Optimierung von transsonischen Verdichterstufen mit Gehäuseeinbauten

Abstract

Gehäuseeinbauten (CTs) werden verwendet um den Arbeitsbereich eines Verdichters zu erweitern. In dieser Arbeit wurden Umfangsnuten und Axial-CTs untersucht. Dabei wurde die automatisierte Optimierung eingesetzt, um gezielt Paretooptimale CTs analysieren zu können und so bessere Aussagen über die Zusammenhänge zwischen den Geometrieparametern der CTs und den Auswirkungen auf die Strömung und die Stabilität der Verdichterstufe treffen zu können. Um die Optimierungen durchführen zu können wurde die zur Optimierung eingesetzte Software um einige Module erweitert, die zur Optimierung der CTs nötig sind. Hierzu zählt die parameterbasierte Geometrieerzeugung der CTs, die automatische Vernetzung, Konvergenzkontrolle und Betriebspunktregelung, sowie Pumpgrenzbestimmung von stationären und instationären CFD-Rechnungen. Es wurden zwei umfangreiche Optimierungen, eine unter Einsatz von RANS CFD zur Optimierung von Umfangsnuten und die zweite unter Einsatz von URANS CFD zur Optimierung von Axial-CTs durchgeführt. Durch die Analyse der Optimierungen konnten wichtige Erkenntnisse zur Gestaltung der CTs gewonnen werden und wichtige Gestaltungsmerkmale identifiziert werden. Es wurden Analysen zur Wirkweise der CTs durchgeführt, um die zugrundeliegenden aerodynamischen Mechanismen zu verstehen.