Theoretische und experimentelle Untersuchungen an dreidimensionalen Wirbelströmungen für industrielle Absauganlagen

Die begrenzte Wirkung und der hohe Luftverbrauch industrieller Absauganlagen zwingen unter den Gesichtspunkten des Arbeitsschutzes und eines rationellen Energieeinsatzes zur Suche nach neuen Lösungen in der Absaugtechnik. In der vorliegenden Arbeit wird über die Entwicklung und Erprobung einer industriellen Saughaube mit Wirbelströmung berichtet, die gegenüber konventionellen Saughauben bei vergleichbarer Saugwirkung einen wesentlich geringeren Luftdurchsatz und somit Energiebedarf aufweist. Ausgehend von den Anforderungen und Einsatzbedingungen wurde das Konzept einer Saughaube mit Wirbelströmung entwickelt und in ein Experimentalmodell umgesetzt. Mit Hilfe eines numerischen Simulationsverfahrens konnte die Wirbelströmung berechnet und der Einfluß von geometrischen und dynamischen Parametern auf die Struktur der Strömung ermittelt werden. Diese Untersuchungen dienten zur Auslegung eines mechanisch arbeitenden Wirbelgenerators, der im Rahmen von Voruntersuchungen für die experimentelle Darstellung des Strömungsfeldes eingesetzt wurde. Auf der Grundlage dieser Ergebnisse wurde das Modell einer Saughaube entwickelt, bei dem die Wirbelströmung durch einen ringförmigen Luftschleier erzeugt wird. An diesem Modell wurde mit berührungsfrei arbeitenden Meßverfahren (Laser-Doppler-Anemometrie, Holographie) die Geschwindigkeits- und Druckverteilung im Strömungsfeld, insbesondere im Wirbelkern gemessen. Die experimentellen Untersuchungen haben ergeben, daß mit Hilfe des Luftschleiers, der über einen Ringspalt am unteren Rand der Saughaube austritt, das charakteristische Strömungsfeld eines Tornados aufgebaut und für den Schadstofftransport zum Saugrohr genutzt werden kann. Die freie Wirbelströmung unterhalb der Saughaube wird durch den Luftschleier stabilisiert und von Raumlufteinflüssen, vor allem Querströmungen abgeschirmt. Das Wirbelfeld zeigt alle Merkmale, die in Schlauchwirbeln beobachtet und experimentell nachgewiesen werden konnten, insbesondere die Ausbildung eines ko