Luftstrom eines Lüfters durch eine Verengung

Werzi2001 · Anmeldungsdatum: 15.07.2023 Beiträge: 3

Meine Frage:
Für verschiedene kleinere Projekte möchte ich eine einfache Absaugung bauen (keine giftigen Dämpfe also unkritisch). Dazu habe ich mit einem 3D Drucker ein einfaches Gehäuse für den Lüfter (12V 10W 3100RPM 234m³/h) und einen Adapter auf 5cm (ein dickerer Schlauch passt nicht durchs Fenster) erstellt: https://ibb.co/hXfZxck

Bei verschiedenen Tests ist mir aufgefallen, dass der Adapter nicht wirklich funktioniert. Sobald er an dem Lüfter angebracht ist, dreht sich der Lufstrom quasi um und aus dem 5cm Ende kommt fast keine Luft heraus. Stattdessen entsteht ein relativ starker Luftstrom auf der Vorderseite des Lüfters (dort wo er eigentlich ansaugen sollte).

Ich vermutete, dass es durch die Verengung zu starken Verwirbelungen kommt, die letztlich zu dem "Gegenstrom" geführt haben. Um diesen Verwirbelungen entgegen zu wirken, habe ich 3 Trenner in den Adapter eingefügt: https://ibb.co/SJgsyT5

Damit war es deutlich besser aber noch immer nicht gut. Meiner Meinung nach ist der Sog deutlich schwächer als er sein sollte.

Die Fragen wäre nun wie ich das weiter optimieren kann. Wäre es besser wenn der Adapter länger und somit die Reduktion weniger "steil" ist? Würde eine andere Anordnung der Trenner oder mehr/weniger Trenner helfen? Da die 3D Drucke realtiv viel Plastik verbrauchen möchte ich lieber nicht mit Trial'n'Error zu Lösung kommen, sondern wende mich lieber an euch. Vielen Dank!

Meine Ideen:
Ich habe mich gefragt wie es überhaupt sein kann, dass der Luftstrom umdreht, da der Lüfter ständig dagegen bläst und die Luft irgendwie am Lüfter vorbei kommen muss. Ich vermute, dass dies nur in der Mitte des Lüfters passieren kann, da dort der Luftstrom vom Lüfter selbst quasi null ist. Würde es eventuell helfen wenn die Abdeckung an dieser Stelle geschlossen wäre (also statt dem Ring ein komplett gefüllter Kreis)?

Außerdem könnte ich mir vorstellen, dass ein längerer Adapter oder komplett durchgehende Trenner (bisher gehen die nur bis 50% des Adapters) helfen könnten.

Frankx · Anmeldungsdatum: 04.03.2015 Beiträge: 982

Ich sehe das ähnlich und würde folgende Maßnahmen ergreifen:

1. Den Öffnungswinkel so klein wie möglich, so daß die Luft nicht gegen eine "Wand" geblasen wird.

2. Die Trenner auch etwas länger und als Rechteckgitter, also zusätzliche Trenner auf 90°, ausführen. Denkbar sind auch "strahlenförmige" Trenner, man schaut dann von vorn nicht auf ein Rechteckgitter, sondern auf eine Art "Zielscheibe" z.B. mit 4 Strahlen und 1 bis 2 Ringen.

3. Auf Ansaugseite des Gehäuses den Mittelbereich abdecken. Das könnte man probehalber ja mit einem Pappdeckel abkleben.

Welche Maßnahme den besten Einzeleffekt bringt, kann man schlecht sagen, aber in der Summe sollte sich das schon deutlich bemerkbar machen.

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Werzi2001 · Anmeldungsdatum: 15.07.2023 Beiträge: 3

Erst mal vielen Dank für die Antwort.

