Simulation instationärer Wirbelstrukturen in hydraulischen Maschinen:
Gespeichert in:
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| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Stuttgart
Univ., Inst. für Strömungsmechanik und Hydraulische Strömungsmaschinen
2007
|
| Schriftenreihe: | Mitteilung / Institut für Strömungsmechanik und Hydraulische Strömungsmaschinen der Universität Stuttgart
30 |
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | 168 S. Ill., graph. Darst. |
| ISBN: | 9783980732291 |
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| adam_text | SIMULATION INSTATIONAERER WIRBELSTRUKTUREN IN HYDRAULISCHEN MASCHINEN VON
DER FAKULTAET MASCHINENBAU DER UNIVERSITAET STUTTGART ZUR ERLANGUNG DER
WUERDE EINES DOKTOR-INGENIEURS (DR.-ING.) GENEHMIGTE ABHANDLUNG VORGELEGT
VON THOMAS HELMRICH GEBOREN IN LAUPHEIM HAUPTBERICHTER: PROF. DR.-ING.
E. GOEDE MITBERICHTER: PROF. DR.-ING. E. LAURIEN TAG DER MUENDLICHEN
PRUEFUNG: 16.02.2007 INHALTSVERZEICHNIS 1. EINFUEHRUNG 5 1.1
AUFGABENSTELLUNG 5 1.2 INSTATIONAERE WIRBELSTRUKTUREN IN HYDRAULISCHEN
ANLAGEN 7 1.2.1. KAERMAEN SCHE WIRBELSTRASSE 7 1.2.2. STROEMUNGSINSTABILITAET
WIRBELZOPF 8 1.3 STAND DER FORSCHUNG 9 1.3.1. EXPERIMENTELLE
UNTERSUCHUNGEN DES WIRBELZOPFPHAENOMENS IN HYDRAULISCHEN ANLAGEN 9 1.3.2.
NUMERISCHE UNTERSUCHUNGEN INSTATIONAERER WIRBELSTRUKTUREN IN
HYDRAULISCHEN MASCHINEN 10 1.3.3. TURBULENZMODELLIERUNG 12 1.4 SAUGROHR
14 1.4.1. AUFGABE DES SAUGROHRES 14 1.4.2. GEOMETRISCHE ZUSAMMENSETZUNG
UND AUSFUEHRUNGEN 15 1.4.2.1 DIFFUSOR 15 1.4.2.2 KRUEMMER 17 1.4.3.
STROEMUNGSZUSTAENDE IM SAUGROHR 17 1.4.4. INSTATIONAERE
STROEMUNGSERSCHEINUNGEN IM SAUGROHR 19 1.4.4.3 RESTDRALL AM
LAUFRADAUSTRITT 19 1.4.4.4 WIRBELZOPFSTRUKTUREN IM SAUGROHR 20 1.4.4.5
TEILLAST WIRBELZOPF 20 1.4.4.6 UEBERLAST-WIRBELZOPF 23 1.5 WIRBEL 24
1.5.1. REIBUNGSFREIER UND REIBUNGSBEHAFTETER WIRBEL 24 1.5.2. KELVIN
HELMHOLTZ INSTABILITAET 26 1.5.3. BEOBACHTUNGEN VON DREI DIMENSIONALER
WIRBELEIGENSCHAFTEN 29 1.5.4. VORTEX BREAKDOWN 30 2. THEORETISCHE
GRUNDLAGEN 34 2.1 GRUNDGLEICHUNGEN 34 2.2 RAEUMLICHE DISKRETISIERUNG 36
2.3 GALERKIN - FORMULIERUNG DER GRUNDGLEICHUNGEN 39 2.4 ZEITLICHE
DISKRETISIERUNG 40 2.5 DRUCKBERECHNUNGSVERFAHREN 41 2.5.1. PENALTY
METHODE 42 2.5.2. GEMISCHTE FORMULIERUNG 42 2.5.3. POISSONGLEICHUNG FUER
DEN DRUCK 43 2.6 ITERATIVES LOESUNGSVERFAHREN . 43 2.7 PARALLELISIERUNG
44 3. TURBULENZMODELLE 48 3.1 DAS PHAENOMEN TURBULENTER STROEMUNGEN 48 3.2
NUMERISCHE SIMULATION DER TURBULENZ 52 3.3 TURBULENZMODELLE 57 3.3.1.
WIRBELVISKOSITAETSPRINZIP 58 3.3.1.1 2 - GLEICHUNGSMODELLE 60 K-E
STANDARD MODELL 60 K-E MODIFIZIERTE MODELLE 63 3.3.1.2 MODELLIERUNG DER
WANDEINFLUESSE 66 LOW REYNOLDS K-E MODELLE 69 3.3.2.
