Os ejetores são dispositivos largamente utilizados nos mais diversos ramos da engenharia. Este trabalho foi desenvolvido no Laboratório de Hidráulica da Escola de Engenharia de São Carlos - USP, com o propósito de avaliar experimental e teoricamente o desempenho de ejetores de baixo custo, projetados e construídos em conexões do tipo \"tê\" de PVC, onde água foi utilizada tanto como fluido prmário como secundário. Os ensaios foram realizados com ejetores de diâmetros nominais de 25 mm e de 32 mm com relações de áreas de 0,25; 0,35 e 0,53. Foi utilizado também, para cada diâmetro, um ejetor mais compacto e sem câmara de mistura, com a relação de áreas de valor intermediário. Os ejetores comuns apresentaram rendimentos mais elevados do que os compactos, sendo o máximo de 30,52% alcançado com o ejetor de 25 mm e relação de áreas de 0,35. Os coeficientes de perda de carga em cada componente dos ejetores foram ajustados através de um modelo unidimensional. O fenômeno da cavitação também foi analisado. Os resultados mostraram que os ejetores de baixo custo apresentam funcionamento similar ao dos ejetores convencionais. / The ejectors are devices widely used in the most several branches of the engineering. This work was developed at the Laboratory of Hydraulics of the School of Engineering of São Carlos - SP, with the purpose of evaluating experimentally and theoretically the acting of low cost ejectors, projected and built in connections of the type \"tee\" of PVC, where water was used as much primary fluid as secondary. The experiments were accomplished with ejectors of nominal diameters of 25 mm and of 32 mm with area ratio of 0,25; 0,35 and 0,53. It was also used, for each diameter, a more compact ejector and without mixing chamber, with the area ratio of intermediate value. The common ejectors presented higher efficiencies than the compact ones, being the maximum of 30,52% reached with the ejector of 25 mm and area ratio of 0,35. The coefficients of head loss in each component of the ejectors were adjusted through one-dimensional model. The phenomenon of the cavitation was also analyzed. The results showed that the low cost ejectors present similar operation to the conventional ejectors.

Os ejetores são dispositivos largamente utilizados nos mais diversos ramos da engenharia. Este trabalho foi desenvolvido no Laboratório de Hidráulica da Escola de Engenharia de São Carlos - USP, com o propósito de avaliar experimental e teoricamente o desempenho de ejetores de baixo custo, projetados e construídos em conexões do tipo \"tê\" de PVC, onde água foi utilizada tanto como fluido prmário como secundário. Os ensaios foram realizados com ejetores de diâmetros nominais de 25 mm e de 32 mm com relações de áreas de 0,25; 0,35 e 0,53. Foi utilizado também, para cada diâmetro, um ejetor mais compacto e sem câmara de mistura, com a relação de áreas de valor intermediário. Os ejetores comuns apresentaram rendimentos mais elevados do que os compactos, sendo o máximo de 30,52% alcançado com o ejetor de 25 mm e relação de áreas de 0,35. Os coeficientes de perda de carga em cada componente dos ejetores foram ajustados através de um modelo unidimensional. O fenômeno da cavitação também foi analisado. Os resultados mostraram que os ejetores de baixo custo apresentam funcionamento similar ao dos ejetores convencionais. / The ejectors are devices widely used in the most several branches of the engineering. This work was developed at the Laboratory of Hydraulics of the School of Engineering of São Carlos - SP, with the purpose of evaluating experimentally and theoretically the acting of low cost ejectors, projected and built in connections of the type \"tee\" of PVC, where water was used as much primary fluid as secondary. The experiments were accomplished with ejectors of nominal diameters of 25 mm and of 32 mm with area ratio of 0,25; 0,35 and 0,53. It was also used, for each diameter, a more compact ejector and without mixing chamber, with the area ratio of intermediate value. The common ejectors presented higher efficiencies than the compact ones, being the maximum of 30,52% reached with the ejector of 25 mm and area ratio of 0,35. The coefficients of head loss in each component of the ejectors were adjusted through one-dimensional model. The phenomenon of the cavitation was also analyzed. The results showed that the low cost ejectors present similar operation to the conventional ejectors.

Coaxial jet flows have a considerable practical application area as water jet pumps. Efficiency of such systems is affected by complex turbulence mechanisms and large-scale vortex structures formed in the mixing regions. An experimental setup is constructed to estimate the momentum exchange rates and mixing of the two jet flows from the coaxial pipes. Pressure distributions along the mixing pipe wall are measured for different flow ratios of the jets. In addition to present experiments, numerical data of two experimental studies from the literature are considered as test cases. Numerical solutions for the test cases are obtained using FLUENT. Experimental and numerical results are compared and adequacy of FLUENT solution is illustrated.

