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Beedy Academy · Rechner

Rechner für Strömungsmechanik

16 Praxisberechnungen für Rohrleitungen, Pumpen, Behälter und Durchflussmessung. Jeder Rechner zeigt seine Formel und bietet Übungsaufgaben.

Rohrleitungen und Druckverlust

Strömungsgeschwindigkeit im Rohr

Formelv = Q ÷ (π D² ÷ 4)  ·  hv = v² ÷ 2g  ·  Dreq = √(4Q ÷ π vt)
m³/h
mm
m/s
Geschwindigkeit (v)—m/s
Geschwindigkeitshöhe (hv)—m
Nötiger Durchmesser für vt—mm

Wasser, übliche Richtwerte: Saugleitung 0,6 bis 1,5 m/s, Druckleitung 1,5 bis 3 m/s. Den echten Innendurchmesser verwenden (nach Wanddicke).

Reynolds-Zahl (Strömungsform)

FormelRe = ρ × v × D ÷ μ
m³/h
mm
kg/m³
mPa·s
Geschwindigkeit (v)—m/s
Reynolds-Zahl (Re)—

Laminar unter 2300, turbulent über etwa 4000, dazwischen Übergang. Wasser bei 20 °C: μ ≈ 1,0 mPa·s; Öle: 10 bis 1000 mPa·s.

Rohrreibungsverlust (Darcy-Weisbach)

Formelf = 64 ÷ Re (Re < 2300)  ·  f = 0,25 ÷ [log₁₀(ε ÷ 3,7D + 5,74 ÷ Re0,9)]²  ·  hf = f × L ÷ D × v² ÷ 2g  ·  Δp = ρ g hf
m³/h
mm
m
kg/m³
mPa·s
Reynolds-Zahl (Re)—
Rohrreibungszahl (λ)—
Verlusthöhe (hf)—m
Druckverlust (Δp)—kPa

Reibungszahl nach Swamee-Jain (±1 % zu Colebrook für Re 5000 bis 10⁸); im Übergangsbereich (2300 bis 4000) nur Näherung. Neues Rohr: Die Rauheit nimmt mit dem Alter zu.

Einzelverluste (Summe der ζ)

Formelhm = ΣK × v² ÷ 2g  ·  Δp = ΣK × ρ v² ÷ 2
m³/h
mm
kg/m³
Geschwindigkeit (v)—m/s
Einzelverlusthöhe (hm)—m
Druckverlust (Δp)—kPa

Übliche ζ-Werte: 90°-Bogen 0,3 bis 0,9; offener Schieber 0,1 bis 0,2; Rückschlagklappe 2; Austritt in Behälter 1; scharfkantiger Einlauf 0,5.

Druck und Förderhöhe

Formelh = p ÷ (ρ g)  ·  p = ρ g H
kPa
m
kg/m³
Höhe entsprechend p—m
Druck entsprechend H—kPa
p in psi—psi

Für Wasser gilt 1 bar ≈ 10,2 m. Eine dichtere Flüssigkeit ergibt bei gleichem Druck weniger Höhe: Die Pumpe liefert dieselbe Förderhöhe, nicht denselben Druck.

Pumpen

Hydraulische Leistung und Wellenleistung

FormelPh = ρ g Q H  ·  Parbre = Ph ÷ ηp  ·  Pél = Parbre ÷ ηm
m³/h
m
kg/m³
%
%
Hydraulische Leistung (Ph)—kW
Wellenleistung—kW
Elektrische Leistungsaufnahme—kW

Motor mindestens 10 bis 15 % über der Wellenleistung im ungünstigsten Kennlinienpunkt wählen. Wirkungsgrad Kreiselpumpe: 50 bis 85 %.

Affinitätsgesetze (Drehzahl oder Laufraddurchmesser)

FormelQ₂ = Q₁ × (N₂ ÷ N₁)  ·  H₂ = H₁ × (N₂ ÷ N₁)²  ·  P₂ = P₁ × (N₂ ÷ N₁)³
m³/h
m
kW
rpm or mm
rpm or mm
Neuer Förderstrom (Q₂)—m³/h
Neue Förderhöhe (H₂)—m
Neue Leistung (P₂)—kW

Exakt bei Drehzahländerung mit gleichem Wirkungsgrad; beim Abdrehen des Laufrads nur für kleine Kürzungen (unter 10 bis 15 %). Der echte Betriebspunkt hängt auch von der Anlagenkennlinie ab.

