Titel: | Ueber die Bewegung der comprimirten Luft in langen gusseisernen Röhren. |
Autor: | Gustav Schmidt |
Fundstelle: | Band 240, Jahrgang 1881, S. 329 |
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Ueber die Bewegung der comprimirten Luft in
langen guſseisernen Röhren.Vgl. den ersten Artikel in D. p. J. 1880 238 441. Daselbst ist für Versuch Nr. 1 p1 = 5,60 zu lesen
statt 5,66.
G. Schmidt, über die Bewegung der comprimirten Luft in
Röhren.
Bei dem Vergleiche der Stockalper'schen Versuche am Gotthard-Tunnel mit verschiedenen
bisher aufgestellten Formeln wurde unterlassen, den Vergleich auch mit jener Formel
zu machen, welche Grashof aus den Weisbach'schen
Versuchen abgeleitet hat. Dieser Vergleich wurde bereits von Prof. DolezalekZeitschrift des Architecten- und Ingenieurvereines zu
Hannover. 1880 Bd. 26 Heft 1 bis 3. Daselbst ist in der Tabelle V
S. 539 zu lesen: 0,168 statt 0,166 und 9,516 statt 9,394
angestellt und es ergab sich der Druckverlust z in
Atmosphären für die 6 Versuche:
Nr. 1
2
3
4
5
6
z = 0,51
0,25
0,29
0,14
0,23
0,113
statt beobachtet
z = 0,36
0,24
0,22
0,13Dies ist der von Stockalper angegebene
wahrscheinliche Werth für diese unsichere
Beobachtung.
0,19
0,105
Da die Uebereinstimmung theils gut, theils ungenügend ist, so konnte der Zweifel
entstehen, ob diese Verschiedenheit nicht theilweise darin liegen könnte, daſs Dolezalek die Grashof'sche Formel in einer anderen
Weise angewendet hat, als sie wohl gemeint ist. Setzt man nämlich den Druckverlust,
gemessen in Kilogramm für 1^{qm},=p_1-p_2, so ist nach Grashof:
p_1-p_2=\lambda\,\frac{u^2}{2\,g}\
\frac{L\,\delta}{d} . . . . . . (1)
\lambda=0,01355+\frac{0,001235+0,01\,d}{d\,\sqrt{u}}, . . .
. . . (2)Vgl. Grashof: Hydraulik, S. 604
worin L die Länge, d den Durchmesser in Meter bedeutet, aber nach meiner
Auffassung des Textes das Gewicht δ für 1cbm und die Geschwindigkeit u auf den Anfangszustand bezogen sind, während Dolezalek die Gröſsen δ
und u auf die mittlere Pressung
p=\frac{p_1+p_2}{2} bezieht. Ich habe daher die Rechnung im
ersteren Sinne durchgeführt und zur Controle auch noch den Coefficienten ψ der Formel:
z=\psi\,\frac{u^2\,L\,\delta}{10^8\,d}. . . .
. . . . (3)
gerechnet, welche den Verlust z
in Atmosphären gibt, daher:
\psi=\frac{\lambda\,10^8}{10333\times\,2\,g}=6,6847+\frac{0,60928+4,9334\,d}{d\,\sqrt{u}}.
. . . . . . . (4)
Es ergibt sich:
Versuch Nr.
1
2
3
4
5
6
δ =
6,796
6,176
5,223
4,868
4,611
4,302
u =
5,667
11,092
4,910
9,367
4,642
8,846
105λ =
2034
1902
2085
1951
2106
1968
ψ =
10,04
9,39
10,29
9,62
10,39
9,71
z =
0,504
0,248
0,298
0,143
0,237
0,114.
Diese Werthe stimmen mit jenen von Dolezalek aus dem mittleren Zustand berechneten in den 2 ersten Ziffern
ganz überein; also ist der verschiedene Grad der Abweichung von der Beobachtung auf
diese Weise nicht zu erklären. Nach der von mir aus den
Stockalper'schen Versuchen abgeleiteten Formel ist:
\psi=0,76\,\left(5+\frac{1}{d}\right), . . . .
. . (5)
also für Versuch Nr. 1, 3, 5
ψ = 7,6
und für Versuch Nr. 2, 4, 6
ψ = 8,87,
jedoch bezogen auf die Pressung p
= ½ (p1 + p2), und es folgt
hiermit:
z = 0,394
0,238
0,221
0,134
0,177
0,104at
oder, wenn man dieselbe Formel gelten lassen würde, auf den
Anfangs-zustand bezogen:
z = 0,382
0,234
0,220
0,132
0,173
0,104at
Dieser Unterschied ist also auch hier unwesentlich und es
bleibt daher künftigen Versuchen vorbehalten, zu entscheiden, ob bei Berechnung von
z nach Formel (3) der Coefficient ψ nach Formel (4) oder besser nach (5) zu bestimmen
sei. Nimmt man u = 9m
an, so geben beide Formeln übereinstimmende Resultate, wenn
6,6847+\frac{0,20309+1,6445\,d}{d}=3,8+\frac{0,76}{d} ist,
woraus d = 0m,123.
Für alle gröſseren Werthe von d gibt die Formel (5) den
Coefficienten ψ kleiner als jene (4) nach Grashof.
Bei Berechnung einer Anlage ist gegeben:
M_0 die Luftmenge in Cubikmeter für 1
Secunde, gemessen bei atmosphärischer Spannung und bei der Temperatur t in der Leitung, und
a=\frac{p_2}{10333} die Spannung am Ende der Leitung in
Atmosphären.
Wüſste man z bereits, so wäre die mittlere Spannung in
Atmosphären = a + ½ z,
also \delta=\frac{353\,(a+1/2\,z)}{273+t}, wofür bei t = 10°
gesetzt werden kann: d = 5/4 (a + ½ z).
Ferner wäre das Volumen bei der mittleren Spannung
M=\frac{M_0}{a+1/2\,z} also die mittlere Geschwindigkeit
u=\frac{4_M}{\pi\,d^2}=\frac{4\,M_0}{\pi\,d^2\,(a+1/2\,z)},
folglich nach Formel (3) und (5):
z=0,76\,\left(\frac{1+5\,d}{d}\right)\,\frac{L}{10^8\,d}\
\frac{5}{4}\,(a+1/2\,z)\,\frac{16\,{M_0}^2}{\pi^2\,d^4\,(a+1/2\,z)^2}
oder, wenn man setzt:
k=\frac{154}{10^{10}}\,(1+5\,d)\,\frac{L\,{M_0}^2}{d^6} . .
. . . . . . (6)
z=\frac{k}{a+1/2\,z}, woraus folgt:
z=\sqrt{a^2+2\,k}-a . . . . . . . . (7)
Man nimmt versuchsweise mehrere Werthe von d an, rechnet
aus Formel (6) den Werth k und hiermit aus (7) den
Spannungsverlust \frac{p_1-p_2}{10333}=z^{at}, um sich hiermit
über zweckmäſsigste Wahl von d und z entscheiden zu können. Die Formel (4) ist für solche
Rechnungen etwas unbequemer als (5).
Sobald weitere verläſsliche Angaben über Versuche im Groſsen vorliegen werden, kann
diese Frage wieder aufgenommen werden.
Gustav Schmidt.