In der Arbeit erfolgen Untersuchungen einer neuartigen Materialkombination hinsichtlich ihrer Eignung als Füllmaterial für alte Bergwerksstollen zum dauerhaften Verfüllen dieser Stollen. Dazu wird ein vorhandenes Füllmaterial dahingehend modifiziert, dass es einer höheren Belastung durch den entstehenden Gebirgsdruck besser standhält. Eine Versuchsanlage für den Einsatz unter Tage wird dafür konzipiert um verschiedene Stoffgemische mit Hilfe eines Strahlrohres vor Ort herzustellen und damit Versuchsstollen zu füllen. In diesem Zusammenhang wird das Prinzip des Strahlrohres näher erläutert und ein auf die Bedingungen und Fördermengen angepasstes Strahlrohr ausgelegt, konstruiert und getestet. Parallel dazu werden mit dem gleichen Füllmaterial im Labor verschiedene Festigkeitsuntersuchungen durchgeführt. Im Anschluss wurde der Aushärtevorgang in den Teststollen dokumentiert und ausgewertet.:1. Einleitung 2. Zielstellung und Abgrenzung der Arbeit 2.1. Ziel der Arbeit 2.2. Lösungsansatz 2.3. Abgrenzung der Arbeit 3. Grundlagen 3.1. Versatzbergbau in Bernterode 3.2. Bewegungsverhältnisse im Suspensionsrohr unter Tage 3.3. Siebklassierung 3.3.1. Analyse 3.3.2. Produktionssiebung 3.4. Statischer Mischer 3.5. Strahlrohr - Funktionsprinzip 4. Realisierung der Steinsalzzugabe 4.1. Auslegung des Strahlrohres 4.1.1. Vorbemerkung 4.1.2. Richtlinien zur Auslegung 4.1.3. Berechnung des Strahlrohres 4.2. Auslegung des statischen Mischers 4.2.1. Auswahl des Mischertyps und Variantenbetrachtung 4.2.2. Berechnung 5. Analytische Untersuchungen 5.1. Grundrezeptur für die Suspension 5.2. Untersuchung des eingesetzten Halits 5.2.1. Klassierung des Halits 5.2.2. Analyse des Halits 5.2.3. Bestimmung weiterer Parameter 5.2.4. Mikroskopische Aufnahmen des Salzes 5.3. Labortechnische Untersuchungen 5.4. Druckfestigkeitsuntersuchungen im Labormaßstab 5.4.1. Beschreibung der Laborversuche 5.4.2. Probenvorbereitung 5.4.3. Durchführung der Druckversuche 5.4.4. Durchführung Langzeitlagerung 6. Experimentelle Untersuchungen unter Tage 6.1. Übersicht 6.2. Versuchsaufbau unter Tage 6.2.1. Vorversuche 6.2.2. Dauerversuche 6.3. In-situ-Versuche 6.4. Ex-situ-Versuche 7. Auswertung 7.1. Stützkornzugabe mit Hilfe eines Strahlrohres 7.2. Einaxialer Druckversuch 7.2.1. Probenvorbereitung 7.2.2. Druckversuch 7.2.3. Druckversuch Langzeitlagerung über 20 Wochen 7.2.4. Mikroskopische Aufnahmen der Bruchflächen 7.2.5. Materialfeuchtemessung 7.2.6. Materialfeuchtemessung Langzeitlagerung 7.3. In-situ-Untersuchungen 7.3.1. Messung des Verformungsmoduls Evd 7.3.2. Dichtemessungen der ausdrainierten Abschnitte 8. Zusammenfassung und Ausblick 9. Literaturverzeichnis 10. Abbildungsverzeichnis 11. Tabellenverzeichnis 12. Anlagen 12.1. Geschichte des Salzbergbaus 12.2. Begriffsdefinition – Suspension 12.3. Statischer Mischer 12.4. Technische Zeichnungen des Strahlrohres 12.5. Ergebnis der Klassierung des eingesetzten Halits 12.6. Protokoll Spülversuch Stützkorn am 15.3.2016 12.7. Protokoll einaxialer Druckversuch Labormaßstab 12.8. Protokoll einaxialer Druckversuch – Langzeitlagerung / The thesis concentrates on the research of a new material combination regarding its usefulness as a long-term filling material for old mines. Already existing filling material was modified in a way to withstand a bigger rock pressure. After a brief introduction of mining in Central Germany, resulting in the necessity of using such a technology, the established process this thesis is based