Numerische Analyse des Einflusses von geöffneten und geschlossenen Deckband-Kavitäten auf die Strömung in Hochdruckdampfturbinen:
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Aachen
Shaker
2013
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INHALTSVERZEICHNIS
INHALTSVERZEICHNIS
NOMENKLATUR 9
1. EINLEITUNG 11
1.1 MOTIVATION UND ZIELSETZUNG DER ARBEIT 11
1.2 TECHNISCH - PYHSIKALISCHER HINTERGRUND DER ARBEIT 12
1.3 VORGEHENSVVEISE 17
1.4 STAND DER FORSCHUNG 18
1.5 ZUSAMMENFASSUNG 21
2. DARSTELLUNG DER UNTERSUCHTEN KONFIGURATIONEN 23
2.1 DARSTELLUNG DER VERSUCHSTURBINE OLLI DES INSTITUTS FUER DAMPF- UND
GASTURBINEN UND DES DARAUS ABGELEITETEN BERECHNUNGSGEBIETS 23
2.2 UNTERSUCHTE BESCHAUFELUNGEN 24
2.2.1 BASISBESCHAUFELUNG 25
2.2.2 ERSTE OPTIMIERTE BESCHAUFELUNG 25
2.2.1 ZWEITE OPTIMIERTE BESCHAUFELUNG 26
2.3 UNTERSUCHTE DECKBAND-KONFIGURATIONEN 27
2.3.1 BASISKONFIGURATION A: OHNE BERUECKSICHTIGUNG DER KAVITAETEN 27
2.3.2 KONFIGURATION B: GEOEFFNETE AXIALE SPALTE 28
2.3.3 KONFIGURATION C: GEOEFFNETE RADIALE SPALTE 29
2.4 UNTERSUCHTE SCHAUFELBELASTUNG 29
2.5 ZUSAMMENFASSUNG 30
3. NUMERISCHES RECHENVERFAHREN 33
3.1 GRUNDGLEICHUNGEN 33
3.1.1 INTEGRALE FORM DER ERHALTUNGSGLEICHUNGEN 34
3.1.2 KONSERVATIVE FORM DER ERHALTUNGSGLEICHUNGEN IN KARTESISCHEN
KOORDINATEN 35
3.1.3 TRANSFORMATION IN BELIEBIGE KOORDINATEN 38
3.1.4 TRANSPORTKOEFFIZIENTEN 40
3.2 TURBULENZMODELLIERUNG 41
3.2.1 EFFEKTIVE TRANSPORTKOEFFIZIENTEN 44
3.2.2 BALDVVIN-LOMAX TURBULENZMODELL 44
3.3 ANFANGS- UND RANDBEDINGUNGEN 46
3.4 NUMERISCHER LOESUNGSALGORITHMUS 49
3.4.1 ZEITDISKRETISIERUNG 49
3.4.2 JACOBISCHE MATRIZEN 51
3.4.3 RELAXATION 52
3.4.4 BESTIMMUNG DER REIBUNGSFREIEN FLUESSE 54
3.4.5 BESTIMMUNG DER REIBUNGSBEHAFTETEN FLUESSE 56
3.4.6 KOPPLUNG STEHENDER UND ROTIERENDER SYSTEME 57
3.5 GITTERGENERIERUNG 59
-7 -
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IMAGE 2
INHALTSVERZEICHNIS
3.5.1 GRUNDSTRUKTUREN VON RECHENGITTERN 59
3.5.2 BEHANDLUNG DER GEOMETRIE UND GITTERGENERIERUNG 61
3.6 KONVERGENZBETRACHTUNG 63
3.7 ZUSAMMENFASSUNG 64
4. VALIDIERUNG DES NUMERISCHEN VERFAHRENS 67
4.1 KONFIGURATION, RECHENGITTER UND RANDBEDINGUNGEN 67
4.2 AERODYNAMISCHE VALIDIERUNG 69
4.2.1 RADIALVERTEILUNG DES TOTALDRUCKS 69
4.2.2 RADIALVERTEILUNGEN DER STROEMUNGSVVINKEL 70
4.3 ZUSAMMENFASSUNG 72
5. EINFLUSS DREIDIMENSIONALER SCHAUFELGESTALTUNG 73
5.1 CHARAKTERISTISCHE STROEMUNGSVERHAELTNISSE IM SCHAUFELKANAL 73
5.2 VERGLEICH DER SEKUNDAERSTROEMUNGSPHAENOMENE IM SCHAUFELKANAL 76
5.3 RADIALVERTEILUNGEN AUSGEWAEHLTER STROEMUNGSGROESSEN AM AUSTRITT DER
BESCHAUFELUNG UND VERGLEICH MIT EXPERIMENTELLEN ERGEBNISSEN 80
5.4 EINFLUSS DER SCHAUFELGESTALTUNG AUF DEN WIRKUNGSGRAD 82
5.5 ZUSAMMENFASSUNG 85
6. EINFLUSS GEOEFFNETER AXIALER SPALTE DER DECKBANDKAVITAETEN 87
6.1 EINFLUSS DER KAVITAETEN AUF DIE CHARAKTERSITISCHEN
STROEMUNGSVERHAELTNISSE IM SCHAUFELKANAL 87
6.2 STROEMUNGSPHAENOMENE IN DEN KAVITAETEN 90
6.3 EINFLUSS GEOEFFNETER AXIALER SPALTE AUF DAS STROEMUNGSBILD AM AUSTRITT
DER BESCHAUFELUNG 93
6.4 EINFLUSS GEOEFFNETER AXIALER SPALTE AUF DEN WIRKUNGSGRAD 96
6.5 ZUSAMMENFASSUNG 98
7. EINFLUSS GEOEFFNETER RADIALER SPALTE DER DECKBANDKAVITAETEN 101
7.1 EINFLUSS GEOEFFNETER RADIALER SPALTE AUF DIE CHARAKTERSITISCHEN
STROEMUNGSVERHAELTNISSE IM SCHAUFELKANAL 102
7.2 STROEMUNGSPHAENOMENE IN DEN KAVITAETEN SOWIE BEI DER INTERAKTION
ZWISCHEN KAVITAETEN-UND HAUPTSTROEMUNG 103
7.3 EINFLUSS GEOEFFNETER RADIALER SPALTE AUF DAS STROEMUNGSBILD AM
AUSTRITT DER BESCHAUFELUNG 109
7.4 EINFLUSS GEOEFFNETER RADIALER SPALTE AUF DEN WIRKUNSGRAD 111
7.5 ZUSAMMENFASSUNG 112
8. ZUSAMMENFASSUNG 115
9. LITERATURVERZEICHNIS 121
ANHANG A: VERZEICHNIS DER ABBILDUNGEN UND TABELLEN 127
A.L ABBILDUNGEN 127
A.2 TABELLEN 129
- 8 -
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