ISBN 978-3-8439-2199-2

978-3-8439-2199-2, Reihe Strömungsmechanik

Holger Franz
Numerische Untersuchung der Durchströmung einer Rückführung eines mehrstufigen Radialverdichters

163 Seiten, Dissertation Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen (2015), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Die vorliegende Dissertation befasst sich mit der numerischen Analyse der Durchströmung der Rückführung einer Radialverdichterstufe. Derartige Verdichterstufen kommen typischer Weise in mehrstufigen, einwelligen Radialverdichtern zum Einsatz. Im Vorfeld zu den am Institut für Strahlantriebe und Turboarbeitsmaschinen durchgeführten Messungen an diesem Radialverdichter sind die in dieser Arbeit beschriebenen Simulationen durchgeführt worden. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, die in einer Rückführung entstehenden Strömungsphänomene zu beschreiben, und deren Einfluss auf das Verlustverhalten zu charakterisieren.

Die Verdichterstufe hat eine hohe Auslegungsdurchflussziffer und entsprechend breite Kanäle. Diese begünstigen die Entstehung dreidimensionaler Strömungseffekte, welche innerhalb dieser Arbeit analysiert werden. Es wird gezeigt, dass insbesondere die Ausmischung und Vermischung inhomogener Strömungsfelder innerhalb der meridionalen Kanalkrümmungen zu hohen Verlusten führen. Hierbei spielen vor allem turbulente Effekte aufgrund der Stromlinienkrümmung eine Rolle. Außerdem beeinflussen die durch die Kanalkrümmungen generierten Strömungsprofile und Potentialeffekte maßgeblich die Durchströmung der Rückführbeschaufelung. Durch ein sukzessives Aufprägen der unterschiedlichen Kanalkrümmungen wird gezeigt, dass sowohl das Umlenkverhalten der Beschaufelung, als auch die Verlustcharakteristik signifikant durch die vor- und nachgeschalteten Kanalkrümmungen verändert werden. Die inhärent vorhandenen Wechselwirkungen zwischen den unterschiedlichen Abschnitten der Rückführung machen eine voneinander getrennte Auslegung der Teilabschnitte unmöglich. Eine Gesamtbetrachtung der Rückführung ist unumgänglich, wobei auch das aus dem vorgeschalteten Diffusor austretende Strömungsprofil einen deutlichen Einfluss auf die Verlustcharakteristik der Rückführung hat.