Ich habe mittlerweile eine 2. Variante gedruckt um einen echten Vergleich zu haben. Folgende Änderungen:

Länger (damit geringerer Winkel)
Trenner gehen bis zur 5cm Öffnung (also statt 50% Trenner nun 100% Trenner)
Trenner horizontal und vertikal ("Schachmuster")

Der Unterschied ist tatsächlich sehr gering. Eventuell etwas besser aber die "Gegenströmung" und Verwirbelung am Eingang ist immer noch sehr stark. Mit einem Feuerzeug sehe ich, dass es kein sauberer Sog ist sondern der Luftstrom chaotisch ist.

Ich werde wohl noch mehr Tests machen (müssen) aber das hat leider weniger gebracht als erhofft.

Sonnenwind · Anmeldungsdatum: 25.04.2022 Beiträge: 678

Was passiert eigentlich, wenn man den Lüfter umgekehrt laufen lässt? Funktioniert dann umgekehrt ein Ansaugen durch den Propeller?

Man muss bedenken, dass der Propeller nicht nur axial "schaufelt", sondern durch die Zentrifugalkraft die Luft radial auch nach außen drückt. In der Mitte entsteht ein Unterdruck. Saugen geht also einfacher als drücken.

Bei machen Föhns ist die Auslassöffnung auch tangential angebracht. Oder schaue Dir mal die Druckseite von Pumpen an.

Man könnte das tangentiale Wegblasen vielleicht durch einen längeren Ansaugtunnel auf der Saugseite kompensieren.

roycy · Anmeldungsdatum: 05.05.2021 Beiträge: 961

Mathefix · Anmeldungsdatum: 05.08.2015 Beiträge: 5867 Wohnort: jwd

Stark vereinfacht (Inkompressibilität, keine Druckverluste durch Reibung ...)folgende Überlegung:

Der Ventilatormotor hat die Leistung

und erzeugt den Volumenstrom

der gegen den äusseren Luftdruck

austreten soll.

Der Ventilator kann den maximalen Druck

erzeugen.

Der Förderdruck sinkt nach Bernoulli, da durch die Querschnittsminderung die Strömungsgeschwindigkeit steigt.

Offensichtlich reicht die Leistung des Ventilators nicht aus, um den durch die Querschnittsminderung entstandenen Druckverlust zu überwinden und einen Druck > Luftdruck zu erzeugen.

Die Luft strömt in den Ve ntilator zurück und es entsteht eine turbulente Strömung.

Mathefix · Anmeldungsdatum: 05.08.2015 Beiträge: 5867 Wohnort: jwd

P = Leistung
V = Volumenstrom
p = Druck
D = Durchmesser Lufteintritt
d = Durchmesser Luftaustritt
alpha = Öffnungswinkel Konus
L = Länge Konus
A = Fläche Lufteintritt
a = Fläche Luftaustritt
rho = Luftdichte
Zeta = Druckverlustbeiwert

Der Ventilator kann den maximalen Druck

erzeugen.

Erweiterte Bernoulli-Strömungsgleichung:

Der gesamte Druckverlust durch Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit (erster Term vor dem + in der Klammer) und der Querschnittsminderung der Austritts (Term nach dem + in der Klammer) beträgt

hängt ab von

und

bzw der Länge L des Konus

Bedingung für Ausströmen der Luft

bzw.

Werzi2001 · Anmeldungsdatum: 15.07.2023 Beiträge: 3

Vielen Dank für eure ausführlichen Antworten Prost

Ich habe nun weitere Tests gemacht und mit einem (noch) längeren "Adapter" konnte ich eine zufriedenstellende Leistung erzielen. Es ist sicher noch nicht optimal aber für meine Zwecke ausreichend. Vermutlich wäre ein kleinerer Lüfter (und damit eine geringere Reduktion) besser, selbst wenn der kleinere Lüfter insgesamt weniger Leistung hat. Aber für den Moment bin ich erst mal zufrieden smile

Mathefix · Anmeldungsdatum: 05.08.2015 Beiträge: 5867 Wohnort: jwd

roycy · Anmeldungsdatum: 05.05.2021 Beiträge: 961