Titel: ZERKOWITZ: Ueber die freie Expansion von Gasen und Dämpfen.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1915, Band 330 (S. 87–88)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj330/ar330020

Ueber die freie Expansion von Gasen und Dämpfen.

Von Privatdozent Dr. G. Zerkowitz, Ingenieur in München.

Im Anschluß an meine unter dem gleichen Titel in Heft 44/45, Jahrgang 1914, erschienenen Arbeit sei der größeren Klarheit wegen noch folgendes bemerkt:

Wie die Anwendung des Impulssatzes ergeben hat, läßt sich die mittlere achsiale Geschwindigkeit bei freier Expansion aus der Gleichung (9)

M (w II – w I ) = f 1 (p 1 – p 2 ) – P r

berechnen. Es ist nun zu bemerken, daß in Pv nur die Reibung am Strahlrande enthalten ist. Die innere Reibung äußert sich in Schubkräften, die paarweise auftreten; sie bewirkt nur einen Austausch der Bewegungsgröße der einzelnen Stromfäden und trägt dadurch zur Dämpfung der Schwingungen bei, ohne indessen die mittlere achsiale Geschwindigkeit des freien Strahles herabzusetzen. Aehnliche Verhältnisse treten z.B. bei der Mischung von zwei strömenden gasförmigen oder tropfbaren Flüssigkeiten auf. Durch die auftretenden Schubkräfte wird wohl ein Energieverlust, nicht aber ein Impulsverlust hervorgerufen.

Anders steht es mit der Reibung am Strahlrande. Durch die dämpfende Wirkung des umgebenden Mediums wird ein Teil des Impulses vom Strahl auf die Umgebung übertragen.

Bei der Bewertung versuchstechnischer Ergebnisse ist zu beachten, daß die Reaktionsmessung nichts darüber aussagt, inwieweit Impuls vom Strahl auf die Umgebung übergeht. Bei der Stoßdruckmesung hängt es wesentlich davon ab, wie weit die Platte von der Mündung entfernt, und wie groß die Platte gewählt wird.

An dieser Stelle sei noch besonders betont, daß die beiden angeführten Meßverfahren nichts anderes als Impulsmessungen sind. Streng genommen ist es nicht zulässig, aus den auf diesem Wege gewonnenen Ergebnissen auf den „Energieverlust“ schließen zu wollen; denn dafür ist nicht die mittlere Achsialgeschwindigkeit, sondern das mittlere Quadrat der Geschwindigkeit maßgebend. Dieses läßt sich aber weder mittels des Reaktionsverfahrens, noch mit Hilfe des Stoßdruckverfahrens bestimmen. Man muß sich also hüten, aus den auf experimenteller Grundlage gewonnenen Resultaten allzu weitgehende Schlußfolgerungen zu ziehen. Immerhin verdankt man den verschiedentlich durchgeführten Versuchen die Erkenntnis, daß entgegen der ursprünglichen Ansicht auch bei nicht erweiterten Düsen eine höhere Geschwindigkeit erreicht werden kann als die Schallgeschwindigkeit. Am deutlichsten geht dies übrigens aus den photographischen Aufnahmen hervor.

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Ob nun in Wirklichkeit die freie Expansion auch tatsächlich stattfindet, hängt ganz davon ab, inwieweit sich der Strahl frei entwickeln kann. Findet der Strahl Hindernisse vor, so wird der weitere Strömungsvorgang wesentlich beeinflußt. Auf die Anzeige des Reaktionsapparates kann ein vorgebautes Hindernis jedoch keinen Einfluß ausüben, so lange der ausströmende Strahl eine die Schallgeschwindigkeit auch nur um einen geringen Betrag überschreitende Geschwindigkeit angenommen hat. In diesem Falle können auftretende Störungen, die sich ja nur mit Schallgeschwindigkeit fortpflanzen, keinen Einflußauf den Zustand im Mündungsquerschnitt ausüben. Die Reaktionsmessung kann daher über die Hindernisse, Widerstände und dergleichen, die der Strahl nach Verlassen der Düse vorfindet, keinerlei Auskunft geben.

Ebenso ist es für die durchströmende Menge ganz gleichgültig, ob und wie die freie Expansion verläuft. Hierfür ist nur der Zustand des strömenden Mediums im Endquerschnitt, bzw. im engsten Querschnitt maßgebend. Nur eine wesentliche Erhöhung des Gegendruckes, wobei natürlich jede freie Expansion ausgeschlossen ist, vermag die durchströmende Menge zu verändern.

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