Numerische Simulation der reibungsbehafteten Strömung in doppelt gekrümmten Radialverdichterlaufrädern

Betreuer: Dr.-Ing. C. Weiß

In einem Zeitalter, das von Treibstoffkosten und einem größer werdenden allgemeinen Umweltbewußtsein dominiert wird, hat das Streben nach hohen Wirkungsgraden bei der Entwicklung von Turbomaschinen eine sehr hohe Priorität. Voraussetzung dafür ist das Verständnis der Strömungsverhältnisse innerhalb der Turbomaschinenstufen. Diese sind insbesondere bei Radialverdichtern sehr komplex. Radiale Verdichter werden dort eingesetzt, wo innerhalb einer Stufe sehr hohe Druckverhältnisse erreicht werden müssen und werden daher hauptsächlich in Turboladern und kleinen Gasturbinen verwendet. Um die komplexen Strömungen insbesondere in den Radiallaufrädern zu analysieren, sind neben Messungen auch numerische Simulationen wertvoll, da diese auch in den Gebieten Informationen liefern können, in denen mit den gängigen Meßmethoden keine Daten gesammelt werden können. Voraussetzung für die Vorhersage von Strömungsverhältnissen in Radialverdichtern ist, daß die Meßergebnisse von bestehenden Maschinen von den Rechnungen getroffen werden.

Die Strömung der Radialverdichter ist gekennzeichnet von einer "Jet-Wake"-Struktur, also einer Trennung von energiearmem und energiereichem Fluid. Aufgrund der im Vergleich zu axialen Verdichtern großen Bereiche energiearmen Fluids hat sich die Vorhersage durch numerische Simulation als sehr anspruchsvoll herausgestellt. Aufgabe des Projektes war es, die Voraussetzungen zu schaffen, um mit dem im Institut entwickelten Strömungslöser die Strömung in radialen Maschinen berechnen zu können um dann detailliert die Entwicklung von Jet und Wake zu analysieren.

Dazu wurde im Verlauf des Projektes der Netzgenerator erweitert und der Strömungslöser Panta multiblockfähig gemacht, so daß er jetzt nicht mehr auf spezielle Netzgeometrien angewiesen ist. Für die Nachrechnung wurden zwei Testfälle ausgewählt und gerechnet:

  1. Der aus der Literatur bekannte Radialverdichter von Krain und
  2. Der Radialverdichter, der am IST vermessen wurde.

Im Bild ist das Ergebnis einer Rechnung des Radialverdichters des Instituts zu sehen.

Meridiangeschwindigkeit in verschiedenen Schnittes des Laufrades
Meridiangeschwindigkeit in verschiedenen Schnittes des Laufrades