Über die Widersprüche der Theorien zur Energieumsetzung in "Strömungsmaschinen"

Abstract

Strömungsmaschinen können allgemein in zwei verschiedene Fachgebiete, die sich anhand des Strömungsmediums unterscheiden, eingeteilt werden. Zum einen die hydraulischen Maschinen und zum anderen die thermischen Turbomaschinen. Für beide Gebiete ist Literatur vorhanden, die die Entwicklung der Theorie besonders geprägt hat. Neben dieser Standardliteratur gibt es auch Bücher die behaupten das gesamte Gebiet der Strömungsmaschinen abzudecken. Da es sich hier um sehr komplexe Themen handelt ist der Versuch das Gebiet auf einmal zu behandeln meist mit Kompromissen verbunden. Diese Diplomarbeit befasst sich mit den Widersprüchen in der Theorie der Strömungsmaschinen wie sie in der allgemeinen Literatur, zum Teil aber auch in der Standardliteratur vorhanden sind. Die geschichtliche Entwicklung der hydraulischen und thermischen Maschinen wird in dieser Arbeit zusammengefasst, da daraus in den späteren Kapiteln Schlussfolgerungen abgeleitet werden können. Um alle Leser auf einen einheitlichen Wissensstand zu bringen werden die wichtigsten Themen der jeweiligen Literatur vorgestellt und anschließend in Tabellen verglichen. Aufbauend auf diesen beiden Kapiteln wird dann auf die Widersprüche der Theorie eingegangen. Ein Problem in der Theorie der Strömungsmaschinen ist der Leistungsbegriff. Auf den geschichtlichen Entwicklungen aufbauend, wird der Leistungbegriff von der hydraulischen Pumpe und der thermischen Turbine deren Theorie zuerst entwickelt wurde, auf die hydraulische Turbine und den Verdichter übertragen. Diese Vorgehensweise ermöglicht zwar einheitliche Formeln, führt aber zu Widersprüchen wenn nur eine Seite der Theorie betrachtet wird. Weitere Probleme entstehen, wenn Voraussetzungen wie zum Beispiel die Reibungsfreiheit und die schaufelkongruente Strömung getroffen werden, die in anderen Werken nicht zu finden sind.

Fluid-flow machinery can be divided into two main branches, which can be differentiated by the flow medium. The first branch is the thermal turbomachinery and the second one is the hydraulic machines. There are books for both branches which especially helped shape the general theory. Apart from this standard literature there are some books which claim to be equally valid for both branches at the same time. Due to the complexity of the topic, the authors always have to accept some compromises when looking at the whole issue. This thesis addresses the existing contradictions in the general theory of turbomachinery, as well as the existing discrepancies in some of the standard works. The historical development of thermal and hydraulic machines is of great importance to this thesis, as essential conclusions are drawn from it in later chapters. To achieve the same level of knowledge in all readers, the theory reflected in this thesis is summarized and is put into a chart for easier comparison. When delving deeper into the various existing contradictions between the universal and the standard literature it is found that one of the main problems is the definition of performance. The definition of performance is based on the historical developments of the turbomachinery. In the category of hydraulic machines, the pump was developed before the turbine; this is why its theory is based on the pump. In the theory for the thermal turbomachinery the steam turbine was developed first, so the same definition was used for the compressor. This approach leaves the opportunity of using the same formulas, but can lead to contradictions when only looking at one side of the theory. Other discrepancies are created due to requirements like frictionless flow and the assumed congruence of the flow and the blade.