NICHT-WIRBELVISKOSITAETSMODELLE 71 3.3.2.3 DIFFERENTIELLE
REYNOLDS-SPANNUNGS-MODELLE 72 3.3.2.4 ALGEBRAISCHE
REYNOLSSPANNUNGSMODELLE 72 3.3.3. VLES ADAPTIVES MODELL 72 3.4
CHARAKTERISTISCHE STROEMUNGSBEISPIELE 77 3.4.1. BESTIMMUNG DER
TURBULENZRANDBEDINGUNGEN AM EINTRITT 77 3.4.2. NACHLAUF AN DER
HINTERKANTE EINER LAUFSCHAUFEL 77 3.4.2.1 MESSUNGEN 78 3.4.2.2
GEOMETRISCHE ABMESSUNGEN UND DISKRETISIERUNG 78 3.4.2.3 RANDBEDINGUNGEN
79 3.4.2.4 UNTERSUCHUNG MIT DEN WIRBELVISKOSITAETSMODELLEN 79 3.4.2.5
WANDMODELLIERUNG 81 3.4.2.6 AUSWERTUNG DER VLES BERECHUNGEN 84 3.4.2.7
KOPPLUNG DES ADAPTIVEN VLES MODELLS MIT DEM LOW REYNOLDSMODELL VON ABID
88 THEORETISCHER ANSATZ 88 KAERMAEN SCHE WIRBELSTRASSE AN DER HINTERKANTE
88 3.4.2.8 DETAILLIERTE UNTERSUCHUNG DES ADAPTIVEN VLES MODELLS 90 4.
UNTERSUCHUNG INSTATIONAERER WIRBELSTRUKTUREN 93 4.1 DIFFUSOR 93 4.1.1.
GEOMETRISCHE ABMESSUNGEN UND EINTRITTSRANDBEDINGUNGEN 93 4.1.2.
SIMULATION UND ERGEBNISSE 94 4.1.2.1 GROBES BERECHNUNGSGITTER 95 4.1.2.2
FEINES BERECHNUNGSGITTER 97 4.2 DRALLBEHAFTETE ROHRSTROEMUNG NACH CASSIDY
99 4.2.1. MESSDATEN 99 4.2.2. GEOMETRISCHE ABMESSUNGEN UND
EINTRITTSRANDBEDINGUNGEN 99 4.2.3. SIMULATIONSERGEBNISSE 100 4.2.3.1
VERGLEICH MIT DEN MESSDATEN 101 4.2.3.2 VERGLEICH DER TURBULENZMODELLE
105 4.2.3.3 EINFLUSS DES FILTERFAKTORS A AUF DIE BERECHNUNG 110 4.2.3.4
EINFLUSS DER ZEITSCHRITTWEITE AUF DIE SIMULATIONSERGEBNISSE 114 4.2.3.5
UNTERSUCHUNG DES WIRBELZOPFPHAENOMENS IM CASSIDY ROHR 118 4.3 SAUGROHR
121 4.3.1. GEOMETRISCHE ABMESSUNGEN UND EINTRITTSRANDBEDINGUNGEN 121
4.3.2. DRUCKMESSUNGEN 123 4.3.3. SIMULATION MIT DEM ERWEITERTEN K-E
MODELL VON KIM UND CHEN 123 4.3.3.1 BETRIEBSPUNKT MIT 64% LEITRADOEFFNUNG
124 4.3.3.2 BETRIEBSPUNKT MIT 93% LEITRADOEFFNUNG 126 4.3.4. VLES
BERECHNUNG DER INSTATIONAEREN SAUGROHRSTROEMUNG 128 4.3.4.3 ANALYSE DES
ADAPTIVEN VLES TURBULENZMODELLS 128 DER EINFLUSS DES FILTERFAKTORS A 128
4.3.4.4 VERGLEICH VON KIM UND CHEN MIT DER ADAPTIVEN VLES SIMULATION 136
4.3.4.5 VERGLEICH FEINES GITTER - GROBES GITTER 138 4.3.4.6 ANALYSE DES
WIRBELZOPFES 139 BETRIEBSPUNKT 93 % LEITAPPARATOEFFNUNG 139 SYNCHRONE
DRUCKSCHWANKUNGEN: 140 BETRIEBSPUNKT 64 % LEITAPPARATOEFFNUNG 144
UMLAUFENDE DRUCKSCHWANKUNGEN 144 SYNCHRONE DRUCKSCHWANKUNGEN 149 4.4
VLES BERECHNUNG IN EINER TRIFURKATION 151 4.4.1.1 GEOMETRISCHE
ABMESSUNGEN UND EINTRITTSRANDBEDINGUNGEN 152 4.4.1.2
SIMULATIONSERGEBNISSE 152 DER WIRBELUMSCHLAG 154 5. ZUSAMMENFASSUNG 158
6. LITERATURVERZEICHNIS 161
|
| adam_txt |
SIMULATION INSTATIONAERER WIRBELSTRUKTUREN IN HYDRAULISCHEN MASCHINEN VON
DER FAKULTAET MASCHINENBAU DER UNIVERSITAET STUTTGART ZUR ERLANGUNG DER
WUERDE EINES DOKTOR-INGENIEURS (DR.-ING.) GENEHMIGTE ABHANDLUNG VORGELEGT
VON THOMAS HELMRICH GEBOREN IN LAUPHEIM HAUPTBERICHTER: PROF. DR.-ING.
