Volumenstrom einer Messblende berechnen

Volumenstrom mit einer Messblende messen

Eine Messblende ist eine dünne Scheibe mit mittiger Öffnung, die zwischen Rohrflanschen eingespannt wird. In der Öffnung beschleunigt die Strömung und der Druck fällt. Aus der gemessenen Druckdifferenz vor und hinter der Blende ergibt sich der Volumenstrom: Q = Cd × A × √(2 × Δp / (ρ × (1 − β⁴))). A ist die Blendenfläche, β das Verhältnis von Blendenöffnung zu Rohrinnendurchmesser und Cd der Durchflusskoeffizient.

Warum liegt der Durchflusskoeffizient bei etwa 0,61?

An der scharfen Kante löst sich die Strömung ab. Der Strahl schnürt sich hinter der Öffnung weiter ein. Der kleinste Strahlquerschnitt ist kleiner als die Öffnung und Wirbel bauen Energie ab. Beide Einflüsse werden in Cd zusammengefasst. Für dünne scharfkantige Blenden bei hohen Reynoldszahlen liegt der Wert zwischen 0,60 und 0,62. Der genaue Wert hängt von Durchmesserverhältnis, Reynoldszahl und Lage der Druckentnahmen ab.

Beispiel

Eine Blende mit 60 mm Öffnung sitzt in einem Rohr mit 100 mm Innendurchmesser. Für Wasser werden 30 kPa Druckdifferenz gemessen. Damit sind β = 0,6 und 1 − β⁴ = 0,8704. Es ergibt sich √(60 000 / 870,4) = 8,30 m/s bei einer Blendenfläche von 0,002827 m². Mit Cd = 0,61 beträgt der Volumenstrom 0,61 × 0,002827 × 8,30 = 0,01432 m³/s, also 14,3 Liter je Sekunde.

Grenzen

Die Berechnung gilt für Flüssigkeiten im vollgefüllten Rohr. Gase und Dampf benötigen eine Expansionszahl. Die gemessene Differenz ist nicht der bleibende Druckverlust, da sich ein Teil des Drucks hinter der Blende zurückgewinnt. Abrechnungsmessung und Blendenauslegung erfolgen nach ISO 5167.

Häufige Fragen

Wie berechnet man den Volumenstrom einer Messblende?

Die Blendengleichung ergibt für ein Rohr mit 100 mm Innendurchmesser, 25 mm Blendenöffnung und 30 kPa Differenzdruck bei 1000 kg/m³ Dichte und beispielhaftem Durchflusskoeffizienten 0,61 einen Volumenstrom von 2,324 L/s. Vorausgesetzt wird ein vollgefülltes Flüssigkeitsrohr. Der Koeffizient muss für die tatsächliche Geometrie bestätigt werden. Das Ergebnis ist kein bleibender Druckverlust.

Mit diesen Werten berechnen