Die >>Moderne Turboaufladung<< beruht darauf, dass man bei neuen Entwicklungen zuerst alle wichtigen Parameter anhand von rechnerischen Simulationen studiert, um das Zusammenspiel von Verbrennungskraftmaschine und Turbolader aus thermodynamischer Sicht zu optimieren. Dieses Buch zeigt daher vor dem allgemeinen Hintergrund der Turboaufladung auch das Handwerkszeug, mit dem man solche Simulationen durchführen kann, und fördert somit das Verständnis für das System als Ganzes. Zur Vertiefung können anhand eines Beispielprogramms auf CD die wichtigsten Zusammenhänge rechnerisch nachvollzogen werden. Inhalt: - Allgemeines zum Turbolader - Der Radialverdichter - Die Radialturbine (Axialturbine) - Wirkungsgrade und Verluste - Die Ladeluftkühlung - Regeleinrichtungen (Wastegate, Bypass, VTG) - Aufladesysteme - Numerische Darstellung von Turbolader-Kennfeldern - Die wichtigsten Kenngrößen und Formeln zur Motorsimulation - Berechnung von gasdynamischen Vorgängen bei Stoßaufladung - Dynamisches Verdichterverhalten und seine Einflussparameter - Simulation von Verdichterpumpen
Aktualisiert: 2023-06-15
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Die >>Moderne Turboaufladung<< beruht darauf, dass man bei neuen Entwicklungen zuerst alle wichtigen Parameter anhand von rechnerischen Simulationen studiert, um das Zusammenspiel von Verbrennungskraftmaschine und Turbolader aus thermodynamischer Sicht zu optimieren. Dieses Buch zeigt daher vor dem allgemeinen Hintergrund der Turboaufladung auch das Handwerkszeug, mit dem man solche Simulationen durchführen kann, und fördert somit das Verständnis für das System als Ganzes. Zur Vertiefung können anhand eines Beispielprogramms auf CD die wichtigsten Zusammenhänge rechnerisch nachvollzogen werden. Inhalt: - Allgemeines zum Turbolader - Der Radialverdichter - Die Radialturbine (Axialturbine) - Wirkungsgrade und Verluste - Die Ladeluftkühlung - Regeleinrichtungen (Wastegate, Bypass, VTG) - Aufladesysteme - Numerische Darstellung von Turbolader-Kennfeldern - Die wichtigsten Kenngrößen und Formeln zur Motorsimulation - Berechnung von gasdynamischen Vorgängen bei Stoßaufladung - Dynamisches Verdichterverhalten und seine Einflussparameter - Simulation von Verdichterpumpen
Aktualisiert: 2023-06-05
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Resonante Schaufelschwingungen können in Radialturbinen zu Materialermüdung führen. In Abgasturboladern ist das Auftreten einer Vielzahl von Schwingungsformen durch deren aerodynamische Anregung in einem weiten Drehzahlbereich nicht zu vermeiden. Für die dauerfeste Auslegung einer Turbine muss bekannt sein welche Schwingungsformen durch die Strömung angeregt werden und welche Belastungsamplituden auftreten.
Die aerodynamische Anregung wird mit Hilfe strömungsmechanischer Simulationen für eine Turbine mit Leitbeschaufelung charakterisiert. Die Resultate geben Aufschluss über die Anregungsmechanismen und zeigen die Sensitivität der Anregungskräfte in Bezug auf den Betriebszustand der Turbine und die Leitschaufelanzahl. Anschauliche Darstellungen der Anregungsfunktionen zeigen wo aerodynamische Kräfte am Schaufelblatt angreifen. Der Abgleich mit den Schwingungsformen ermöglicht quantitative Aussagen über deren Anregbarkeit.
Eine Methodik zur Simulation erzwungener Schwingungen im Betrieb wird vorgestellt. Fluid-strukturmechanisch gekoppelte Berechnungen mit einem idealen und mit verstimmten Finite-Elemente Modellen ermöglichen die Bestimmung der Resonanzamplituden. Die Gegenüberstellung der Simulationsergebnisse mit Daten aus Schwingungsmessungen im Betrieb zeigt sowohl in Bezug auf die Amplituden als auch auf die Verstimmungseffekte gute Übereinstimmung. Somit steht eine validierte Rechenprozedur für die Analyse strömungsinduzierter Schaufelschwingungen zur Verfügung.