NPSH-Wert der Anlage und Reserve

FormelNPSHa = (ps − pv) ÷ (ρ g) + z − hfs
kPa abs
m
m
kPa abs
kg/m³
m
NPSH der Anlage (NPSHa)—m
Reserve (NPSHa − NPSHr)—m
Verhältnis NPSHa ÷ NPSHr—

z ist negativ, wenn die Pumpe ansaugt (Saugbetrieb). Ziel: NPSHa ≥ 1,3 × NPSHr (oder mindestens 1 m Reserve); Wasser bei 20 °C: pv = 2,34 kPa, bei 60 °C: 19,9 kPa.

Betriebspunkt Pumpe-Anlage

FormelHp = H₀ − a Q²  ·  Hs = Hst + k Q²  ·  Q* = √((H₀ − Hst) ÷ (a + k))
m
m³/h
m
m
m
Förderstrom im Betriebspunkt—m³/h
Förderhöhe im Betriebspunkt—m

Näherung: parabolische Pumpenkennlinie durch H₀ und den Nennpunkt, Anlagenverluste mit Q². Für genaue Arbeit die echte Herstellerkennlinie überlagern.

Pumpenförderstrom durch Behälter-Auslitern

FormelQ = π D² ÷ 4 × Δh ÷ t + Qe
m
m
min
m³/h
Pumpenförderstrom—m³/h
Pumpenförderstrom—L/s

Stehender Behälter mit konstantem Querschnitt. Zulauf möglichst schließen (Qz = 0) und mindestens 2 bis 5 Minuten messen, um Ablesefehler zu verringern.

Behälter

Stehender Behälter: Füllstand und Volumen

FormelV = π D² ÷ 4 × h  ·  h = V ÷ (π D² ÷ 4)
m
m
m
m³
Volumen bei Stand h—m³
Gesamtinhalt—m³
Füllgrad—%
Füllstand für Volumen V—m
Volumen pro Zentimeter—L/cm

Flachboden. Bei Konus- oder Klöpperboden das Bodenvolumen getrennt addieren. Füllstand ab Innenboden gemessen.

Liegender Behälter: Teilfüllung

FormelV = L × [R² acos((R − h) ÷ R) − (R − h) √(2Rh − h²)]
m
m
m
Volumen bei Stand h—m³
Gesamtinhalt—m³
Füllgrad—%

Flache Böden (R = D ÷ 2). Mit Klöpperböden ist das echte Volumen etwas größer: Peiltabelle verwenden, falls vorhanden.

Entleerzeit durch eine Bodenöffnung

Formelt = (At ÷ (Cd Ao)) × √(2 ÷ g) × (√h₁ − √h₂)
m
mm
m
m
Dauer—min
Anfangsausfluss—m³/h

Torricelli: stehender, offener Behälter, freier Auslauf am Boden, ohne nachfolgende Leitung. Eine Ablaufleitung bringt Verluste und verlängert die Zeit.

Füll- oder Entleerzeit

FormelΔV = π D² ÷ 4 × (h₂ − h₁)  ·  t = ΔV ÷ (Qe − Qs)
m
m
m
m³/h
m³/h
Volumenänderung (ΔV)—m³
Dauer—h
Dauer—min

Stehender Behälter. Zum Entleeren h₂ unter h₁ und einen Ablauf größer als den Zulauf eingeben. Kein Ergebnis, wenn der Stand in die falsche Richtung läuft.

Durchflussmessung

Durchfluss mit Messblende

Formelβ = d ÷ D  ·  Q = C ÷ √(1 − β⁴) × π d² ÷ 4 × √(2 Δp ÷ ρ)
mm
mm
kPa
kg/m³
Durchmesserverhältnis (β)—
Volumenstrom (Q)—m³/h
Massenstrom—t/h

Nur Flüssigkeiten (ε = 1). Vereinfacht nach ISO 5167: C ≈ 0,60 bis 0,61 für scharfkantige Blenden, β 0,2 bis 0,75 und hohe Re; für eichpflichtige Messung die vollständige Gleichung (Reader-Harris/Gallagher) verwenden.

Wirkdruckmessung: Radizierung

FormelQ = Qmax × √(Δp ÷ Δpmax)
m³/h
kPa
kPa
Volumenstrom (Q)—m³/h
Durchfluss in % vom Messbereich—%
Wirkdruck in % vom Messbereich—%

Bei 25 % Wirkdruck hat man schon 50 % Durchfluss. Unter etwa 10 % Durchfluss wird die Messung unsicher: Die meisten Transmitter haben eine Schleichmengenunterdrückung.

Lern- und Prüfwerkzeuge. Die angegebenen Bereiche sind allgemeine Richtwerte: Halten Sie sich immer an die Verfahren, Genehmigungen und Sollwerte Ihrer Anlage. Es wird nichts übertragen: Die Berechnung läuft in Ihrem Browser.