Ultraschallbasierte Messung der Strömungsgeschwindigkeit von Flüssigkeiten und Gasen für den Einsatz in Drainageleitungen in Tunneln
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Michael Schwarz
Michael Schwarz hat Elektrotechnik an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg studiert. Seit 2017 ist er Universitätsassistent am Institut für Elektrische Messtechnik der Johannes Kepler Universität Linz. Seine Forschungsinteressen liegen im Bereich der akustischen Strömungs- und Durchflussmesstechnik.
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Bernhard Uhl
Bernhard Uhl schloss sein Studium der Elektronik und Informationstechnik an der Johannes Kepler Universität Linz im Jahr 2018 ab. In seiner Masterarbeit beschäftigte er sich mit akustischer Durchflussmesstechnik. Seine Interessensgebiete umfassen Embedded Systems und akustische Messtechnik.
Bernhard G. Zagar leitet das Institut für Elektrische Messtechnik an der Johannes Kepler Universität Linz. Seine Interessen sind im Fachgebiet Messtechnik weit gestreut und decken das Thema vom Sensordesign bis hin zur Signalverarbeitung ab. Besondere Schwerpunkte lagen bisher im Bereich der optischen Messtechnik, der Bildverarbeitung und der Magnettomographie.
Michael Stur ist Prokurist beim Sachverständigenbüro für Boden + Wasser GmbH, Oberösterreich. Sein Tätigkeitsspektrum betrifft überwiegend Projekte im Bereich des technischen Umweltschutzes, der Abfallwirtschaft, der Ingenieurgeologie sowie im Tunnelbau. Die momentanen Schwerpunkte liegen im Bereich der Deponiebautechnik, Hydrogeologie und Altlastensanierung sowie in der Tunnelentwässerung mit dem Fokus auf Versinterungen von Bauwerksdrainagen.
Zusammenfassung
Ein Zug, der durch einen Tunnel fährt, kann abhängig von seiner Geschwindigkeit eine starke Druckwelle verursachen. Diese kann unter ungünstigen Bedingungen die Druckverhältnisse im Tunnelentwässerungssystem negativ beeinflussen. Um diesen Effekt zu untersuchen, wird ein Messsystem benötigt, das die Strömungsverhältnisse im Drainagerohr sowohl für Luft als auch für Wasser mit hoher zeitlicher Auflösung misst. Da Bahntunnel meist ein sehr geringes Gefälle aufweisen, kann es unter Umständen auch zur kritischen Richtungsumkehr der Strömung von zunächst Luft und dann auch Wasser kommen. In diesem Beitrag wird ein ultraschallbasiertes Messsystem vorgestellt, das die simultane vorzeichenrichtige Messung der Strömungsgeschwindigkeiten von Luft und Wasser ermöglicht. Es basiert auf dem akustischen Laufzeitdifferenzverfahren und ist zur Erfassung von Strömungsgeschwindigkeiten im Bereich weniger cm/s bis maximal m/s geeignet. Der Aufbau des Messsystems wird vorgestellt und anschließend seine Leistungsfähigkeit anhand von Messdaten gezeigt.
Abstract
A train passing a tunnel can cause a strong pressure wave, depending on its speed. Under disadvantageous conditions, this can adversely affect the athmospheric environment of the tunnel drainage. In order to investigate this, a measuring system is needed that measures the flow conditions in the drainage pipe for both air and water with high temporal resolution. Since railway tunnels usually have a very low gradient, the effect of the pressure wave can cause a critical reversal of the air flow direction. This can also reverse the flow direction of the water. In this contribution, an ultrasound-based measuring system is presented, which allows the simultaneous measurement of the air and water flow velocities and directions. It is based on the transit time difference method and is suitable for detecting flow velocities ranging from cm/s to m/s. The setup of the measuring system is presented and its performance is then shown on the basis of measured data.
Funding source: Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft
Award Identifier / Grant number: 864515
Funding statement: Die Autoren bedanken sich für die Finanzierung der in diesem Artikel präsentierten Arbeit durch die Österreichische Forschungsförderungsgesellschaft mbH (FFG) im Rahmen des Projektes 864515.
About the authors
Michael Schwarz hat Elektrotechnik an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg studiert. Seit 2017 ist er Universitätsassistent am Institut für Elektrische Messtechnik der Johannes Kepler Universität Linz. Seine Forschungsinteressen liegen im Bereich der akustischen Strömungs- und Durchflussmesstechnik.
Bernhard Uhl schloss sein Studium der Elektronik und Informationstechnik an der Johannes Kepler Universität Linz im Jahr 2018 ab. In seiner Masterarbeit beschäftigte er sich mit akustischer Durchflussmesstechnik. Seine Interessensgebiete umfassen Embedded Systems und akustische Messtechnik.
Bernhard G. Zagar leitet das Institut für Elektrische Messtechnik an der Johannes Kepler Universität Linz. Seine Interessen sind im Fachgebiet Messtechnik weit gestreut und decken das Thema vom Sensordesign bis hin zur Signalverarbeitung ab. Besondere Schwerpunkte lagen bisher im Bereich der optischen Messtechnik, der Bildverarbeitung und der Magnettomographie.
Michael Stur ist Prokurist beim Sachverständigenbüro für Boden + Wasser GmbH, Oberösterreich. Sein Tätigkeitsspektrum betrifft überwiegend Projekte im Bereich des technischen Umweltschutzes, der Abfallwirtschaft, der Ingenieurgeologie sowie im Tunnelbau. Die momentanen Schwerpunkte liegen im Bereich der Deponiebautechnik, Hydrogeologie und Altlastensanierung sowie in der Tunnelentwässerung mit dem Fokus auf Versinterungen von Bauwerksdrainagen.
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© 2019 Walter de Gruyter GmbH, Berlin/Boston
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