on will be described in greater detail. Further, important terminology and employed technology will be clarified. Based upon this, an underground test facility is designed in order to produce different substance mixtures with the help of a radiant tube to fill the test tunnels. In this context, the principle of the radiant tube will be further clarified. The radiant tube, adjusted to the conditions and delivery rates, will then be constructed and tested. At the same time, the same filling material will be thoroughly tested in a laboratory regarding its strength and cohesiveness. Subsequently, the hardening process in the tunnels underground will be documented and evaluated.:1. Einleitung 2. Zielstellung und Abgrenzung der Arbeit 2.1. Ziel der Arbeit 2.2. Lösungsansatz 2.3. Abgrenzung der Arbeit 3. Grundlagen 3.1. Versatzbergbau in Bernterode 3.2. Bewegungsverhältnisse im Suspensionsrohr unter Tage 3.3. Siebklassierung 3.3.1. Analyse 3.3.2. Produktionssiebung 3.4. Statischer Mischer 3.5. Strahlrohr - Funktionsprinzip 4. Realisierung der Steinsalzzugabe 4.1. Auslegung des Strahlrohres 4.1.1. Vorbemerkung 4.1.2. Richtlinien zur Auslegung 4.1.3. Berechnung des Strahlrohres 4.2. Auslegung des statischen Mischers 4.2.1. Auswahl des Mischertyps und Variantenbetrachtung 4.2.2. Berechnung 5. Analytische Untersuchungen 5.1. Grundrezeptur für die Suspension 5.2. Untersuchung des eingesetzten Halits 5.2.1. Klassierung des Halits 5.2.2. Analyse des Halits 5.2.3. Bestimmung weiterer Parameter 5.2.4. Mikroskopische Aufnahmen des Salzes 5.3. Labortechnische Untersuchungen 5.4. Druckfestigkeitsuntersuchungen im Labormaßstab 5.4.1. Beschreibung der Laborversuche 5.4.2. Probenvorbereitung 5.4.3. Durchführung der Druckversuche 5.4.4. Durchführung Langzeitlagerung 6. Experimentelle Untersuchungen unter Tage 6.1. Übersicht 6.2. Versuchsaufbau unter Tage 6.2.1. Vorversuche 6.2.2. Dauerversuche 6.3. In-situ-Versuche 6.4. Ex-situ-Versuche 7. Auswertung 7.1. Stützkornzugabe mit Hilfe eines Strahlrohres 7.2. Einaxialer Druckversuch 7.2.1. Probenvorbereitung 7.2.2. Druckversuch 7.2.3. Druckversuch Langzeitlagerung über 20 Wochen 7.2.4. Mikroskopische Aufnahmen der Bruchflächen 7.2.5. Materialfeuchtemessung 7.2.6. Materialfeuchtemessung Langzeitlagerung 7.3. In-situ-Untersuchungen 7.3.1. Messung des Verformungsmoduls Evd 7.3.2. Dichtemessungen der ausdrainierten Abschnitte 8. Zusammenfassung und Ausblick 9. Literaturverzeichnis 10. Abbildungsverzeichnis 11. Tabellenverzeichnis 12. Anlagen 12.1. Geschichte des Salzbergbaus 12.2. Begriffsdefinition – Suspension 12.3. Statischer Mischer 12.4. Technische Zeichnungen des Strahlrohres 12.5. Ergebnis der Klassierung des eingesetzten Halits 12.6. Protokoll Spülversuch Stützkorn am 15.3.2016 12.7. Protokoll einaxialer Druckversuch Labormaßstab 12.8. Protokoll einaxialer Druckversuch – Langzeitlagerung

Thermoakustische Motoren wandeln Wärme in die Energie einer Schallwelle um. In Kombination mit einem akustisch-elektrischen Wandler lassen sie sich nutzen, um aus einem niedertemperierten Wärmestrom höherwertige elektrische Leistung zu generieren. Sie besitzen einen einfachen Aufbau und können dabei einen relativ hohen Wirkungsgrad erreichen. Als wesentliche Voraussetzung praktischer Anwendungen gilt die Verwertbarkeit niedertemperierter Wärmeströme. Die Entwicklung mehrstufiger thermoakustischer Motoren auf Basis eines λ-Resonators hat gezeigt, dass dieses Kriterium erfüllbar ist. Störungen der