Verlustmechanismen eines beschaufelten und eines Röhren-Diffusors für Triebwerksradialverdichter
Peter Kaluza
Die Quantifizierung von Verlustmechanismen in Diffusoren für Radialverdichter steht im Fokus dieser Arbeit. Die Basis bilden ein Pipe- und ein Vaned-Diffusor, die für ein und denselben Triebwerksradialverdichter numerisch untersucht wurden.
Zusätzlich zu den dreidimensionalen CFD-Simulationen wird eine eindimensionale Nachmodellierung im Diffusor durchgeführt, um die einzelnen Verlustmechanismen leichter voneinander abzugrenzen. Zur Bestimmung der Verluste durch Wandreibung wird ein Reibbeiwert benötigt, für den in der Literatur jedoch eine Vielzahl verschiedener, teils räumlich stark variierender Werte vorliegen. Die vorliegende Arbeit schlägt einen möglichen Ausweg vor, um konstante Reibbeiwerte verwenden zu können. Hierfür wird in den Erhaltungsgleichungen für eine 1D-Modellierung eines schaufellosen Diffusors zusätzlich die Vereinfachung auf einen effektiven Querschnitt auf Grund von Blockage berücksichtigt. So ergibt sich eine durch Blockage hervorgerufene Korrektur des statischen Druckgradienten.
Die modifizierte Auswertemethodik findet im ersten Ergebnisteil Anwendung für den schaufellosen Raum stromab der dicken Hinterkante des Pipe-Diffusors. Sämtliche Totaldruckverluste der 3D-CFD Ergebnisse werden mit einem nur geringen Fehler quantifiziert. Dies umfasst die ortsfesten Verluste durch Wandreibung und durch die Präsenz von Blockage, sowie die Mischungsverluste räumlich getrennt nach Produktions- und Dissipationsort. Eine massengemittelte Analyse bilanziert dabei die Verluste an ihrem tatsächlichen Dissipationsort in Wärme, während eine Flussmittelung die Mischungsverluste bereits stromauf am Entstehungsort der Inhomogenität bilanziert. Der zweite Ergebnisteil behandelt die gesamte Radialverdichterstufe mit den unterschiedlichen Diffusionssystemen Pipe- und Vaned-Diffusor. Der letzte Ergebnisteil analysiert die Auswirkung der nabenseitigen Kavität am Impelleraustritt.
