Platzhalter für Bild, Bild auf Titelfolie hinter das Logo einsetzen Ralf Bösche CFD-Anwendung am Beispiel eines Turboverdichters

1. April 2010 | Referent | Kurztitel der Präsentation (bitte im Master einfügen) | Seite 2 Gliederung des Vortags Betriebsdaten des Beispiels und Grundlagen zur Funktionsweise Beispielhafte Simulation Geometrieerstellung Geometrievernetzung/ Erstellung der Kontrollvolumina Numerische Lösung Auswertung des Ergebnisses

1. April 2010 | Referent | Kurztitel der Präsentation (bitte im Master einfügen) | Seite 3 Betriebsdaten des Beispiels und Grundlagen zur Funktionsweise Bei diesem Beispiel handelt es sich um einen Turboverdichter der wie folgt aussieht Die Betriebsparameter sind rechts abzulesen Grundfunktion eines Turboverdichters: Turbine wird durch einen Motor angetrieben und saugt somit Luft an Die Luft wird hierbei in die Rohrleitung gedrückt und durch die Verringerung des Raumes komprimiert

1. April 2010 | Referent | Kurztitel der Präsentation (bitte im Master einfügen) | Seite 4 Geometrieerstellung Gedankenmodell des Ingenieurs wird auf Papier übertragen und Betriebsbedingungen festgelegt Die 2D-Zeichnung wird mithilfe von CAD-Tools in den Rechner überführt Importierung der Turbine aus vorherigen CAD-Aufgaben Generierung der Rohrleitung Anpassung der Größe des Turbinenrades Vernetzung der beiden Komponenten Gestaltungsregeln beachten Die Geometrieerstellung kann bereits einen starken Einfluss auf die Laufzeit/Güte haben Aus diesem Grund wird die Wandstärke des Rohres vernachlässigt Überführung des CAD-Models in die CFD-Umgebung

1. April 2010 | Referent | Kurztitel der Präsentation (bitte im Master einfügen) | Seite 5 Geometrievernetzung/ Erstellung der Kontrollvolumina Bestimmung des Kontrollvolumens Aus Geometriegründen reicht die Betrachtung eines Ausschnitts, in diesem Fall eine Schaufel (3. Bild)

1. April 2010 | Referent | Kurztitel der Präsentation (bitte im Master einfügen) | Seite 6 Geometrievernetzung/ Erstellung der Kontrollvolumina Gliederung des Bauteils in partielle Flächen durch Gitterstruktur

1. April 2010 | Referent | Kurztitel der Präsentation (bitte im Master einfügen) | Seite 7 Geometrievernetzung/ Erstellung der Kontrollvolumina Projezierung der Struktur auf die anderen Schaufeln Vergleich verschiedener Gitterstrukturen

1. April 2010 | Referent | Kurztitel der Präsentation (bitte im Master einfügen) | Seite 8 Geometrievernetzung/ Erstellung der Kontrollvolumina Tetra/prism Erstellung der Gitterstruktur aus Tetraedern (automatisch) Ungenau im Grenzbereich Geringe Generierungszeit/kosten Hexa Manuelle Gittererstellung Bessere Auflösung im Grenzbereich. Führt zu genauerer Auswertung Hohe Generierungszeit/kosten

1. April 2010 | Referent | Kurztitel der Präsentation (bitte im Master einfügen) | Seite 9 Geometrievernetzung/ Erstellung der Kontrollvolumina Bestimmung der Randbedingungen Vorgegeben durch Materialgrenzen/Umgebungsbedingungen Eingabe des maximalen Druck sowie der Temperatur am Turbineneinlass Eingabe des statischen Drucks und des Massenflusses

1. April 2010 | Referent | Kurztitel der Präsentation (bitte im Master einfügen) | Seite 10 Geometrievernetzung/ Erstellung der Kontrollvolumina Bestimmung der Randbedingungen Vorgegeben durch Strömungseigenschaften und Wechselwirkungen Stationäre Strömungsbedingung, da der Startvorgang uninteressant ist Modellwahl für Wechselwirkung zwischen Stator und Rotor. Verwendung des RSI-Frozen Rotor Modells. Berücksichtigung der turbolenten Strömung führt zum SST- Turbulence Modell

1. April 2010 | Referent | Kurztitel der Präsentation (bitte im Master einfügen) | Seite 11 Numerische Lösung Nach Eingabe der RB beginnt das Programm mit der numerischen Lösung In jedem Mittelpunkt der einzelnen Gitterkomponenten werden Masse-, Impuls-, Energieerhaltungssatz angewandt. Durch die verschiedenen Modelle kommen noch weiter Differentialgleichungen hinzu. Exakte Differentiallösungen führen zu Problemen Nicht immer ist eine exakte Lösung möglich Exakte Lösung kann sehr viel Zeit in Anspruch nehmen Verwendung von numerischer Berechnung Näherungslösung führt zu folgenden Fehlern Modellfehler Diskretisierungsfehler Konvergenzfehler

1. April 2010 | Referent | Kurztitel der Präsentation (bitte im Master einfügen) | Seite 12 Auswertung des Ergebnisses Betrachtung des Druckes und der Geschwindigkeit

1. April 2010 | Referent | Kurztitel der Präsentation (bitte im Master einfügen) | Seite 13 Auswertung des Ergebnisses Druck und Geschwindigkeit verhalten sich anti-proportional Druck ist am Einlass am geringsten und erhöht sich je weiter das Fluid fortschreitet Des Weiteren steigt der Druck mit größerem Radius Die Geschwindigkeit ist am Einlass am größten und verringert sich mit der Laufzeit des Fluides im Verdichter

1. April 2010 | Referent | Kurztitel der Präsentation (bitte im Master einfügen) | Seite 14 Auswertung des Ergebnisses Differenzierung der einzelnen Betriebspunkte und deren Auswirkungen. Betrachtung des Wirkungsgrades

1. April 2010 | Referent | Kurztitel der Präsentation (bitte im Master einfügen) | Seite 15 Auswertung des Ergebnisses Der Wirkungsgrad ist sowohl von dem Kopfspiel als auch von dem Massenstrom abhängig Je höher das Kopfspiel desto geringer der Wirkungsgrad Wirkungsgrad hält sich für einen Massenstrom von 0,28 [Kg/s] bis 0,32 [Kg/s] relativ konstant Absenkung des Wirkungsgerades bei einem Massenstrom der größer als 0,32 [Kg/s] beträgt Das Maximum besteht bei einem Massenstrom von 0,32 [Kg/s] und einen Kopfspiel von 0mm

1. April 2010 | Referent | Kurztitel der Präsentation (bitte im Master einfügen) | Seite 16 Auswertung des Ergebnisses Differenzierung der einzelnen Betriebspunkte und deren Auswirkungen. Betrachtung des Druckes am Austritt

1. April 2010 | Referent | Kurztitel der Präsentation (bitte im Master einfügen) | Seite 17 Auswertung des Ergebnisses Druckverlauft weißt parallelen zum Wirkungsgrad auf Erhöhung des Massenstroms führt zu geringerem Austrittsdruck Erhöhung des Kopfspiels führt ebenfalls zum geringerem Austrittsdruck Wirkungsgrad ist bei einem Turboverdichter an den Druck gekoppelt