Aktualisiert: 2023-05-15
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Die >>Moderne Turboaufladung<< beruht darauf, dass man bei neuen Entwicklungen zuerst alle wichtigen Parameter anhand von rechnerischen Simulationen studiert, um das Zusammenspiel von Verbrennungskraftmaschine und Turbolader aus thermodynamischer Sicht zu optimieren. Dieses Buch zeigt daher vor dem allgemeinen Hintergrund der Turboaufladung auch das Handwerkszeug, mit dem man solche Simulationen durchführen kann, und fördert somit das Verständnis für das System als Ganzes. Zur Vertiefung können anhand eines Beispielprogramms auf CD die wichtigsten Zusammenhänge rechnerisch nachvollzogen werden. Inhalt: - Allgemeines zum Turbolader - Der Radialverdichter - Die Radialturbine (Axialturbine) - Wirkungsgrade und Verluste - Die Ladeluftkühlung - Regeleinrichtungen (Wastegate, Bypass, VTG) - Aufladesysteme - Numerische Darstellung von Turbolader-Kennfeldern - Die wichtigsten Kenngrößen und Formeln zur Motorsimulation - Berechnung von gasdynamischen Vorgängen bei Stoßaufladung - Dynamisches Verdichterverhalten und seine Einflussparameter - Simulation von Verdichterpumpen
Aktualisiert: 2023-05-08
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Radiale Turbinen- und Verdichterräder bilden hinsichtlich Wirtschaftlichkeit, Effizienz und insbesondere Umweltverträglichkeit essenzielle Eckpfeiler moderner Verbrennungskraftmaschinen. Sie repräsentieren in vielfältigen technischen Anwendungen den Stand der Technik. Umweltrelevante Aspekte beeinflussen die Entwicklung der Verbrennungsmotoren und treiben somit die Entwicklung der Abgasaufladung voran. Im Allgemeinen sind hierfür besonders hohe Druckverhältnisse erforderlich, die die Struktur erheblich belasten.
Die hohen aerodynamischen Ansprüche erfordern filigrane Schaufelgeometrien. Immer dünnere Schaufeln, in Verbindung mit der geringen mechanischen Dämpfung infolge der Integralbauweise erschweren die schwingungssichere Auslegung von Turbomaschinen. Kleinste Imperfektionen, die bereits während der Fertigung entstehen, dominieren das dynamische Verhalten realer Komponenten. Die Abweichung vom ursprünglichen Design wird als Verstimmung (engl. Mistuning) bezeichnet. Die weitgehend zufällige Verstimmung reduziert die Lebensdauer der Komponenten, die durch Fliehkraft, Strömungsumlenkung, instationäre Druckschwankungen der Strömung sowie Temperaturgradienten dauerhaft hoch belastet sind.
Die vorliegende Arbeit widmet sich der Beschreibung des Strukturverhaltens radialer Laufräder. Der Fokus der Arbeit liegt auf der Beschreibung der Radialturbine des Typs MAN TCR 18. Zusätzlich werden die Erkenntnisse dieses Laufrades mit weiteren radialen Laufrädern verglichen. Auf Grundlage von Messdaten, numerischen Berechnungsmodellen und Simulationsergebnissen gelingt es schließlich einen Leitfaden zur schwingungssicheren Auslegung von radialen Turbomaschinen mit dem Fokus auf Mistuning und Dämpfung bereitzustellen.
