17.7 : Designbeispiel: Durchfluss durch einen Feuerlöscher

Ein Feuerlöscher, der unter Druck stehendes Wasser verwendet, basiert auf den Prinzipien der Strömungsdynamik, um einen Hochgeschwindigkeitsstrahl zu erzeugen, der Flammen unterdrücken kann. Das Wasser wird im Feuerlöscher unter einem viel höheren Druck gespeichert als die umgebende Atmosphäre. Dieser Druckunterschied zwingt das Wasser, schnell zu fließen, wenn der Feuerlöscher aktiviert wird, und das Verhalten des Wassers beim Austritt aus der Düse kann mit hilfe grundlegender Gleichungen der Strömungsdynamik verstanden werden.

Der Schlüssel zum Verständnis der Beschleunigung des Wassers liegt im Druckunterschied zwischen dem Inneren des Feuerlöschers und der Außenumgebung. Die Bernoulli-Gleichung, die Druck und Geschwindigkeit in Beziehung setzt, berechnet, wie schnell das Wasser aus der Düse austritt.

Nach diesem Prinzip nimmt die Geschwindigkeit zu, wenn der Druck abnimmt. Dies bedeutet, dass der hohe Innendruck im Feuerlöscher in die Geschwindigkeit des austretenden Wassers umgewandelt wird. Wenn sich das Wasser der Düse nähert, beschleunigt die Verringerung des Düsendurchmessers den Fluss weiter und wandelt Druckenergie in kinetische Energie um.

Nach der Bestimmung der Austrittsgeschwindigkeit des Wassers wird die Durchflussrate oder das im Laufe der Zeit ausgestoßene Wasservolumen berechnet. Die Berechnung verwendet die Kontinuitätsgleichung, um sicherzustellen, dass der Wasserfluss durch das System konstant bleibt. Die Durchflussrate ist das Produkt aus der Geschwindigkeit des Wassers und der Querschnittsfläche der Düse.

Da die Düse einen kleinen Durchmesser hat, wird das Wasser mit hoher Geschwindigkeit ausgestoßen, wodurch ein gleichmäßiger und starker Strahl entsteht, der zur Brandbekämpfung erforderlich ist. Durch Anwendung dieser Prinzipien kann die Leistung des Feuerlöschers optimiert werden, um einen effektiven Betrieb sicherzustellen.