E. GOEDE MITBERICHTER: PROF. DR.-ING. E. LAURIEN TAG DER MUENDLICHEN
PRUEFUNG: 16.02.2007 INHALTSVERZEICHNIS 1. EINFUEHRUNG 5 1.1
AUFGABENSTELLUNG 5 1.2 INSTATIONAERE WIRBELSTRUKTUREN IN HYDRAULISCHEN
ANLAGEN 7 1.2.1. KAERMAEN'SCHE WIRBELSTRASSE 7 1.2.2. STROEMUNGSINSTABILITAET
WIRBELZOPF 8 1.3 STAND DER FORSCHUNG 9 1.3.1. EXPERIMENTELLE
UNTERSUCHUNGEN DES WIRBELZOPFPHAENOMENS IN HYDRAULISCHEN ANLAGEN 9 1.3.2.
NUMERISCHE UNTERSUCHUNGEN INSTATIONAERER WIRBELSTRUKTUREN IN
HYDRAULISCHEN MASCHINEN 10 1.3.3. TURBULENZMODELLIERUNG 12 1.4 SAUGROHR
14 1.4.1. AUFGABE DES SAUGROHRES 14 1.4.2. GEOMETRISCHE ZUSAMMENSETZUNG
UND AUSFUEHRUNGEN 15 1.4.2.1 DIFFUSOR 15 1.4.2.2 KRUEMMER 17 1.4.3.
STROEMUNGSZUSTAENDE IM SAUGROHR 17 1.4.4. INSTATIONAERE
STROEMUNGSERSCHEINUNGEN IM SAUGROHR 19 1.4.4.3 RESTDRALL AM
LAUFRADAUSTRITT 19 1.4.4.4 WIRBELZOPFSTRUKTUREN IM SAUGROHR 20 1.4.4.5
TEILLAST WIRBELZOPF 20 1.4.4.6 UEBERLAST-WIRBELZOPF 23 1.5 WIRBEL 24
1.5.1. REIBUNGSFREIER UND REIBUNGSBEHAFTETER WIRBEL 24 1.5.2. KELVIN
HELMHOLTZ INSTABILITAET 26 1.5.3. BEOBACHTUNGEN VON DREI DIMENSIONALER
WIRBELEIGENSCHAFTEN 29 1.5.4. VORTEX BREAKDOWN 30 2. THEORETISCHE
GRUNDLAGEN 34 2.1 GRUNDGLEICHUNGEN 34 2.2 RAEUMLICHE DISKRETISIERUNG 36
2.3 GALERKIN - FORMULIERUNG DER GRUNDGLEICHUNGEN 39 2.4 ZEITLICHE
DISKRETISIERUNG 40 2.5 DRUCKBERECHNUNGSVERFAHREN 41 2.5.1. PENALTY
METHODE 42 2.5.2. GEMISCHTE FORMULIERUNG 42 2.5.3. POISSONGLEICHUNG FUER
DEN DRUCK 43 2.6 ITERATIVES LOESUNGSVERFAHREN . 43 2.7 PARALLELISIERUNG
44 3. TURBULENZMODELLE 48 3.1 DAS PHAENOMEN TURBULENTER STROEMUNGEN 48 3.2
NUMERISCHE SIMULATION DER TURBULENZ 52 3.3 TURBULENZMODELLE 57 3.3.1.
WIRBELVISKOSITAETSPRINZIP 58 3.3.1.1 2 - GLEICHUNGSMODELLE 60 K-E
STANDARD MODELL 60 K-E MODIFIZIERTE MODELLE 63 3.3.1.2 MODELLIERUNG DER
WANDEINFLUESSE 66 LOW REYNOLDS K-E MODELLE 69 3.3.2.
