Gegenstand dieser Arbeit ist die numerische und experimentelle Untersuchung der Auswirkungen von Auslegungsmethoden für Spiralgehäuse auf die Performance einer einstufigen Kreiselpumpe. Die Primäraufgabe des Spiralgehäuses ist die vom Laufrad produzierte kinetische Energie möglichst verlustfrei in potentielle Energie umzuwandeln. In der Literatur werden verschiedene Auslegungsmethoden für ein Spiralgehäuse genannt. Die beiden am verbreitesten Auslegungsmethoden sind die Konstruktion des Spiralgehäuses nach dem Prinzip des konstanten Dralls sowie nach dem Prinzip der konstanten Geschwindigkeit. In der vorliegenden Arbeit werden diese beiden Auslegungsmethoden zwei weiteren Auslegungsmethoden gegenübergestellt. Diese sind ein linearer Verlauf des Verhältnisses aus Querschnittsfläche und deren Schwerpunktradius sowie ein quadratischer Verlauf des Spiralenwinkels. Die Berechnung der Spiralgehäusekonturen erfolgte für eine spezifische Drehzahl von n_q = 39 min^-1. Die Querschnittsflächen der Spiralgehäusevarianten sind jeweils kreisförmig. Die Untersuchungen erfolgten sowohl numerisch als auch experimentell mit der gleichen Laufradgeometrie.
Nach der erfolgreichen Validierung der CFD-Modelle erfolgte eine Analyse der Strömungsverhältnisse innerhalb der Volute sowie der gesamten Pumpenstufe. Besondere Beachtung erhalten dabei die Visualisierung und Lokalisierung von Geschwindigkeitsänderungen sowie Totaldruckverlusten im Spiralgehäuse. Die Analyse erfolgte in Abhängigkeit der Förderrate und des Auslegungsverfahrens, sodass in der vorliegenden Arbeit ein detailliertes Bild über die Entwicklung der Strömungsverhältnisse innerhalb des jeweiligen Spiralgehäuses von Teil- nach Nenn- in Überlast präsentiert werden kann.
Aktualisiert: 2020-01-27
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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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