Numerische und experimentelle Untersuchung der Sekundärströmung und Verlustentstehung in Iducerlaufrädern

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Martin Böhle
• Fachliche Zuordnung: Strömungs- und Kolbenmaschinen
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 319912163

Es gibt bis heute keine quantitativen Untersuchungen zu den Sekundärströmungen in Inducerlaufrädern, wenn man von dem Sekundärströmungsbild von B. Lakshminarayana (1996) absieht, welches aber nur ein qualitatives Bild darstellt und keine Information über Ausdehnungen der einzelnen Bereiche (3D-Grenzsicht, 3D-Ablöselinien, singuläre Punkte, Kernströmung etc.) beinhaltet. Das Sekundärströmungsbild enthält auch keine Stromlinienbilder auf den Naben-, Gehäuse- und Blattkonturen. Diese Lücke des Grundlagenwissens soll mit dem angestrebten Vorhaben geschlossen werden. Mittels CFD sollen Strömungssimulationen in mehreren Inducern durchgeführt und die Sekundärströmung geeignet dargestellt werden . Mit Messungen (Performance- und Strömungsfeldmessungen) und Anstrichbildern sollen die CFD-Ergebnisse validiert werden. Darüber hinaus soll herausgefunden werden, ob die derzeit gültigen Entwurfsrichtlinien geeignet sind, die Länge eines Inducers geeignet zu dimensionieren. Zur Längendimensionierung bietet das Singuaritätenverfahren von Li (2011) einen brauchbaren Ansatz, obwohl das Verlustmodell nach Ansicht des Antragstellers nicht ausreichend ist. Die Ziel sind: 1) Es soll durch CFD-Simulationen die Strömungstopologie der dreidimensionalen Grenzschicht für 80% BPE, 100% BPE und 120 %BPE ermittelt werden. Dem Antragsteller ist bewusst, dass mittels CFD dieses Ziel nur angenähert erreicht werden kann. Allerdings ist es dem Antragsteller gelungen, in einem vorigen DFG-Vorhaben CFD-Ergebnisse und Anstrichbildern von Sekundärströmungen in Verdichtergittern zu einer guten Übereinstimmung zu bringen, so dass er somit die Untersuchungsmethode für geeignet hält, obwohl er die Unzulänglichkeiten kennt. 2) Die Strömungstopologie soll mittels Anstrichbilder ermittelt werden. Dazu soll Ölfarbe (Hersteller: Leinos Typ: Natur-Weißlack, Nr. 820, Dichte: 1,19 g/cm³) mit Petroleum (Dichte ungefähr 0.85g/cm³) verdünnt werden, so dass das so hergestellte Gemisch die Dichte von Wasser besitzt. Am Lehrstuhl SAM sind dazu Untersuchungen durchgeführt worden, die zeigen, dass diese Untersuchungsmethode zielführend ist. Ebenfalls wurde diese Untersuchungsmethode an einer Axialpumpe am Pfleiderer Lehrstuhl (heute IFAS) der TU Braunschweig durchgeführt. 3) Es soll der Einfluss der Pfeilung der Vorderkante auf die Strömungstopologie der Nabengrenzschichtströmung ermittelt werden. Der Antragsteller vermutet, dass die Pfeilung der Vorderkante einen deutlich erkennbaren Einfluss auf die Strömungstopologie der Nabengrenzschichtströmung besitzt, dass er aber auf die Verlustentstehung gering ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen