Numerische Simulation einer Saugrohrströmung mit spezieller Dralleinrichtung

Abstract

Diese Arbeit behandelt die CFD-gestützte Entwicklung einer Dralleinrichtung zur Untersuchung einer Saugrohrströmung. Mit Hilfe der Dralleinrichtung sollen unterschiedliche Geschwindigkeitsprofile erzeugt werden, um damit die Eintrittsbedingungen der Saugrohrströmung variieren zu können. Um diese Geschwindigkeitsprofile erzeugen zu können, wird zum einen ein spezieller Verstellmechanismus zur Beeinflussung der Meridiangeschwindigkeitskomponente verwendet, zum anderen werden verschiedene Leitschaufelgeometrien zur unterschiedlichen Verdrallung der Strömung untersucht.<br />Für den Drallapparat werden mit ICEM CFD blockstrukturierte Rechennetze erstellt, die zum Teil mit OpenFOAM, aber auch mit ANSYS-CFX simuliert werden. Neben den Geschwindigkeitsprofilen wird auf die Druckverteilung um den Schaufelverbund und die Drallzahl genauer eingegangen.<br />Für die Simulation der Saugrohrströmung werden die erzeugten Rechennetze des Drallapparates mit bereits vorhandenen Rechennetzen des Saugrohres gekoppelt. Diese Simulation des Zusammenbaus wird ausschlielich mit ANSYS-CFX behandelt. Genauere Betrachtung finden hierbei der Druckruckgewinnungsfaktor Cp des Saugrohres sowie die Verteilung des Massenstroms auf die beiden Saugrohrkammern.<br />Eine Untersuchung des Zusammenbaus aus Drallapparat und Saugrohr im Labor des Instituts für Energietechnik und Thermodynamik ist bereits geplant. Diese Arbeit soll einen Einstieg für weiterführende Simulationen und Messungen darstellen.<br />

This thesis deals with a cfd-based design and development of a swirling flow apparatus for numerical simulations of a draft tube. The main reason for this swirling flow apparatus is the creation of different inlet conditions for the draft tube flow simulation.<br />Therefore a mechanism for influencing the axial velocity is used and different types of blades for swirl creation are evaluated.<br />A blockstructered mesh for the swirl apparatus has been created with ICEM CFD. All calculations have been performed using OpenFOAM and ANSYS-CFX. Beside the different inlet velocity profiles, the Cp-value of the blades and the swirl number of the device have been the main points of interest.<br />For the numerical simulation of the draft tube the created meshes of the swirl apparatus have been connected with already existing meshes of the draft tube. These simulations have been solved with ANSYS-CFX only.<br />Here, the pressure recovery factor and the distribution of the massflow have been investigated thoroughly.<br />An implementation of the swirl apparatus into the existing arrangements of the laboratories of the Institute of Energy Systems and Thermodynamics has already been planned. This thesis should form the basis for further investigations concerning draft tubes.