ISBN 9783843904469

978-3-8439-0446-9, Reihe Ingenieurwissenschaften

Jan Soušek
Untersuchungen an Strömungen durch rotierende Radialbohrungen

121 Seiten, Dissertation Universität der Bundeswehr München (2012), Hardcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Das Projekt Rotierende Radialbohrungen soll zur Verbesserung der Auslegung des Sekundärluftsystems von Turbinen und Motoren beitragen. Die analytischen Methoden für die Berechnung des Durchflusses durch schnell rotierende Radialbohrungen sollten erweitert werden. Aus den im Rahmen der vorliegenden Arbeit vorgestellten Messungen können die notwendigen Massenströme für unterschiedliche Betriebsbedingungen mit höherer Genauigkeit und Zuverlässigkeit berechnet werden als mit derzeit stark vereinfachten Korrelationen.

Typische Basiskonfigurationen wurden ausgewählt und ein Prüfstand mit zwei unabhängig voneinander steuerbaren, schnell rotierenden Wellen inklusive Steuerung, Regelung und automatischer Datenerfassung ausgelegt, konstruiert, gefertigt und aufgebaut. Durch die Verwendung von Einsätzen ist eine sehr flexible Änderung der Bohrungskonfiguration möglich.

Am Prüfstand wurden Messungen des Durchflusskoeffizienten bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen und unterschiedlichen Konfigurationen der Bohrungen durchgeführt. Es wurden Resultate für eine radial durch die Bohrung nach innen gerichtete Strömung mit und ohne Querströmung, sowie mit und ohne Vordrall im äußeren Spalt gezeigt.

Numerischen Berechnungen wurden mit dem kommerziellen CFD-Softwarepaket FLUENT 6.3.26 durchgeführt. Die Ergebnisse für scharfkantige Bohrung wurden mit CFD-Rechnungen verglichen und eine gute Übereinstimmung gefunden.

Der Einfluss der Rotation und Querströmung wurde dargestellt und diskutiert. Ergebnisse für unterschiedliche Bohrungslänge zu Bohrungsdurchmesser-Verhältnisse wurde präsentiert. Mit einer Abrundung der Eintrittskante wird der Durchfluss von rotierenden radialen Bohrungen stark verbessert. Bei hohen Geschwindigkeitsverhältnissen ist die Verbesserung allerdings nicht mehr so relevant. Der Einfluss der inneren Welle wurde untersucht.

Die Messungen haben gezeigt, dass die Anwesenheit der inneren Welle keinen relevanten Einfluss auf das Durchflussverhalten hat. Es wurden Korrelationsparameter gefunden, mit denen sich die Messergebnisse hervorragend korrelieren lassen. Sowohl das Geschwindigkeitsverhältnis als auch der Einfallswinkel eignen sich sehr gut als Parameter für Korrelationen des Durchflusskoeffizienten für Bohrungen mit Rotation, Querströmung oder Drall.