Vergleichende Untersuchungen experimenteller und numerischer Ergebnisse zur gehäusenahen Strömung in einem transsonischen Radialverdichter

Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit wird die gehäusenahe Strömung des Radialverdichters SRV5 untersucht . Das Versuchsobjekt ist eine Entwicklung des Instituts für Antriebstechnik des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Köln und wurde im Zuge vergangener Projekte optimiert. Für die Analyse stehen umfangreiche experimentelle Daten zur Verfügung, die mit numerisch gewonnenen Lösungen verglichen werden. Darüber hinaus wird eine Auswertemethode für neu installierte, zeitauflösende Sensoren erfolgreich angewendet und validiert. Die Auswertung gibt einen Einblick in die wichtigsten Strömungsvorgänge, die das Verhalten des SRV5 über den gesamten Betriebsbereich beeinflussen. Zur besseren Vergleichbarkeit der Simulation mit dem Experiment erfolgt eine winkelerhaltende Transformation der dreidimensionalen Daten auf eine Ebene. Die Übereinstimmung von Experiment und Numerik ist in den angedrosselten Punkten sehr gut. Abweichungen sind tendenziell in der Nähe der Sperrgrenze fest zustellen. Darüber hinaus wird gezeigt, dass sich die stationäre Simulation dafür eignet, Effekte wie Verdichtungsstöße und Spaltwirbel darzustellen. Zudem wird die Schaufelbelastung über den Betriebsbereich untersucht und festgestellt, dass es kritische Bereiche gibt, in denen hohe Verzögerungsverhätlnisse und Fehlanströmungen auftreten. Im letzten Kapitel erfolgt eine Annäherung an die Pumpgrenze. Das Experiment zeigt die charakteristischen Eigenschaften von rotierenden Instabilitäten, die an der Blattspitze der Hauptschaufelvorderkante auftreten. Im gleichen Bereich sind auch in der Rechnung Hinweise auf Ablösungen zu erkennen.