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Großer Wasserkanal Braunschweig

Übersicht

Der Große Wasserkanal Braunschweig (GWB) ist als Wasserumlaufkanal mit einem rechteckigem Messstreckenquerschnitt von 1000 x 1000 mm aufgebaut. Die Länge der Messstrecke ist 6000 mm, die Gesamtabmaße des Kanals betragen ca. 14'000 x 6000 x 4000 mm. Der Kanal ist mit etwa 60 m³ Wasser gefüllt, das Gesamtgewicht beträgt 120 t. Die Anlage wird in bedrucktem Zustand mit 2 bar Überdruck gegen Umgebung betrieben, um Kavitation an der Pumpe und am Versuchsmodell zu vermeiden. Mit der 160 kW starken Axialpumpe wird eine maximale Geschwindigkeit von 6 m/s in der Messstrecke erreicht. Die Viskosität des Wassers lässt sich über einen externen Wärmetauscher anpassen, so dass im Warmbetrieb (40°C) an 2D-Profilen (c=0,4m) Reynoldszahlen bis etwa 3,5 Mio. möglich sein werden.

Großer Wasserkanal Skizze

Der Kanal ist geplant für die Untersuchung von Hochauftriebsprofilen, Triebwerkseinläufen, Flugzeugkonfigurationen (inkl. Wirbelschleppen-Untersuchungen) und Triebwerks-Fanströmungen. Bei gleicher Modellgröße und Reynoldszahl ist die Strömungsgeschwindigkeit in einem Wasserkanal aufgrund der niedrigeren Viskosität um etwa den Faktor 15 geringer als in einem Windkanal, was einen wesentlichen Vorteil für zeitgenaue optische Feldmessverfahren (insb. PIV) darstellt.

Entwurfsdaten

  • Wasserumlaufkanal (geschlossen, bedruckt, beheizt)
  • Kontraktion 5,3 : 1
  • Messstrecke 1000 x 1000 x 6000 mm
  • maximale Geschwindigkeit in der Messstrecke: 6 m/s
  • Re bis ~3 Mio an Profilen
  • Pumpenleistung 160 kW
  • Axialpumpe Ø 1,52 m
  • Maximaler Überdruck gegen Umgebung 2 bar
  • Maximale Temperatur ~ 40°C
  • 2 Siebe im Steildiffusor, 2 Turbulenzsiebe, Edelstahlgleichrichter
  • (geplanter Turbulenzgrad < 0,2 %)

 

Konstruktion

Der Kanal ist als Schweisskonstruktion ausgelegt. Im Wesentlichen aus Stahlblech gefertigt ist der Kreislauf mit einer Vielzahl an Versteifungsrippen versehen, um den Lasten aus dem Überdruckbetrieb standzuhalten. Die Umlenkschaufeln werden in Grauguß gefertigt und in Rahmenträger eingehängt. Der Kanal ist aus 16 verschiedenen Modulen zusammengesetzt, das größte Modul ist mit etwa 8 to Stahlgewicht das Diffusorstück hinter der Axialpumpe. Um Rostansatz langfristig zu vermeiden werden alle wasserberührten Teile mit einer speziellen seewasserfesten 300µm dicken Zweikomponenten-Beschichtung überzogen.

Die Messstrecke ist vollständig aus Edelstahl gefertigt. Sie besteht aus einem Rahmengestell, in das modular verschiedenste Wand- und/oder Deckensegmente eingebracht werden können. Bei Auslieferung wird etwa ein Drittel der Messstrecke mit Mehrscheiben-Sicherheitsglas optisch zugänglich sein, um hochwertige Messmethoden, insb. PIV, zu ermöglichen.

Die Axialpumpe hat einen Laufraddurchmesser von 1,52 und wird über eine Welle, die durch die zweite Umlenkecke nach außen geführt wird, angetrieben. Im Antriebsstrang kommen ein frequenzgeregelter 4-poliger Drehstrommotor sowie ein Untersetzungsgetriebe zum Einsatz.

Der gesamte strömungsmechanische Entwurf und die größten Teile der Konstruktion sowie Festigkeits-Vorauslegungen sind am ISM erfolgt. Die Fertigung der Baugruppen erfolgt durch Partnerfirmen, im Einzelnen sind dies:

 

Stahlbau des Kreislaufs, Umlenkecken, Gesamtintegration, Aufbau:

Stahl-Projektbau Wentz GmbH

 

 

Stahlbau der Messstrecke in Edelstahl inkl. Wandmodulen:

BMA - Braunschweigische Maschinenbauanstalt AG (Lohnfertigung)

 

Bau der Axialpumpe und des Antriebsstranges:

Flowserve Hamburg GmbH

 

Messtechnische Ausstattung

Der Kanal ist derzeit mit einer Basisausstattung versehen. Diese umfasst Sensoren zur Bestimmung der Geschwindigkeit in der Messstrecke, mehrere Temperaturfühler, um Schichtungen zu messen sowie Füllstandsensoren und Pumpenrelais für das Be- und Entfüllen. Zudem wird eine modulare Druckmessanlage mit zunächst 10 Kanälen eingesetzt werden. Eine erhebliche Erweiterung der Messtechnik ist im Rahmen von Projekten vorgesehen. Ebenso sind eine Geschwindigkeits- und Reynoldszahlregelung sowie erweiterte Automatismen (insb. Druck und Temperatur, Befüllung) vorbereitet.

 

Messtechnische Basisausstattung:

Peekel Instruments GmbH

 

Einweihung

Die Fertigstellung des Kanals war im Oktober 2010. Es werden umfangreiche Basisvalidierungen durchgeführt werden, so dass mit einer Aufnahme des operativen Betriebes etwa mit Beginn des Jahres 2012 zu rechnen ist.

Der Kanal ist ein gemeinschaftliches Projekt des Instituts für Strömungsmechanik zusammen mit dem Institut für Flugantriebe und Strömungsmaschinen (IFAS). Der Kanal ist derzeit in der Versuchshalle des IFAS aufgestellt. Mit dem gemeinsamen Umzug der Institute im Frühjahr 2012 an den Campus Forschungsflughafen wird der Kanal in die neue gemeinsame Versuchshalle der beiden Institute umgesetzt werden.

 

Das Projekt wird durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) und das Land Niedersachsen gefördert.


  aktualisiert am 02.03.2015
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