Verfügbarkeit: Turbulenzauflösende Strömungssimulation einer Francisturbine in Teillast

Turbulenzauflösende Strömungssimulation einer Francisturbine in Teillast:

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Bibliographische Detailangaben
1. Verfasser:	Krappel, Timo (VerfasserIn)
Format:	Abschlussarbeit Buch
Sprache:	German
Veröffentlicht:	Stuttgart Institut für Strömungsmechanik und Hydraulische Strömungsmaschinen 2018
Schriftenreihe:	Mitteilung / Institut für Strömungsmechanik und Hydraulische Strömungsmaschinen, Universität Stuttgart Nr. 37
Schlagworte:	Numerische Strömungssimulation Francis-Turbine Teillastbetrieb Hochschulschrift
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Beschreibung:	xi, 208 Seiten Illustrationen, Diagramme 21 cm
ISBN:	9783981205466

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adam_text	INHALTSVERZEICHNIS INHALTSVERZEICHNIS I NOMENKLATUR V KURZFASSUNG X ABSTRACT XI 1 EINLEITUNG 1 1.1 MOTIVATION ............................................................................................................... 1 1.2 STROEMUNGSMECHANISCHE BESCHREIBUNG DER FRANCISTURBINE IN TEILLAST ............... 2 1.3 STAND DER FORSCHUNG ............................................................................................ 5 1.4 ZIELSETZUNGEN ......................................................................................................... 13 2 GRUNDLAGEN DER TURBULENZ UND NUMERISCHEN STROEMUNGSSIMULATION 17 2.1 BESCHREIBUNG TURBULENTER STROEMUNG .................................................................... 17 2.1.1 KOLMOGOROV-ENERGIEKASKADE .................................................................... 17 2.1.2 TAYLOR-HYPOTHESE ...................................................................................... 19 2.1.3 ZUSAMMENHAENGE UND DEFINITIONEN IM BEREICH DER GRENZSCHICHT .... 19 2.1.4 STATISTISCHE BESCHREIBUNG TURBULENTER STROEMUNG .................................. 21 2.1.5 PHASENAUFGELOESTE BESCHREIBUNG TURBULENTER STROEMUNG ......................... 22 2.1.6 ANISOTROPE INVARIANTENKARTE .................................................................... 23 2.1.7 WIRBELDETEKTION ......................................................................................... 23 2.2 MODELLIERUNGSANSAETZE ZUR SIMULATION DER TURBULENZ ......................................... 24 2.2.1 REYNOLDS-GEMITTELTE NAVIER-STOKES-GLEICHUNGEN .................................. 25 2.2.2 LARGE EDDY SIMULATION ............................................................................. 26 2.2.3 HYBRIDE RANS-LES-MODELLE .................................................................... 29 2.2.4 EIGENSCHAFTEN DER PRODUKTION DER TURBULENTEN KINETISCHEN ENERGIE . . 33 2.3 FINITE-VOLUMEN-DISKRETISIERUNG .......................................................................... 34 2.3.1 RAEUMLICHE DISKRETISIERUNG ....................................................................... 35 2.3.2 ZEITLICHE DISKRETISIERUNG .......................................................................... 37 2.3.3 STROEMUNGSLOESER .......................................................................................... 37 3 VALIDIERUNG DER TURBULENZMODELLIERUNG 39 3.1 ZERFALL ISOTROPER TURBULENZ .................................................................................... 39 3.2 PERIODISCHE KANALSTROEMUNG ................................................................................. 42 3.3 PERIODISCHE HUEGELUEBERSTROEMUNG .......................................................................... 49 3.4 ROTATIONSSYMMETRISCHER STUFENDIFFUSOR .............................................................. 52 3.5 ZUSAMMENFASSENDE BEWERTUNG ............................................................................. 59 4 ERGEBNISSE DER TURBULENZAUFLOESENDEN STROEMUNGSSIMULATION EINER FRANCIS- TURBINE IN TEILLAST 61 4.1 BESCHREIBUNG DER STROEMUNGSSIMULATION .............................................................. 61 4.1.1 GEOMETRIE UND RANDBEDINGUNGEN ........................................................... 