Aktualisiert: 2022-12-31
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Radialturbinen in Abgasturboladern unterliegen steigenden Anforderungen. Die höheren thermischen und mechanischen Belastungen durch zunehmende Radumfangsgeschwindigkeiten und Abgastemperaturen bedingen die Notwendigkeit das Temperaturprofil im Radialturbinenrad möglichst früh im Designprozess zuverlässig vorherzusagen, um in diesem frühen Stadium Lebensdauerberechnungen durchführen zu können. In dieser Arbeit werden die Wärmetransportmechanismen im Radialturbinenrad auf Grundlage experimenteller und numerischer Ergebnisse analysiert und diskutiert. Anhand validierter numerischer Ergebnisse wird aufgezeigt, wie die Sekundärströmungen im Schaufelkanal des Radialturbinenrades die Entwicklung der Grenzschicht und damit die lokale Verteilung der Wärmestromcharakteristik beeinflussen. Hierzu wird der Strömungszustand im Eintrittsbereich des Radialturbinenrades diskutiert und der weitere Strömungsverlauf mit den sich ausbildenden Sekundärströmungen im Strömungskanal analysiert. Um den Zusammenhang zwischen dem aero-thermodynamischen Zustand auf dem Grenzschichtrand und dem Wandwärmestrom ohne störende Einflüsse aus der Rotation des Turbinenrades aufzeigen und analysieren zu können, wird an einer ein- und beidseitig umströmten ebenen Platte eine Variation der Einflussparameter Totaltemperatur, Machzahl und Wärmestrom über den Schaufelfuß durchgeführt. Für die Bestimmung der Temperaturfelder im Radialturbinenrad wird ein 1D-Expansionsmodell erstellt und validiert sowie ein Korrelationsansatz für die Beschreibung des Wärmeübergangskoeffizienten erarbeitet. Der Ansatz basiert auf der Segmentierung der Turbinenradoberfläche entlang des Strömungsweges. In der Validierung des Korrelationsansatzes wird die Sensitivität des erarbeiteten Systems bzgl. der Segmentierung aufgezeigt.
Aktualisiert: 2020-01-17
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Die Graphische Theorie der Turbinen und Kreiselpumpen - Mit 58 Holzschnitten und 7 lithographirten Tafeln - 219 Seiten - Nachdruck 2018 als Taschenbuch
Aktualisiert: 2021-12-01
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Strömungsenergie und mechanische Arbeit - Mit 151 Textfiguren - 265 Seiten - Nachdruck 2018 als Taschenbuch
Aktualisiert: 2022-12-07
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Die Pumpen - Eine Darstellung ihrer Konstruktion und Wirkungsweise - Mit 196 Illustrationen - 336 Seiten - Nachdruck 2018 als Taschenbuch
Aktualisiert: 2021-12-01
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Die >>Moderne Turboaufladung<< beruht darauf, dass man bei neuen Entwicklungen zuerst alle wichtigen Parameter anhand von rechnerischen Simulationen studiert, um das Zusammenspiel von Verbrennungskraftmaschine und Turbolader aus thermodynamischer Sicht zu optimieren. Dieses Buch zeigt daher vor dem allgemeinen Hintergrund der Turboaufladung auch das Handwerkszeug, mit dem man solche Simulationen durchführen kann, und fördert somit das Verständnis für das System als Ganzes. Zur Vertiefung können anhand eines Beispielprogramms auf CD die wichtigsten Zusammenhänge rechnerisch nachvollzogen werden. Inhalt: - Allgemeines zum Turbolader - Der Radialverdichter - Die Radialturbine (Axialturbine) - Wirkungsgrade und Verluste - Die Ladeluftkühlung - Regeleinrichtungen (Wastegate, Bypass, VTG) - Aufladesysteme - Numerische Darstellung von Turbolader-Kennfeldern - Die wichtigsten Kenngrößen und Formeln zur Motorsimulation - Berechnung von gasdynamischen Vorgängen bei Stoßaufladung - Dynamisches Verdichterverhalten und seine Einflussparameter - Simulation von Verdichterpumpen
Aktualisiert: 2023-03-04
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Bei der Anpassung eines Abgasturboladers an einen Verbrennungsmotor ist die Durchsatzcharakteristik der Turbine von hoher Bedeutung. Sie hängt bei einer leitschaufellosen Radialturbine wesentlich von der Auslegung des Spiralgehäuses ab. Darüber hinaus bestimmt die Gestaltung des Spiralgehäuses die Anströmung des Turbinenrades und beeinflusst den Gesamtwirkungsgrad der Turbine.
Die These dieser Arbeit ist es, durch ein optimal gestaltetes Spiralgehäuse die Durchsatzcharakteristik einer leitschaufellosen Abgasturboladerturbine anzupassen, ohne das Turbinenrad verändern zu müssen und dabei ein verbessertes Betriebsverhalten der Turbine zu erzielen. Zur Erreichung dieses Ziels wird ein flexibles, parametrisches Konstruktionsmodell des Spiralgehäuses entwickelt und es wird auf Basis von CFD-Simulationen ein Bewertungs- und Optimierungsverfahren aufgebaut.
