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Sonde (6) benachbart ihrem verschlossenem Ende eine Öffnung (9) aufweist und daß die Sonden (6) so ausgerichtet sind, daß die Öffnung (9) bei senkrechter Durchströmung des Kühlers (1) durch das gasförmige Medium auf der Kühlervorderseite (2) bzw. der Kühlerrückseite (3) jeweils auf der der Strömung abgewandten Seite liegt.