PT Unknown
AU Dolle, B
TI Experimenteller Beitrag zur verbesserten numerischen Simulation der turbulenten Strömung in Rückführkanälen mehrstufiger Radialverdichter
PD 02
PY 2021
DI 10.17185/duepublico/74012
LA de
DE Radialverdichter; Rückführkanäle; Turbulenz
AB Die Rückführgeometrie ist ein charakteristisches Bauteil mehrstufiger, einwelliger Radialverdichter, wie sie in vielen industriellen Anwendungen zum Einsatz kommen. Ihre Aufgabe besteht in der verlustarmen und homogenisierten Rückführung der Laufradströmung zur nachfolgenden Stufe. Der Fokus der Arbeit liegt in der Untersuchung der Unsicherheiten gängiger numerischer Berechnungsverfahren zur Strömungsvisualisierung innerhalb der Rückführgeometrie eines Radialverdichters mit hoher Durchflusskennziffer. Dabei wird deutlich, dass die Berücksichtigung von turbulenten Schwankungsbewegungen besonders im 180°-Bogen der Rückführung von hoher Bedeutung ist. Der Vergleich mit Messdaten zeigt, dass Simulationen mit klassischen Zweigleichungs-Modellen die Turbulenz und damit den Energie- und Impulstransport quer zur Hauptströmungsrichtung nur unzureichend berücksichtigen. Deshalb können solche Verfahren nicht zur zielsicheren Auslegung und Optimierung insbesondere der Rückführbeschaufelung eingesetzt werden. Die mangelnde Berücksichtigung des turbulenten Transports führt zu inhomogenen Strömungsprofilen innerhalb des Kanals. Hieraus ließen sich lediglich Optimierungsansätze ableiten, die zu einer realen Verschlechterung der Leistungsfähigkeit führen. Im Vergleich zu einfachen Modellen zeigen Rechnungen mit höherwertigen Turbulenzmodellen eine deutlich bessere Übereinstimmung mit den Messdaten bezüglich der Strömungsprofile. Allerdings verringern die zusätzlichen Gleichungen die Stabilität des Gleichungssystems und erhöhen den Rechenaufwand. Letztlich zeigen die Ergebnisse einer Grobstruktursimulation, bei der großskalige Turbulenzstrukturen räumlich und zeitlich aufgelöst werden, die beste Übereinstimmung. Allerdings macht eine Rechenzeit von mehreren Monaten pro Betriebspunkt dieses Verfahren im täglichen Ingenieursbetrieb unwirtschaftlich. Daher können und müssen die akquirierten Mess- und Simulationsdaten genutzt werden, um bestehende einfache Turbulenzmodelle zu verbessern. Hierzu werden zum Ende dieser Arbeit, basierend auf Messungen und Daten der Grobstruktursimulation, mögliche Wege aufgezeigt, den turbulenten Transport innerhalb der vorhandenen Modelle besser zu berücksichtigen.
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