Numerische Untersuchung der Durchströmung einer Rückführung eines mehrstufigen Radialverdichters

Franz, Holger; Jeschke, Peter; Stumpf, Eike

doi:urn:nbn:de:hbz:82-rwth-2015-036840

Numerische Untersuchung der Durchströmung einer Rückführung eines mehrstufigen Radialverdichters = Numerical investigation of the flow through a return channel of a multistage centrifugal compressor

Franz, Holger

2015

VerantwortlichkeitsangabeHolger Franz

ImpressumAachen 2015

UmfangVII, 157 S. : Ill., graph. Darst.

Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2015

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
Jeschke, Peter (Thesis advisor) ; Stumpf, Eike (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2015-06-03

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-rwth-2015-036840
DOI: 10.18154/RWTH-2015-03684
URL: http://publications.rwth-aachen.de/record/480456/files/480456.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl und Institut für Strahlantriebe und Turboarbeitsmaschinen (413510)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
CFD (frei) ; Ingenieurwissenschaften (frei) ; Radialverdichter (frei) ; Rückführung (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Die vorliegende Dissertation befasst sich mit der numerischen Analyse der Durchströmung der Rückführung einer Radialverdichterstufe. Derartige Verdichterstufen kommen typischer Weise in mehrstufigen, einwelligen Radialverdichtern zum Einsatz. Im Vorfeld zu den am Institut für Strahlantriebe und Turboarbeitsmaschinen durchgeführten Messungen an diesem Radialverdichter sind die in dieser Arbeit beschriebenen Simulationen durchgeführt worden. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, die in einer Rückführung entstehenden Strömungsphänomene zu beschreiben, und deren Einfluss auf das Verlustverhalten zu charakterisieren. Die Verdichterstufe hat eine hohe Auslegungsdurchflussziffer und entsprechend breite Kanäle. Diese begünstigen die Entstehung dreidimensionaler Strömungseffekte, welche innerhalb dieser Arbeit analysiert werden. Es wird gezeigt, dass insbesondere die Ausmischung und Vermischung inhomogener Strömungsfelder innerhalb der meridionalen Kanalkrümmungen zu hohen Verlusten führen. Hierbei spielen vor allem turbulente Effekte aufgrund der Stromlinienkrümmung eine Rolle. Außerdem beeinflussen die durch die Kanalkrümmungen generierten Strömungsprofile und Potentialeffekte maßgeblich die Durchströmung der Rückführbeschaufelung. Durch ein sukzessives Aufprägen der unterschiedlichen Kanalkrümmungen wird gezeigt, dass sowohl das Umlenkverhalten der Beschaufelung, als auch die Verlustcharakteristik signifikant durch die vor- und nachgeschalteten Kanalkrümmungen verändert werden. Die inhärent vorhandenen Wechselwirkungen zwischen den unterschiedlichen Abschnitten der Rückführung machen eine voneinander getrennte Auslegung der Teilabschnitte unmöglich. Eine Gesamtbetrachtung der Rückführung ist unumgänglich, wobei auch das aus dem vorgeschalteten Diffusor austretende Strömungsprofil einen deutlichen Einfluss auf die Verlustcharakteristik der Rückführung hat.

In this thesis, a numerical investigation of the flow through a return channel of a multistage, single shaft centrifugal compressor stage is presented. The simulations were conducted in advance to a measurement campaign, carried out at the Institute of Jet Propulsion and Turbomachinery. The objective of this thesis is a detailed analysis of the flow phenomena occurring in the return channel and their contribution to the total pressure losses. The compressor stage has a high range flow coefficient with accordingly wide channels. This encourages the formation of three-dimensional flow phenomena, which will be investigated in this thesis. Especially, the mixing processes of inhomogeneous flow fields within the meridional channel curvatures cause great losses. Thereby, the curvature induced turbulent effects dominate the generation of total pressure losses. Additionally, the flow profiles and the potential effects caused by the channel curvatures distinctly influence the flow through the deswirl vanes. By successively imprinting the channel curvatures on the flow filed within the deswirl vane's passage it is emphasized that both, the turning of the flow and the loss characteristic are changed significantly. The strong interactions between the different parts of the return channel make it impossible to design the parts independently from each other. A treatment of the whole return channel system is unavoidable. Furthermore, the flow field at the outlet of the diffuser has a distinct influence on the losses within the return channel.

OpenAccess:
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