Aktualisiert: 2019-12-12
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Resonante Schaufelschwingungen können in Radialturbinen zu Materialermüdung führen. In Abgasturboladern ist das Auftreten einer Vielzahl von Schwingungsformen durch deren aerodynamische Anregung in einem weiten Drehzahlbereich nicht zu vermeiden. Für die dauerfeste Auslegung einer Turbine muss bekannt sein welche Schwingungsformen durch die Strömung angeregt werden und welche Belastungsamplituden auftreten.
Die aerodynamische Anregung wird mit Hilfe strömungsmechanischer Simulationen für eine Turbine mit Leitbeschaufelung charakterisiert. Die Resultate geben Aufschluss über die Anregungsmechanismen und zeigen die Sensitivität der Anregungskräfte in Bezug auf den Betriebszustand der Turbine und die Leitschaufelanzahl. Anschauliche Darstellungen der Anregungsfunktionen zeigen wo aerodynamische Kräfte am Schaufelblatt angreifen. Der Abgleich mit den Schwingungsformen ermöglicht quantitative Aussagen über deren Anregbarkeit.
Eine Methodik zur Simulation erzwungener Schwingungen im Betrieb wird vorgestellt. Fluid-strukturmechanisch gekoppelte Berechnungen mit einem idealen und mit verstimmten Finite-Elemente Modellen ermöglichen die Bestimmung der Resonanzamplituden. Die Gegenüberstellung der Simulationsergebnisse mit Daten aus Schwingungsmessungen im Betrieb zeigt sowohl in Bezug auf die Amplituden als auch auf die Verstimmungseffekte gute Übereinstimmung. Somit steht eine validierte Rechenprozedur für die Analyse strömungsinduzierter Schaufelschwingungen zur Verfügung.
Aktualisiert: 2023-04-17
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Zu den großen Herausforderungen der Menschheit gehört deren Versorgung mit bezahlbarer, die Umwelt und die Ressourcen schonender Energie. In diesem Zusammenhang kommt der stetigen Verbesserung der Energieeffizienz eine herausragende Bedeutung zu. Die vorliegende Arbeit leistet hierfür einen Beitrag, indem die Grundlagen für eine verbesserte energetische Verwertung von Restgasen aus der Prozessindustrie mittels Radialturbinen gelegt werden. Um den exergetischen Energieanteil bestmöglich auszunutzen, muss das Gas-Dampfgemisch in Druckbereiche entspannt werden, in denen der Dampf kondensiert.
Damit ein zuverlässiger Betrieb der Turbinen gewährleistet werden kann, werden in dieser Arbeit umfangreiche Untersuchungen unter Zuhilfenahme eines erweiterten Navier-Stokes-Lösers durchgeführt. Im ersten Teil der Arbeit wird ein vorhandenes CFD-Programm um Routinen erweitertet, welche die Kondensation, die Flüssigkeitsfilmbildung und den Flüssigkeitsfilmtransport beschreiben. Der Kondensationsvorgang wird mit der klassischen Nukleationstheorie und Wärme- und Stoffübertragungsmodellen abgebildet. Bei der Berechnung der Tropfenbewegung werden die aerodynamische Widerstandskraft, die unter Berücksichtigung der turbulenten Schwankungsbewegung bestimmt wird, die Brown´sche Molekularkraft, die thermophoretische Kraft, die Auftriebskraft und die Druckkraft berücksichtigt. Durch die Tropfenablagerung entsteht ein Flüssigkeitsfilm, dessen Dicke und Geschwindigkeitsfeld mit einem auf den Filmgleichungen basierenden Rechenprogramm ermittelt wird. Mit dem erweiterten CFD-Programm wird eine Turbinenbaureihe im Hinblick auf Kondensationseffekte im Laufrad sowie der Flüssigkeitsablagerung und Flüssigkeitsfilmbildung auf den Laufradschaufeln untersucht.
Aktualisiert: 2019-12-12
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