Untersuchung der Einflüsse verschiedener Spiralgehäuse- geometrien auf das Betriebsverhalten einer radialen Turbokompressorstufe Inhalt des Untersuchungsberichts: 1. Aufgabenstellung und Ziele der Untersuchungen 2. Planung und Umsetzung der Zielvorgaben 3. Grundlagen der Spiralauslegung 4. Vorstellung der gewählten Spiralvarianten 5. Das Pre-Processing der Spiraluntersuchung 6. Diskussion der Ergebnisse Druckverteilung am Spiraleintrittsumfang Geschwindigkeitsverteilung am Spiralumfang Volumenstrom über den Winkel φ Wirkungsgrade
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Untersuchung der Einflüsse verschiedener Spiralgehäuse ... · Die Laufradschaufeln besitzen einen großen Einfluss auf die Geschwindigkeitsverteilung. Die Querschnittsgeometrie
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Untersuchung der Einflüsse verschiedener Spiralgehäuse-geometrien auf das Betriebsverhalten einer radialen Turbokompressorstufe
Inhalt des Untersuchungsberichts:
1. Aufgabenstellung und Ziele der Untersuchungen 2. Planung und Umsetzung der Zielvorgaben 3. Grundlagen der Spiralauslegung 4. Vorstellung der gewählten Spiralvarianten 5. Das Pre-Processing der Spiraluntersuchung 6. Diskussion der Ergebnisse
Druckverteilung am Spiraleintrittsumfang Geschwindigkeitsverteilung am Spiralumfang Volumenstrom über den Winkel φ Wirkungsgrade
Zu den Aufgaben dieses Projektes gehörten folgende Punkte:
Die Untersuchung der Einflüsse verschiedener Spiralgehäusegeometrien Vergleich des Strömungsverhaltens bei verschiedenen Grundformen der
Spiralquerschnitte Vergleich des Strömungsverhaltens bei verschiedener Querschnittserweiterung Einfluss unterschiedlich modellierter Zungenbereiche
Die Ziele des Projektes sollten sein:
Das Erhalten eines Vergleichskatalogs für die Konstruktion einer optimalen Spiralgeometrie
Eine Aussage über Vor- und Nachteile der einzelnen Variationsparameter
2. Planung und Umsetzung der Zielvorgaben
Das Erreichen der Ziele soll mit den aufgelisteten Untersuchungskriterien vermittelt werden:
Druckverteilung über den Umfang am Spiraleintritt Geschwindigkeitsverteilung am Spiraleintrittsumfang Volumenstrom über den Umfangswinkel Wirkungsgrad von Stufe und Spirale Geschwindigkeitsprofil (Wirbelbildung, Lenkung der Strömung)
Randbedingungen für die Spiralensimulation
Aus einer Reihe von Möglichkeiten, eine Spiralverdichterstufe zu simulieren, wurde die nachfolgend dargestellte Radialverdichterstufe als Hauptuntersuchungsobjekt festgelegt.
Abbildung 1: Aufbau einer Radialverdichterstufe
Weitere Möglichkeiten eine Spirale zu simulieren sind:
Die Vorauslegung einer Spirale erfolgte wie in vielen Fällen reibungsfrei (z.B. nach Fister):
Das Ziel ist es, eine möglichst homogene Druckverteilung am Spiraleintrittsumfang zu erlangen.
Abbildung 3: Hauptabmessungen einer Spirale Aufgrund dieser Auslegung ergab sich der in Diagramm1 dargestellte Querschnittsverlauf.
Man erkennt den Verlauf des Radius der kreisrundenBasisspirale über den Umfangswinkel φ.
Diagramm 1: Radius der Kreis-
Diagramm 2: Querschnittsflächen-erläufe über den Umfangswinkel v
Diagramm 2 zeigt die Flächenverläufe der einzelnenSpiralquerschnitte über den Umfangswinkel, wenn manverschiedene andere Auslegungsverfahren zugrundelegt.
Nachfolgend kurz dreidimensional dargestellt einzelne untersuchte Geometrievarianten:
Abbildung 4: Beispiele von Geometrie-varianten als Volumenmodell
Abbildung 5: weitere Beispiele von Spiralgeometrieen
5. Das Pre - Processing der Spiraluntersuchung
Die Erstellung der in Abb. 6 dargestellten Geometrie wurde mit verschiedenen Software-Tools vollzogen.
Die Auslegung des Laufrades entstand dabei mit der eigenen Software Bladerunner. Die Laufradgeometrie wurde ebenfalls mit einer eigenen Software, DIME, entwickelt. Vernetzt wurde das Laufrad mit TurboGrid von ANSYS CFX.
Die Spiralen wurden vollständig durch eigene Software-Tools entwickelt, partitioniert und vernetzt.