Dokument 1.pdf - RWTH Aachen University

2.1 Strömungsmechanik
Abhängigkeit der anderen Parameter jeweils ein spezifisches Optimum für B einstellt.
Der effektive Halsquerschnitt A eff (Gl. (2.4)) bestimmt den Schluckgrenzmassenstrom
durch die Radialverdichterstufe. Wird der Radialverdichter in der Schluckgrenze betrieben,
so stellt sich im Halsquerschnitt eine Machzahl von 1 ein; der Diffusor sperrt. Um
ausreichend Abstand bei gleichzeitig hohem Wirkungsgrad zu gewährleisten, wird der
Auslegungspunkt auf der Kennlinie bei 2 − 10 % geringerem Massenstrom gewählt.
Bei Seitenverhältnissen AS um 1 ergeben sich theoretisch wegen kleinster benetzter Fläche
geringe Reibungsverluste. In der Tat zeigen Messungen für Diffusoren beste c p -Werte
bei AS von 0.75 (Runstadler und Dean (1963)) bis 1 (Whitfield (2000)). Der Schaufelwinkel
β 22 wird nach der Impellerantrömung und der Minderumlenkung (slip-factor )
gebildet. Durch die sehr komplexe Aerodynamik wird dazu auf die Messungen von Reeves
(1977) zurückgegriffen. Er findet die beste Diffusorleistung bei einer saugseitigen
Inzidenz von 3 ◦ , was im nächsten Abschnitt erklärt wird.
Instationäre Impeller-Diffusor Interaktion
Am Austritt des Impellers tritt eine Strömungskonfiguration
auf, die als Jet-Wake-
Strömung bezeichnet wird. Abb. 2.2 zeigt
schematisch die Lage des Jet-Wake-Gebiets am
Impelleraustritt. Beim Jet handelt es sich um
die Hauptströmung im Impeller, während mit
Abb. 2.2: Schematische Darstellung
Wake die Sekundärströmungen zusammengefasst
werden. Aufgrund der langen Strömungs-
der Austrittsströmung des
Impellers (Ziegler (2003))
kanäle bildet sich ein relativ großes Sekundärströmungsgebiet
bestehend aus Kanalwirbel,
Spaltwirbel und Ablöseströmungen aus. Durch die Strömungskräfte im Impeller befindet
sich das Wake-Gebiet im Allgemeinen an der Saugseite im Gehäusebereich des Impellers,
während das Jet-Gebiet an der Druckseite der Impellerbeschaufelung zu findet ist.
Die Jet-Strömung weist eine höhere Relativgeschwindigkeit als die Wake-Strömung am
Impelleraustritt auf. Durch die Rückwärtskrümmung der Impellerschaufeln ergibt sich
im Absolutsystem in der Anströmung zum Diffusor folgender Effekt: Der Jet ist langsamer
mit einem steileren Strömungswinkel, während die Wake schneller mit flacherem
Strömungswinkel ist. Folglich ist in der Wake mehr kinetische Energie vorhanden.
Diese pulsierende Anströmung hat für den Diffusor Auswirkungen in der Auslegung. Den
experimentell gefundenen besten stationären saugseitigen Anströmwinkel von 3 ◦ nach
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