Die Bachelorarbeit beschäftigt sich mit der Simulation und Analyse der Strömung in der Zulaufstrecke des Axialverdichter-Großprüfstandes M2VP am DLR-Standort Köln. Im Mittelpunkt der Betrachtungen liegt die Beurteilung der Homogenität der Strömung im Verdichterzulauf. Es wird die Strömungsentwicklung von vier verschiedenen Konfigurationen analysiert. In drei Konfigurationen wird die Entwicklung der Strömung bei unterschiedlichen Massenströmen (I: 50 kg/s, II: 100 kg/s, III: 150 kg/s), aber demselben geometrischen Aufbau, untersucht. In der vierten Konfiguration wird der Einfluss einer Drossel auf die Zuströmung zum Verdichter untersucht (IV: 38,7 kg/s).
Abbildung 1 zeigt den Aufbau des Verdichterprüfstandes, im Fokus der Untersuchungen steht die Zulaufstrecke beginnend im Ansaugturm und einschließlich des Verdichterzulaufes. Zur Netzgenerierung wird die unstrukturierte Vernetzungssoftware CENTAUR eingesetzt, einen Längsschnitt des erzeugten Rechennetzes für die Konfigurationen I-III zeigt Abbildung 2. Die Strömungssimulation wird mit dem am DLR entwickelten RANS-Strömungslöser TRACE durchgeführt.
Bei Durchströmung der Leitbleche im Ansaugturm erfährt das Fluid für die Konfigurationen I-III unabhängig von dem untersuchten Massenstrom einen abwärts gerichteten Drall, der bis zur Austrittsebene der Geometrie nicht abgebaut werden kann (Abbildung 3). Des Weiteren verursacht die Teilung des Fluids durch die Leitblechverstrebung zwei Wirbel in der Sekundärströmung im Verdichterzulauf (Abbildungen 4 und 5), der Bellmouth. Diese Ausprägungen gelten für die drei Konfigurationen mit demselben Grundaufbau. Der Einbau der Drossel führt zu einer strahlenartigen Ausbildung der Strömung bis zum Verdichterzulauf (Abbildung 6) mit kurzzeitigen Überschallerscheinungen kurz hinter der Drossel. Wie in Abbildung 6 zu erkennen, kommt es bei dieser Konfiguration auch zu stärkeren Verwirbelungen innerhalb der Beruhigungskammer als in den Konfigurationen ohne Drosseleinbau.
Abbildung 1: Aufbau des Prüfstandes M2VP
Abbildung 2: Längsschnitt des Rechennetzes für die Konfigurationen I, II und III
Abbildung 3: Strömungsverlauf in der Beruhigungskammer im Längsschnitt für Konfiguration I (oben), II (Mitte) und III (unten)
Abbildung 4: Strömungsentwicklung an den Leitblechen für Konfiguration I (oben), II (Mitte) und III (unten)
Abbildung 5: Sekundärströmung in der Verdichtereintrittsebene für Konfiguration I (links), II (Mitte) und III (rechts)
Abbildung 6: Strömungsverlauf in der Beruhigungskammer im Längsschnitt für Konfiguration IV