Berechnung der Meridianströmung in einem Axialventilator mit verstellbarer Vorleitreihe

Abstract

Diese Arbeit befasst sich mit den Erweiterungsmöglichkeiten des Arbeitsbereiches eines Axialventilators durch den Einsatz einer Vorleitreihe. Im Detail wurde für den am Institut für Energietechnik und Thermodynamik vorhandenen linearen Schaufelgitterwindkanal eine Kennfeldrechnung des Axialventilators durchgeführt. In den letzten Jahren wurde für Messungen immer eine vollständig geöffnete Vorleitreihe verwendet. Da in neuen Forschungsprojekten aber Turbinengitterkonfigurationen untersucht werden, welche zu einer starken Androsselung des Axialventilators führen, ist man am gesamten Kennfeld des Axialventilators unter Verwendung der Vorleitreihe interessiert. Hierzu wurde ein geeignetes Modell bestehend aus einer Vorleitreihe, einer Laufschaufelreihe, einer Leitschaufelreihe sowie dahinter liegenden Stützrohren erstellt und mit dem Stromlinienkrümmungsverfahren berechnet. Der Versuch, den nachgeschalteten Diffusor in die Berechnung mit einzubinden, zeigte allerdings die Grenzen dieses Verfahrens auf, da die Strömungsverhältnisse nicht korrekt berechnet werden konnten. Aus diesem Grund wurde der Diffusor separat analytisch ausgewertet und in die Ergebnisse miteinbezogen. Zur Strömungsberechnung wurde das Programm Hearsey, welches am Institut verfügbar ist, verwendet. Dieses bietet, im Vergleich zu CFD-Berechnungen, den Vorteil von sehr kurzen Rechenzeiten. Unterstützend wurde die Software MATLAB für das Pre- und Postprocessing verwendet, wodurch die Effizienz der Berechnung und Auswertung gesteigert werden konnte. Besonderes Interesse galt, neben den globalen Kennlinien der Totaldruckerhöhung und des Wirkungsgrades, Strömungsgrößen wie Strömungswinkel, Strömungsgeschwindigkeiten und Versperrung. Bezüglich der Totaldruckerhöhung konnten im Vergleich mit Messergebnissen gute Resultate erzielt werden. Hinsichtlich des Wirkungsgrades traten vor allem im Bereich der Sekundärkennlinie größere Abweichungen auf. Im Weiteren wird auf den Pumpgrenzenabstand, welcher durch verschiedene Kriterien berechnet wurde, eingegangen. Zu diesen zählen der Diffusionsfaktor nach Lieblein, das Kriterium nach de Haller und auch der Totaldruckverlustbeiwert.

This master thesis deals with the possibilities to extend the operating range of an axial fan by using an inlet guide vane. This fan is part of the linear cascade wind tunnel which belongs to the Institute for Energy Systems and Thermodynamics. Until now the inlet guide vane was always completely opened for tests and measurements. Nowadays turbine configurations which lead to a high load of the axial fan are tested and therefore the knowledge of the characteristic map is deeply interested. A detailed calculation of the characteristic map by using a suitable model has been done. The model, consisting of an inlet guide vane, an impeller wheel and a guide wheel followed by a row of support struts, is calculated by using the streamline curvature method. An attempt to compute the diffuser-geometry with this method failed because of inconsistent flow properties. For that reason the diffuser was calculated analytically and included in the results. The flow calculation was mainly done with the software Hearsey, which is available at the institute. Compared to CFD-computation the main gain of using this program is the short calculation time. In addition the software MATLAB was used for the pre- and postprocessing which resulted in further increase of the calculation efficiency. The major interrest was focused on, besides the global characteristic of the total pressure increase and efficiency, in the flow velocities, angles and the blockage. Compared to measurements the total pressure increases are well correlated to the results. However, the calculated efficiencies show major differences especially in the range of the secondary characteristic curve. Furthermore the surge line margin is investigated by using different criteria. Those are the Diffusion factor according to Lieblein, the de Haller criterion and the total pressure loss coefficient.