61 4.1.2 RECHENGITTER ................................................................................................ 62 4.1.3 BETRIEBSPUNKT ............................................................................................. 65 4.2 ANGEWANDTE ANALYSEMETHODEN ............................................................................. 67 4.2.1 DEFINITION INTEGRALER BILANZGROESSEN DER MASCHINE .................................. 67 4.2.2 AUSWERTUNG DER DRUCKSCHWANKUNGEN ..................................................... 68 4.2.3 VISUALISIERUNG DES WIRBELZOPFES .............................................................. 69 4.2.4 ZEITLICH GEMITTELTES STROEMUNGSFELD ........................................................... 69 4.2.5 PHASENAUFGELOESTES STROEMUNGSFELD ........................................................... 70 4.2.6 VERIFIKATION DER FREQUENZANALYSE DES TURBULENTEN ENERGIESPEKTRUMS . 72 4.3 BEWERTUNG INTEGRALER GROESSEN VERSCHIEDENER SIMULATIONSMETHODEN ................ 72 4.3.1 VERGLEICH STATIONAERER UND TRANSIENTER RANS-SIMULATIONEN ................... 72 4.3.2 VERGLEICH VERSCHIEDENER HYBRIDER RANS-LES-TURBULENZMODELLE .... 74 4.3.3 BEWERTUNG INTEGRALER GROESSEN IM SAUGROHR ........................................... 81 4.4 DRUCKSCHWANKUNGEN IM SAUGROHR ....................................................................... 83 4.4.1 VISUALISIERUNG DES ROTIERENDEN WIRBELZOPFES ........................................ 83 4.4.2 ANALYSE DER DRUCKSCHWANKUNGEN ........................................................... 87 4.5 ANALYSE DES ZEITLICH GEMITTELTEN STROEMUNGSFELDES .............................................. 100 4.5.1 ALLGEMEINE ANALYSE DER STROEMUNGSFELDES .............................................. 101 4.5.2 VERGLEICH VERSCHIEDENER HYBRIDER RANS-LES-TURBULENZMODELLE .... 108 4.5.3 PRODUKTION DER TURBULENTEN KINETISCHEN ENERGIE .................................. 123 4.5.4 ANISOTROPE INVARIANTENKARTE .................................................................... 125 4.6 ANALYSE DES PHASENAUFGELOESTEN STROEMUNGSFELDES .............................................. 126 II 4.6.1 ERGEBNISSE DES STROEMUNGSFELDES IM SAUGROHRKONUS ............................... 126 4.6.2 TURBULENTE GROESSEN IM SAUGROHRKONUS .................................................... 131 4.6.3 BESCHREIBUNG DES STROEMUNGSFELDES UND TURBULENTER GROESSEN IM ELLBOGEN UND DIFFUSOR DES SAUGROHRS ....................................................................... 136 4.7 DETAILLIERTE ANALYSE DER TURBULENTEN STRUKTUREN .............................................. 144 4.7.1 EINFLUSS DES TURBULENZMODELLS ................................................................. 144 4.7.2 WIRBELAUFLOESUNG IM VERGLEICH MIT DER GITTERGROESSE ............................... 151 4.7.3 UNTERSUCHUNGEN STROMAUF DES SAUGROHRS .............................................. 152 4.7.4 TURBULENTES ENERGIESPEKTRUM ................................................................. 156 5 DISKUSSION DER ERGEBNISSE 167 6 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 171 LITERATURVERZEICHNIS 177 LITERATURVERZEICHNIS 187 A ANHANG 189 A.L VERGLEICH DER BETRIEBSPUNKTE DER SIMULATIONEN UND DER EXPERIMENTELLEN ERGEBNISSE ............................................................................................................... 189 A.2 EINFLUSS DER UMFANGSPOSITION AUF DAS STROEMUNGSPROFIL IM SAUGROHRKONUS . . 191 A.3 VISUALISIERUNG DES WIRBELZOPFES IM SAUGROHR .................................................... 191 A.4 ZEITLICHER VERLAUF DER TURBULENTEN KINETISCHEN ENERGIE ..................................... 193 A.5 BEURTEILUNG DER STATISTISCHEN DICHTE PHASENAUFGELOESTER STROEMUNGSGROESSEN IM SAUGROHRKONUS ............................................................................................................ 200 A.6 BESCHREIBUNG VERSCHIEDENER GROESSEN DES TURBULENZMODELLS ................................... 205 III
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