Was ist transiente Strömung?

Transiente Strömung ist eine fluiddynamische Bedingung, bei der sich die Geschwindigkeit und der Druck einer Fluidströmung im Laufe der Zeit aufgrund von Änderungen des Systemstatus ändern. Diese Änderungen können durch das Starten oder Stoppen einer Pumpe, das Öffnen oder Schließen von Ventilen oder Schwankungen des Versorgungsdrucks von Reservoirs oder Tanks verursacht werden. Es ist normalerweise durch eine starke Druckwelle oder -wellen gekennzeichnet, die nach Beendigung des Niederschlagsereignisses noch eine beträchtliche Zeit andauern können. Transiente Strömungsereignisse können extrem destruktiv sein, wenn die Größe und Geschwindigkeit der Druckwelle die Kapazität des Systems, in dem sie stattfindet, übersteigt. Die Lösung wiederkehrender transienter Strömungsprobleme ist nicht einfach und in der Regel nur mit ausgeklügelten Softwaresimulationen erreichbar.

Wenn Flüssigkeiten wie Wasser ungehindert und mit konstanter Geschwindigkeit durch ein beliebiges System von Rohren und Ventilen getrieben werden, bleiben die Geschwindigkeit der Flüssigkeit und der Druck, den sie auf das System ausübt, konstant und vorhersehbar. Wenn ein Teil dieses Gleichgewichts gestört ist, zum Beispiel das Starten einer Druckerhöhungspumpe oder das Schließen eines Ventils, dann wird ein Zustand eingeleitet, der als vorübergehender Durchfluss bekannt ist. Dieser Zustand ist gekennzeichnet durch eine plötzliche Spitze des Drucks und der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids, deren Größe von der Art des auslösenden Ereignisses und seiner Geschwindigkeit abhängt. Da Wasser ein resonantes Material ist, wird diese Welle entlang der gesamten Flüssigkeitssäule übertragen, deren Ergebnisse normalerweise im gesamten System spürbar sind.

Dieser Zustand kann durch eine einzelne oder eine Reihe von Wellen gekennzeichnet sein, die in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen noch lange nach Beendigung des auslösenden Ereignisses in der Flüssigkeitssäule aktiv bleiben können. Diese Wellen verursachen häufig ein lautes Klopfen in den Rohrleitungen, was zu dem gebräuchlichen Namen des Phänomens Wasserschlag führt. In Fällen, in denen die Druckwelle und die daraus resultierende Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des Fluids ausreichend groß sind, kann die vorübergehende Strömung Schäden oder sogar den vollständigen Ausfall von Rohren und Ventilen entlang des Systems verursachen. Diese Ereignisse können nicht nur erhebliche Schäden anrichten, sondern auch druck- und durchflusssensitive Fertigungsprozesse stark stören.

Es ist schwierig, die Ursache von transienten Strömungsereignissen genau zu definieren, um sie zu beseitigen. In den meisten Fällen ist als Ausgangspunkt eine gründliche Kenntnis der genauen Beschaffenheit der beteiligten Flüssigkeiten sowie der Details zu Rohr, Ventil und Rohrhalterung erforderlich. Danach wird komplexe und hochentwickelte Computersoftware verwendet, um Bedingungen im System zu simulieren, die in den meisten Fällen die Quelle und mögliche Lösungen für vorübergehende Strömungsereignisse identifizieren können.