NICHT-WIRBELVISKOSITAETSMODELLE 71 3.3.2.3 DIFFERENTIELLE
REYNOLDS-SPANNUNGS-MODELLE 72 3.3.2.4 ALGEBRAISCHE
REYNOLSSPANNUNGSMODELLE 72 3.3.3. VLES ADAPTIVES MODELL 72 3.4
CHARAKTERISTISCHE STROEMUNGSBEISPIELE 77 3.4.1. BESTIMMUNG DER
TURBULENZRANDBEDINGUNGEN AM EINTRITT 77 3.4.2. NACHLAUF AN DER
HINTERKANTE EINER LAUFSCHAUFEL 77 3.4.2.1 MESSUNGEN 78 3.4.2.2
GEOMETRISCHE ABMESSUNGEN UND DISKRETISIERUNG 78 3.4.2.3 RANDBEDINGUNGEN
79 3.4.2.4 UNTERSUCHUNG MIT DEN WIRBELVISKOSITAETSMODELLEN 79 3.4.2.5
WANDMODELLIERUNG 81 3.4.2.6 AUSWERTUNG DER VLES BERECHUNGEN 84 3.4.2.7
KOPPLUNG DES ADAPTIVEN VLES MODELLS MIT DEM LOW REYNOLDSMODELL VON ABID
88 THEORETISCHER ANSATZ 88 KAERMAEN'SCHE WIRBELSTRASSE AN DER HINTERKANTE
88 3.4.2.8 DETAILLIERTE UNTERSUCHUNG DES ADAPTIVEN VLES MODELLS 90 4.
UNTERSUCHUNG INSTATIONAERER WIRBELSTRUKTUREN 93 4.1 DIFFUSOR 93 4.1.1.
GEOMETRISCHE ABMESSUNGEN UND EINTRITTSRANDBEDINGUNGEN 93 4.1.2.
SIMULATION UND ERGEBNISSE 94 4.1.2.1 GROBES BERECHNUNGSGITTER 95 4.1.2.2
FEINES BERECHNUNGSGITTER 97 4.2 DRALLBEHAFTETE ROHRSTROEMUNG NACH CASSIDY
99 4.2.1. MESSDATEN 99 4.2.2. GEOMETRISCHE ABMESSUNGEN UND
EINTRITTSRANDBEDINGUNGEN 99 4.2.3. SIMULATIONSERGEBNISSE 100 4.2.3.1
VERGLEICH MIT DEN MESSDATEN 101 4.2.3.2 VERGLEICH DER TURBULENZMODELLE
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EINFLUSS DER ZEITSCHRITTWEITE AUF DIE SIMULATIONSERGEBNISSE 114 4.2.3.5
UNTERSUCHUNG DES WIRBELZOPFPHAENOMENS IM CASSIDY ROHR 118 4.3 SAUGROHR
121 4.3.1. GEOMETRISCHE ABMESSUNGEN UND EINTRITTSRANDBEDINGUNGEN 121
4.3.2. DRUCKMESSUNGEN 123 4.3.3. SIMULATION MIT DEM ERWEITERTEN K-E
MODELL VON KIM UND CHEN 123 4.3.3.1 BETRIEBSPUNKT MIT 64% LEITRADOEFFNUNG
124 4.3.3.2 BETRIEBSPUNKT MIT 93% LEITRADOEFFNUNG 126 4.3.4. VLES
BERECHNUNG DER INSTATIONAEREN SAUGROHRSTROEMUNG 128 4.3.4.3 ANALYSE DES
ADAPTIVEN VLES TURBULENZMODELLS 128 DER EINFLUSS DES FILTERFAKTORS A 128
4.3.4.4 VERGLEICH VON KIM UND CHEN MIT DER ADAPTIVEN VLES SIMULATION 136
4.3.4.5 VERGLEICH FEINES GITTER - GROBES GITTER 138 4.3.4.6 ANALYSE DES
WIRBELZOPFES 139 BETRIEBSPUNKT 93 % LEITAPPARATOEFFNUNG 139 SYNCHRONE
DRUCKSCHWANKUNGEN: 140 BETRIEBSPUNKT 64 % LEITAPPARATOEFFNUNG 144
UMLAUFENDE DRUCKSCHWANKUNGEN 144 SYNCHRONE DRUCKSCHWANKUNGEN 149 4.4
VLES BERECHNUNG IN EINER TRIFURKATION 151 4.4.1.1 GEOMETRISCHE
ABMESSUNGEN UND EINTRITTSRANDBEDINGUNGEN 152 4.4.1.2
SIMULATIONSERGEBNISSE 152 DER WIRBELUMSCHLAG 154 5. ZUSAMMENFASSUNG 158
6. LITERATURVERZEICHNIS 161 |
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