Title: Strömungstechnischer Vergleich von Einfach- und Tandemgitter für Gleichdruckventilatoren
Other Titles: Fluid dynamic comparsion of single and tandem cascades for axial flow fans
Language: Deutsch
Authors: Pleninger, Thomas Robert 
Qualification level: Diploma
Advisor: Willinger, Reinhard 
Assisting Advisor: Ghaffari, Pouya 
Issue Date: 2016
Number of Pages: 66
Qualification level: Diploma
Abstract: 
Ziel der Arbeit ist die Auslegung eines Einfach- und eines Tandemgitters für einen Gleichdruckventilator, welche beide aus unprofilierten Schaufeln mit kreisbogenförmiger Skelettlinie und halbkreisförmiger Vorder- und Hinterkante bestehen. Diese werden dann mittels CFD untersucht: Es sollen die Gittercharakteristiken ermittelt werden und die beiden Gitter strömungstechnisch verglichen werden. Die Umlenkung der Gitter beträgt 40° (es wird auf eine drallfreie Abströmung umgelenkt). Die Profillängenreynoldszahl ist bei beiden Gittern 2*10 5. Beim Einfachgitter wird die Solidity mit Hilfe des Diffusionsfaktors nach Lieblein bestimmt. Der Metallwinkel an der Vorderkante entspricht dem der Zuströmung, jener an der Hinterkante wird mit der Winkelübertreibung nach Weinig bestimmt. Für die Auslegung des Tandemgitters wurde eine Literaturrecherche durchgeführt, um für die bei Tandemgittern charakteristischen Geometriebeziehungen, wie z.B. Axial Overlap, Percent Pitch, Load Split etc. sinnvolle Größen für die Auslegung annehmen zu können. Die Solidity wurde gleich der des Einfachgitters gewählt, die weiteren Größen, wie beispielsweise der Abströmwinkel des ersten Profils bzw. Zuströmwinkel des zweiten Profils wurden daraus errechnet. Das Netz für die CFD-Rechnung wurde als blockstrukturiertes Netz in Ansys-ICEM erstellt, die Berechnungen wurden in Ansys-CFX durchgeführt. Die Gittergeometrie musste iterativ angepasst werden, da der Abströmwinkel bei beiden Gittern (leicht) vom Soll abwich und dieser für einen strömungstechnischen Vergleich gleich sein sollte. Der Winkel der Zuströmung wurde zur Erstellung der Gittercharakteristiken im Bereich 25° - 51° variiert. Das Einfachgitter weist beinahe über den gesamten Bereich der Zuströmwinkel geringere Totaldruckverluste auf als das Tandemgitter. Die Ausnahme stellt jene Zuströmung im Bereich des Bauchstoßes, in dem die Strömung am Einfachgitter bereits vollständig abgelöst ist, dar. Im Bereich des Bauchstoßes ist der Abströmwinkel des Tandemgitters generell näher am Soll. Dies erklärt sich unter anderem einerseits durch Verlustmechanismen, die durch die nur bis zur ersten Ableitung stetige Profilkontur hervorgerufen werden, andererseits auch durch Mischungsverluste auf Grund der ausgeprägten Nachlaufdelle des ersten Profils des Tandemgitters.

The aim of this thesis shall be the design of a single and a tandem cascade for an axial fan. Both cascades will consist of circular arc blades with a circular camber line. They will then be investigated using CFD by determining their total pressure losses and outlet flow angle over a range of inlet angles. Furthermore the behavior of their flow shall be compared. The flow turning is 40° and the Reynolds number is 2*10 5. The single cascade's solidity is determined by using the Lieblein diffusion factor. The metal angle on the leading edge is equal to the flow angle, while the metal angle of the trailing edge is determined by using "Winkelübertreibung nach Weinig". Prior to designing the tandem cascade, a literature review was conducted in order to be able to set characteristic geometric values, such as axial overlap, percent pitch, load split, etc.. The solidity of the tandem cascade equals those of the single cascade, while further geometric data was calculated from those assumptions. The block-structured mesh was created using Ansys-ICEM, while the calculations were performed using Ansys-CFX. Both cascades' geometries had to be iteratively adapted, as the outlet flow angle did not meet the intended value. The inlet flow angle was varied between 25° and 51°. The single cascade has lower losses than the tandem cascade at almost all of the inlet flow angles, except for those high angles, where the single cascade is fully stalled. In stall conditions the outlet flow angles of the tandem cascade are closer to their intended value than those of the single cascade. This is inter alia on the one hand due to mixing losses caused by the big wake of the tandem cascade's first profile and on the other hand due to the fact that the profile geometry is discontinuous from the second derivative.
Keywords: Axialventilator; Tandemverdichtergitter; CFD
Axial Fan; Tandem Compressor Cascade; CFD
URI: https://resolver.obvsg.at/urn:nbn:at:at-ubtuw:1-8484
http://hdl.handle.net/20.500.12708/7966
Library ID: AC13369930
Organisation: E302 - Institut für Energietechnik und Thermodynamik 
Publication Type: Thesis
Hochschulschrift
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