Numerische Analyse und Optimierung von Einblasgeometrien zur aktiven Beeinflussung der Radialspaltströmung in Axialverdichterrotoren:
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Aachen
Shaker
2012
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I N H A L T S V E R Z E I C H N I S
1 EINLEITUNG 1
1.1 WISSENSCHAFTLICHE PROBLEMSTELLUNG 3
1.2 ZIELSETZUNG UND STRUKTUR DER ARBEIT 4
2 P H Y S I K UND P H AE N O M E N O L O G I E DES RADIALSPALTWIRBELS 7
2.1 INTEGRALER AERODYNAMISCHER EINFLUSS DER RADIALSPALTSTROEMUNG 8
2.2 PHAENOMENOLOGIE DER STROEMUNG IM RADIALSPALT 10
2.3 SPALTWIRBELBILDUNG UND TRAJEKTORIE 12
2.4 AKTIVE UND PASSIVE SPALTSTROEMUNGSBEEINFLUSSUNG 17
2.5 WIRBELDEFINITION UND AUSGEWAEHLTE ERKENNUNGSMETHODEN 19
2.6 NUMERISCHE SIMULATION DER RADIALSPALTSTROEMUNG 23
2.7 VERLUST VERHALTEN 24
2.8 MASSENSTROMVERDRAENGUNG UND BLOCKAGEENTWICKLUNG 25
3 K O N Z E P T I O N DER AXIALVERDICHTERSTUFE 3 3
3.1 ZYLINDRISCHE UND OPTIMIERTE EINBLASGEOMETRIE 35
3.2 NUMERISCHES VERSUCHSPROGRAMRN 37
3.3 BILANZEBENEN UND KOORDINATENDEFINITIONEN 38
3.4 NUMERISCHES BERECHNUNGSVERFAHREN UND RANDBEDINGUNGEN 40
3.5 ANGEPASSTE VERNETZUNGSSTRATEGIEN 42
3.6 NUMERISCHE FEHLERBETRACHTUNG 45
4 MODELLBILDUNG ANHAND EINES SYNTHETISCHEN SPALTSTROEMUNGSMODELLS 4 9
4.1 NUMERISCHES SETUP ZUR MODELLIERUNG DER SPALTSTROEMUNG 50
4.2 SENSITIVITAET DER SPALTWIRBELKERNTRAJEKTORIE 51
4.3 BLOCKAGEENTWICKLUNG 53
4.4 TOTALDRUCKVERLUSTVERHALTEN 55
4.5 MODELLBILDUNG DES MECHANISMUS UND SCHLUSSFOLGERUNG 56
5 A E R O D Y N A M I K I M RADIALSPALT 59
5.1 MASSENSTROMBILANZ 59
I
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IMAGE 2
5.2 MASSENSTROMVERTEILUNG UEBER DEN RADIALSPALT 62
5.3 DRUCKSEITIGE VERSPERRUNG DURCH DIE VENA CONTRACTA 65
5.4 INDUZIERTER SPALTSTROEMUNGSMECHANISMUS 67
*5.4.1 VERSPERRUNG IM SPALT DURCH KUENSTLICHE VENA CONTRACTA 70
5.4.2 DRUCKSEITIGE VERSPERRUNG DURCH STROEMUNGSUMLENKUNG 70
*5.4.3 SAUGSEITIGE SPALTFLUIDWINKELAENDERUNG 73
5.5 ZUSAMMENFASSUNG UND SCHLUSSFOLGERUNG ZUM SPALTSTROEMUNGSMECHANISMUS .
75
6 BETRIEBSVERHALTEN M I T EINBLASUNG 7 8
6.1 KENNFELD UND AERODYNAMISCHE STABILITAET 78
6.2 ANALYSE DER ROTORZUSTROEMUNG 80
6.3 ANALYSE DER ROTORABSTROEMUNG 81
6.4 ZUSAMMENFASSUNG UND SCHLUSSFOLGERUNG 87
7 VERHALTEN DES RADIALSPALTWIRBELS UND DER BLOCKAGEENTWICKLUNG 8 8
7.1 SPALTWIRBELKERNTRAJEKTORIE IN DER SCHAUFELPASSAGE 88
7.1.1 VERLUST- UND GESCHWINDIGKEITSDEFIZITGEBIET IN DER
ROTORAUSTRITTSEBENE 94
7.1.2 SCHLUSSFOLGERUNG UND MODELLBILDUNG ZUM WIRKMECHANISMUS DER
WIRBELKERNLAGE 96
7.2 BLOCKAGE UND MASSENSTROMVERLAGERUNG 98
7.2.1 INTEGRALE BLOCKAGEENTWICKLUNG 98
7.2.2 BLOCKAGEENTWICKLUNG UND MASSENSTROMVERLAGERUNG IN DER SCHAUFEL
PASSAGE 99
7.2.3 SCHLUSSFOLGERUNG 101
8 GESTALTUNGSRICHTLINIEN FUER BLOCKAGEOPTIMIERTE RADIALSPALTEINBLASUNG
103
8.1 RADIALSPALTAERODYNAMIK 104
8.2 BLOCKAGEENTWICKLUNG 106
8.3 ANALYSE DER ZU- UND ABSTROEMUNG DES ROTORS 110
9 ZUSAMMENFASSUNG 112
LITERATURVERZEICHNIS 119
A KONJUGIERTE WAERMEUEBERTRAGUNGSBERECHNUNGEN 130
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