PRL - Hochhaus
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Fluidenergiemaschinen I WS 2016/2017 PRL - Hochhaus Es kommt zu einem Brand in einem unbewohnten Hochhaus. Als bauliche Maßnahmen zur Brandbekämpfung sind ein Löschwasserhochbehälter (HB) auf dem Dach sowie eine Sprinkleranlage (SP) in der Brandwohnung vorhanden. Die anrückende Feuerwehr speist ihre Feuerlöschpumpe (P) aus dem örtlichen Hydrantennetz (H) und geht mit einem Strahlrohr (ST) gegen das Feuer vor. Die Kennlinie der Feuerlöschpumpe ist im Arbeitsblatt gegeben. pat HB RL1 ∆zHB V2 V1 RL2 RL4 K ∆zH V4 ST SP pat RL3 P pH V3 H Übung 2 Seite 1 Fluidenergiemaschinen I WS 2016/2017 Folgende Daten sind Ihnen bekannt: Allgemeine Daten Dichte des Wassers ρw = 1000 kg·m-3 Erdbeschleunigung g = 10 m·s-2 Höhendifferenz zwischen Hydranten \ Knoten K ∆zH = 20 m Höhendifferenz zwischen Hochbehälter \ Knoten K ∆zHB = 30 m Atmosphärendruck pat = 1 bar Absolutdruck des Hydrantennetzes pH = 5 bar Geodätische Höhendifferenzen Drücke Spezifische Dissipationsenergie in den Rohrleitungen RL1 ϕ = 100 m2 ·s-2 bei V̇ = 0,1 m3 ·s-1 RL2 ϕ = 75 m2 ·s-2 bei V̇ = 0,05 m3 ·s-1 RL3 ϕ = 40,5 m2 ·s-2 bei V̇ = 0,045 m3 ·s-1 RL4 ϕ = 140,625 m2 ·s-2 bei V̇ = 0,075 m3 ·s-1 Hinweise: Die Höhendifferenz zwischen Sprinkler/Strahlrohr und Knoten K kann vernachlässigt werden. Änderungen der Höhendifferenzen in Folgen von Füllstandsänderungen können vernachlässigt werden. Dissipation durch Geschwindigkeitsänderungen beim Ein- und Ausströmen des Wassers in bzw. aus den Rohrleitungen kann vernachlässigt werden. Die spezifische kinetische Energie im Hydrantennetz und im Hochbehälter können als vernachlässigbar angesehen werden. Die spezifische kinetische Energie beim Austritt aus der Sprinkleranlage und dem Strahlrohr können als vernachlässigbar angesehen werden. Die Ventile können als verlustfrei betrachtet werden. Übung 2 Seite 2 Fluidenergiemaschinen I WS 2016/2017 Aufgaben: Vor Eintreffen der Feuerwehr sind die Ventile V3 und V4 geschlossen. Die Sprinkleranlage wird aus dem Hochbehälter gespeist. 1. Zeichnen Sie die auf den Knotenpunkt K reduzierten Kennlinien des Hochbehälters und der Sprinkleranlage in das Arbeitsblatt ein. Kennzeichnen Sie den Zusammenarbeitspunkt. V̇ [l·s-1 ] (eK )HB [m2 ·s-2 ] (eK )SP [m2 ·s-2 ] 0 50 100 150 200 (V̇ = 87 l·s-1 , eK = 327 m2 ·s-2 ) Die Feuerwehr trifft ein, schließt ihre Pumpe an die Löschwasserversorgung an und öffnet das Ventil V3. Nur V4 ist noch geschlossen. 2. Zeichnen Sie die auf den Knotenpunkt K reduzierte Kennlinie der Feuerlöschpumpe in das Arbeitsblatt ein. V̇ [l·s-1 ] (wf,P )red [m2 ·s-2 ] 0 50 100 150 200 3. Entscheiden Sie, ob der Hochbehälter zum Versorger oder Verbraucher wird. 4. Kennzeichnen Sie den neuen Zusammenarbeitspunkt der Sprinkleranlage. (V̇ = 99 l·s-1 ; eK = 394 m2 ·s-2 ) Nun beginnen die Löscharbeiten mit dem Strahlrohr. Auch die Sprinkleranlage ist weiterhin im Betrieb. Alle Ventile sind geöffnet. 5. Zeichnen Sie die auf den Knotenpunkt K reduzierte Kennlinie des Strahlrohres in das Arbeitsblatt ein. V̇ [l·s-1 ] (eK )ST [m2 ·s-2 ] 0 50 100 150 200 6. Welcher Zusammenarbeitspunkt ergibt sich im System? Wie groß sind die Volumenströme im Strahlrohr und in der Sprinkleranlage? (V̇ = 182 l·s-1 ; eK = 328 m2 ·s-2 ; V̇ST = 96 l·s-1 ; V̇SP = 86 l·s-1 ) Mit fortschreitender Branddauer hat sich der Hochbehälter entleert. Es sind weiterhin alle Ventile geöffnet. 7. Kennzeichnen Sie den neuen Zusammenarbeitspunkt des Systems. (V̇ = 118 l·s-1 ; eK = 195 m2 ·s-2 ) Übung 2 Seite 3 Fluidenergiemaschinen I WS 2016/2017 800 700 spezifische Förderarbeit / spezifische Knotenenergie [m²/s²] 600 500 400 300 200 100 0 0 50 100 150 200 Volumenstrom [l/s] Übung 2 Seite 4
