Experimentelle und numerische Untersuchung von Realgaseffekten in transsonischen Turboverdichtern

• Antragsteller: Professor Philipp Epple, Ph.D.; Professor Dr.-Ing. Stefan aus der Wiesche
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik ; Strömungs- und Kolbenmaschinen
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 568756027

Wärmepumpensysteme werden eine immer wichtigere Rolle für die klimaneutrale Versorgung mit Prozess- und Heizwärme spielen. Die Verbesserung der Leistung und Effizienz von Wärmepumpen ist ein ständiges Anliegen und wird von der Europäischen Gemeinschaft vorangetrieben. Die meisten Kompressoren in Wärmepumpenanlagen sind derzeit Radialverdichter, aber für zukünftige industrielle Großanwendungen könnten auch Axialkompressoren eine attraktive Lösung sein. Obwohl Kompressoren eine bewährte Technologie sind, bestehen massive Kenntnislücken hinsichtlich der Strömungsverhältnisse bei Verwendung von schweren organischen Dämpfen mit ausgeprägten Realgaseffekten. Da bei diesen Dämpfen die Schallgeschwindigkeit relativ gering ist, treten transsonische Strömungen mit komplexen Stößen und Grenzschichtwechselwirkungen auf. Daher können die im Konstruktionsprozess verwendeten numerischen Werkzeuge aktuell nur mit großen Unsicherheiten eingesetzt werden und viele strömungsphysikalische Aspekte sind noch völlig ungeklärt. Im Projekt sollen hochgenaue numerische Simulationen und Experimente eingesetzt werden, um unser grundlegendes Verständnis der Strömung komplexer Fluide in Kompressoren zu verbessern. Experimente in einem Kompressorprüftstand und einem Windkanal werden mit hochpräzisen Simulationen auf Basis eines kompressiblen Strömungslösers kombiniert, um datengetriebene Modelle zu erlernen. Letztere werden in Low-Fidelity-Codes implementiert und anhand von Messungen getestet. Strömungsphänomen in der Beschaufelung von transsonischen Axialkompressoren werden experimentell und numerisch mithilfe einer Kompressorkaskade detailliert untersucht. Optimierungsverfahren für Verdichterbeschaufelungen sollen entwickelt und getestet werden. Die Synergie und Leistungsfähigkeit zwischen den beteiligten numerischen und experimentellen Arbeitsgruppen wurde bereits im vorherigen ANR-DFG-Projekt Regal-ORC (mit über 13 Artikeln in Fachzeitschriften und 21 Beiträgen in internationalen Konferenzen) demonstriert. Das vorliegende Projekt kann auf dieser erfolgreichen Kooperation aufbauen und es sollen die die dort für Turbinen entwickelten Methoden und Verfahren auf Kompressoren für Wärmepumpen weiterentwickelt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Professorin Dr. Paola Cinnella; Professor Dr. Xavier Gloerfelt