Schallwelle, welche eine effiziente Umsetzung des thermoakustischen Prozesses erschweren, gleichen sich in mehrstufigen Systemen inhärent aus. Mit Hilfe eines zusätzlichen akustisch wirksamen Elements können diese Störungen auch in einstufigen Aufbauten gemindert werden. Obwohl die Methode prinzipiell bekannt ist, fand eine systematische Analyse bisher lediglich rudimentär statt. Mit Ausnutzung der sich ergebenden Möglichkeiten wäre eine der am wenigsten komplexen Formen thermoakustischer Motoren mit geringer Temperaturdifferenz betreibbar. Parallel kann die innovative Anwendung zusätzlicher akustischer Elemente auch in mehrstufigen Anlagen förderlich sein und beschriebene geometrische Restriktionen auflösen. In Form numerischer Studien, gelingt ein Wirksamkeitsnachweis der vorgestellten Methoden. Die Option zur vergleichbaren Justierung des akustischen Feldes in ein- und mehrstufigen Systemen mittels wirksamer Elemente lässt erstmals eine objektive Beurteilung der Leistungsfähigkeit in Abhängigkeit der Systemkomplexität zu. Durch eine strukturierte Variation einer Vielzahl geometrischer, akustischer und thermischer Parameter ist zudem die Darstellung sich überlagernder Abhängigkeiten auf Systemebene durchführbar. Die Betrachtungen erlauben einen tieferen Einblick in die Funktionsweisen und erweitern das generelle Verständnis grundlegend. Mit der Nutzung eines eigens entwickelten thermoakustischen Versuchsstandes erfolgt eine experimentelle Validierung der verwendeten Simulationsmodelle am Beispiel des einstufigen Motors. Dieser kommt auch für weiterführende Untersuchungen zur Unterdrückung schadhafter konvektiver Strömungen zum Einsatz. Mit der Implementierung einer vollbetriebsfähigen bidirektionalen Turbine zur akustisch-elektrischen Wandlung erfolgt ein erster Funktionsnachweis eines thermoakustisch-elektrischen Generators nach besprochener Bauform. Die umfassenden Analyseergebnisse lassen sich als Entwurfsvorlage für die optimierte Umsetzung nachfolgender thermoakustischer Systeme nutzen. Unter Berücksichtigung der vorgestellten Methoden zeigt die Arbeit mögliche Wege auf, wie sich zukünftig niedertemperierte Wärme für den Betrieb eines elektrischen Verbrauchers verwerten ließe.:Kurzfassung Danksagung Inhaltsverzeichnis Symbolverzeichnis 1 Einleitung 1.1 Motivation 1.2 Aufbau der Arbeit 2 Thermoakustik 2.1 Geschichtlicher Hintergrund 2.1.1 Frühe Entwicklung 2.1.2 Moderne Entwicklung 2.2 Funktionsprinzip 2.2.1 Richtung der Energieübertragung 2.2.2 Thermodynamischer Vergleichsprozess 2.3 Theorie der linearen Thermoakustik 2.3.1 Verlustloser Kanal 2.3.2 Viskose und thermische Randschichteffekte 2.3.3 Berücksichtigung eines Temperaturgradienten 2.3.4 Akustische Leistung 2.4 Anwendungen 2.4.1 Anwendungen nach dem Prinzip einer stehenden Welle 2.4.2 Anwendungen nach dem Prinzip einer Wanderwelle 2.4.3 Anwendungen für die Nutzung von Niedertemperatur-Wärme 3 Parameterstudie an einem einstufigen System 3.1 Zugrunde liegender Aufbau und DeltaEC-Modell 3.2 Untersuchte Parameter 3.2.1 Akustische Bedingungen im Regenerator 3.2.2 Geometrie des Regenerators 3.2.3 Geometrie der Wärmeübertrager 3.2.4 Flächenverhältnis und Länge der Hohlräume 3.2.5 Akustische Last und Wirkungsgrad 3.2.6 Prozessparameter - Druck, Gas, Resonanzfrequenz und Temperatur 3.3 Ergebnisse und Diskussion 3.3.1 Akustische Bedingungen im Regenerator 3.3.2 Geometrie des Regenerators 3.3.3 Geometrie der Wärmeübertrager 3.3.4 Flächenverhältnis und Länge der Hohlräume 3.3.5 Akustische Last 3.3.6 Prozessparameter – Druck, Gas, Resonanzfrequenz und Temperatur 3.4 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen 4 Alternative Varianten zur Manipulation der akustischen Bedingungen 4.1 Bauformen einstufiger Systeme 4.2 Übergeordnete Position des Stutzens 4.3 Kompressibel und träge wirkende Rohrabschnitte 4.3.1 Funktionsweise der wirksamen Rohrabschnitte 4.3.2 Abhängigkeit von der Länge der wirksamen Rohrabschnitte 4.4 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen 5 Mehrstufige Systeme 5.1 Zweistufige Systeme 5.1.1 Symmetrisches zweistufiges System mit gesonderter Impedanzanpassung 5.1.2 Zweistufiges System mit natürlicher Selbstanpassung 5.2 Drei-, vier- und fünfstufige Systeme 5.2.1 Akustische Bedingungen bei natürlicher Selbstanpassung 5.2.2 Beeinflussung der Selbstanpassung durch akustisch wirksame Elemente 5.2.3 Beeinflussung der Selbstanpassung durch unterschiedlich lange Hohlräume 5.3 Leistungsvergleich bezüglich Wirkungsgrad und Temperatur 5.4 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen 6 Auslegung, Entwurf und Aufbau des thermoakustischen Versuchsstandes 6.1 Anforderungen an den thermoakustischen Versuchsstand 6.2 Thermoakustischer Motor 6.2.1 Struktureller Rohrleitungsbau 6.2.2 Regenerator 6.2.3 Wärmeübertrager 6.2.4 Gesamtsystem des thermoakustischen Motors 6.3 Kontrolle der Gedeon-Strömung 6.3.1 Theorie der Gedeon-Strömung 6.3.2 Membran 6.3.3 Strömungsdiode 6.4 Helmholtz-Resonator als akustische Last 6.4.1 Theoretische Grundlagen 6.4.2 Entwurf und Aufbau 6.5 Bidirektionale Turbine als akustisch-elektrischer Wandler 6.5.1 Theoretische Grundlagen 6.5.2 Entwurf und Aufbau 6.6 Wärmezufuhr 6.7 Wärmeabfuhr 6.8 Gasversorgung 6.9 Messtechnik, Datenerfassung und -auswertung 6.9.1 Temperaturmessung 6.9.2 Messung der akustischen Parameter 6.9.3 Steuerung der elektrischen Heizpatronen 6.9.4 Belastung und Vermessung der Turbine-Generator Einheit 6.10 Halterung 7 Versuchsdurchführung und Auswertung 7.1 Bildung des numerischen Modells 7.1.1 Modellbildung des thermoakustischen Motors 7.1.2 Methodik zum Abgleich des akustischen Feldes von Experiment und Simulation 7.1.3 Modellbildung des Helmholtz-Resonators als akustische Last 7.2 Variation der Stutzenparameter bei 1 bar 7.2.1 Umfangskorrektur und Abgleich der Stutzenparameter 7.2.2 Unbelastetes System 7.2.3 Belastetes System 7.3 Variation der Stutzenparameter bei 20 bar 7.3.1 Umfangskorrektur und Abgleich der Stutzenparameter 7.3.2 Unbelastetes System 7.3.3 Belastetes System 7.4 Temperaturabhängigkeit des Leistungsvermögens 7.4.1 Einsetztemperatur der akustischen Schwingung 7.4.2 Temperaturabhängiges Leistungsvermögen 7.5 Untersuchungen am Helmholtz-Resonator 7.5.1 Abhängigkeit der Lastimpedanz von den Stutzenparametern 7.5.2 Variation der Lastposition 7.5.3 Temperaturabhängigkeit der Leistungsfähigkeit 7.5.4 Variation der Halslänge 7.6 Thermalmodell und Wärmeverluste 7.6.1 Thermale Randbedingungen im Modell 7.6.2 Überprüfung der kaltseitigen Wärmeübertragung 7.6.3 Wärmeverluste bei unterbundener thermoakustischer Wandlung 7.6.4 Betriebsabhängige konvektive Wärmeverluste 7.7 Untersuchungen zur Gedeon-Strömung 7.7.1 Einfache Bauart 7.7.2 Geviertelte Bauart 7.7.3 Membran 7.8 Bidirektionale Turbine 7.9 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen 8 Zusammenfassung und Ausblick 8.1 Einstufige Systeme 8.2 Mehrstufige Systeme 8.3 Experimentelle Versuchsergebnisse 8.4 Ausblick Anhang Literaturverzeichnis