Einfluss des Schaufelhöhenseitenverhältnisses auf den Wirkungsgrad und das Betriebsverhalten einer Axialverdichterstufe: = Influence of the blade aspect ratio on efficiency and operating behaviour of an axial compressor stage
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| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
München
Verlag Dr. Hut
2019
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| Ausgabe: | 1. Auflage |
| Schriftenreihe: | Strömungsmechanik
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Nomenklatur üi
1 Einleitung 1
1 1 Motivation 1
1 2 Wirkungsgradpotenzial durch ein vergrößertes Höhenseitenverhältnis 2
1 3 Zielstellung und Aufbau der Arbeit 5
2 Physikalische Grundlagen 7
2 1 Änderung der Schaufelgeometrie 7
2 2 Sekundärströmungen in Verdichtern 10
2 3 Seitenwandgrenzschichten 16
2 4 Reibungsbehaftete Schaufelumströmung 23
2 5 Entstehung und Quantifizierung von Verlusten 28
2 6 Aerodynamische Grenzen des Betriebsbereiches 31
3 Stand der Forschung 35
3 1 Entwicklung des Höhenseitenverhältnisses 35
3 2 Auswirkungen auf den Belriebsbereich des Verdichters 37
3 3 Auswirkungen auf die Verluste im Verdichter 39
3 4 Einordnung dieser Arbeit 43
4 Prüfstandsbeschreibung 45
4 1 Verdichteranlage 45
4 2 Aerodynamische Auslegung des Verdichters 50
4 3 Eingesetzte Messtechnik 54
4 4 Auswertung der erfassten Strömungsgrößen 6 ^
5- Numerische Methoden
5 1 Strömungslöser ®5
5 2 Geometriemodellierung, Vernetzung und Randbedingungen 67
6 Grundlagenstudie am Einzelgitter ohne Spalt ^
6 1 Untersuchte Geometrievariationen ^
6 2 Schritt 1: Einfluss des Höhenseitenverhältnisses ^
6 3 Schritt 2: Einfluss der Reynoldszahl ^
Inhaltsverzeichnis
6 4 Schritt 3: Einfluss der Seitenwandgrenzschicht 79
6 5 Schritt 4: Einfluss der Vorder- und Hinterkantendicken 87
6 6 Weitere Einflussfaktoren 90
6 7 Zusammenfassung der Auswirkungen auf die Gitterverluste 94
7 Grundlagenstudie am Einzeigitter mit Spalt 97
7 1 Untersuchte Geometrievariationen 97
7 2 Zusammenhang zwischen Höhenseitenverhältnis und Spaltverlusten 98
7 3 Auswirkungen einer rotierenden Seitenwand 104
7 4 Zusammenhang zwischen Höhenseitenverhältnis und Betriebsbereich eines Rotorgitters 107
8 Untersuchungen an einer Verdichterstufe 117
8 1 Untersuchte Geometrievariationen 117
8 2 Änderung der Gitterverluste 118
8 3 Änderung des Betriebsbereiches der Stufe 123
8 4 Experimentelle Validierung des numerischen Setups 126
8 5 Auswirkungen der Ergebnisse auf das Potenzial des Höhenseitenverhältnisses 130
9 Zusammenfassung der Ergebnisse 133
Literaturverzeichnis 137
A Anhang 145
A l Änderung der Flächen bei der Schaufelskalierung 145
A 2 Reduzierte Kennfeldgrößen unter Berücksichtigung der Luftfeuchte 149
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