Rotierende Strömungen

Abteilung Fluidsysteme

Zentrifuge

Abb. 1: Farbkonturplots der mittleren Temperaturverteilung in einem Horizontalschnitt des Zentrifugengehäuses berechnet mit CFD für eine Umdrehungszahl mit n = 30 000 U/min  bei p = 0.3 bar (links) und p = 1.013 bar (rechts).

Windkraftanlage mit Stromlinien
Abb. 2: Farbige Höhenlinien der Wirbelstärke und Stromlinien an einer umströmten NREL Phase VI Windkraftanlage.

Rotierende Strömungen treten in verschiedenen technischen Anwendungen auf. In der Medizintechnik werden die bei der Rotation auftretenden Fliehkräfte in Zentrifugen beispielsweise zur Trennung von Fluidbestandteilen genutzt. Um ein Aufheizen der Proben infolge starker Reibungseffekte bei hohen Umdrehungszahlen zu verhindern, werden die Zentrifugen mit flüssigem Helium gekühlt. Im Rahmen detaillierter Untersuchungen, in denen die Form der Zentrifugen optimiert wurde, wurde das Aufheizverhalten und die dabei auftretenden Strömungsvorgänge mit Hilfe der „Computational Fluid Dynamics“ (CFD) untersucht. Stellvertretend zeigt Abb. 1 die berechneten Temperaturverteilungen im Inneren einer Zentrifuge bei unterschiedlichen Drücken. Daneben treten rotierende Strömungen auch bei Lüftern, Ventilatoren und Windkraftanlagen auf. Maßgebend für das mechanische Drehmoment dieser rotierenden Systeme sind aerodynamischen Kräfte, die an den jeweiligen Rotorprofilen teilweise unter turbulenter d.h. zeitlich stark fluktuierender Anströmung entstehen. Um in Zukunft eine zuverlässigere Auslegung der jeweiligen Rotoren vornehmen zu können, werden diese rotierenden Systeme ebenfalls mit Hilfe von CFD-Simulationen  untersucht. In Abb. 2 sind Ergebnisse dieser Berechnungen dargestellt.


Kontakt
Dr.-Ing.habil. Mykhailo Konstantynov
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik
, Fluidsysteme
Tel: +49 551 709-2876

Fax: +49 551 709-2241

E-Mail: Mikhail.Konstantinov@dlr.de
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