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6 Analyse der gekürzten Diffusorkonfiguration
6.3 Instationäre Strömungsanalyse
In Radialverdichtern spielen instationäre Strömungsphänomene bei der Interaktion von
Impeller und Diffusor eine große Rolle. Das Strömungsfeld am Austritt des Impellers,
das sogenannte Jet-Wake-Gebiet, beaufschlagt den Diffusor mit einer instationären
Machzahl- und Winkelverteilung, die Gegenstand zahlreicher numerischer und experimenteller
Untersuchungen sind (siehe hierzu Kap. 2.1.2).
Zur nominalen Diffusorkonfiguration der vorliegenden Radialverdichterstufe wurden umfangreiche
instationäre experimentelle und numerische Untersuchungen durchgeführt
(vergleiche Zachau (2007) und Grates (2009)). Darauf aufbauend werden letztere in
der vorliegenden Studie bestätigt und mit den Ergebnissen der gekürzten Diffusorkonfiguration
verglichen. Dazu werden die Messtechniken PIV und der instationären Wanddruckaufnehmer
herangezogen, die in Anhang A.2.3 und A.2.4 beschrieben sind.
6.3.1 Die Jet-Wake Strömung im Diffusorhals
In Abb. 6.9 sind quasi-instationäre PIV-Messungen im Bereich des Diffusoreintritts
und dem Halsquerschnitt bei 90 % Kanalhöhe in der Nähe der Diffusorfrontwand für
das vordere und mittlere Messfenster dargestellt. Es werden normierte Geschwindigkeitskonturen
und quasistationäre Stromlinien (weiß) gezeigt. Die 16 Einzelmessungen
umfassen die Zeit, in der sich der Impeller um eine Schaufelteilung weiterdreht. Diese
eine Teilung besteht aus der Hauptschaufel- und der am Impellereintritt zurückgesetzten
Schaufelpassage (Splitter). Die instationäre Strömung ist über die 16 Zeitschritte
periodisch. Die Ergebnisse für 10 und 50 % Kanalhöhe sind in Anhang A.4 zu finden.
Die Geschwindigkeitskonturen in Abb. 6.9 zeigen eine Jet-Wake Strömungskonfiguration
im Halsquerschnitt des Diffusors. Beim Zeitschritt T 04 befindet sich ein Gebiet
erhöhter Geschwindigkeit im vorderen Messfenster. Dabei handelt es sich um ein Wake-
Gebiet, weil es, angezeigt durch die weißen Stromlinien, einen flacheren Strömungswinkel
aufweist. Umgekehrt dazu zeigt sich beim Zeitschritt T 08 das Jet-Gebiet mit niedrigerer
Geschwindigkeit und steilerem Strömungswinkel. Anhand dieser Messungen konnte
folglich das in der Literatur bekannte Jet-Wake-Modell bestätigt werden, das in vielen
Messungen und numerischen Untersuchungen gefunden wurde (siehe hierzu Kap. 2.1.2).
Die Wake-Strömung, die von der Saugseite der Splitter-Schaufel kommt (2), wandert
von Zeitschritt T 02 bis T 06 durch das vordere Messfenster. Im mittleren Fenster taucht
die Wake im Zeitschritt T 09 auf und durchläuft dieses über T 16 bis zum rechten Rand
in T 02. Die Wake der Hauptschaufel verhält sich zu der Wake der Splitter-Schaufel
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