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2 Diffusorsysteme für Radialverdichter in Triebwerken
Reeves (1977) kann dadurch begründet werden, dass in diesem Fall die flachere Wake
inzidenzfrei die Diffusorvorderkanten anströmt. Der in diesem Fall inzidenzbehaftete Jet
hat eine druckseitige Vorderkantenablösung zur Folge, die fluktuierend durch die Wake
wieder abschwimmt.
Diffusoren in Radialverdichtern weisen bis zu 15 % höhere c p -Werte auf als solitär vermessene
Diffusoren. Dieser höhere Druckrückgewinn kann mit der instationären Anströmung
erklärt werden. Eine etwaige Ablösung wird energetisiert, wodurch der Ablösepunkt verschoben
wird (Dean (1976)).
Weiterhin ist der relative radiale Abstand r 22 /r 21 ein wesentlicher Parameter bei der
Diffusoraerodynamik. Der Impeller und der Diffusor sind gekoppelt durch Abströmung
bzw. Stromaufwirkung. Außerdem finden im schaufellosen Raum umfangreiche verlustbehaftete
Ausmischungsvorgänge statt. Deswegen werden in Triebwerken aufgrund des
höhreren Wirkungsgrades und der Kompaktheit kleine radiale Abstände angestrebt. Als
sinnvolle Werte werden hier r 22 /r 21 =1.06 − 1.1 genannt. Dabei muss auch die Schwingungsbelastung
der Impellerschaufeln beachtet werden. Gould et al. (2007) gibt an, dass
die instationäre mechanische Belastung bis zu 3.5-mal höher sein kann als die stationäre
(siehe hierzu auch die Untersuchungen von Smythe (2004) und Cukurel et al. (2010)).
Schließlich gibt es in der Literatur gegensätzliche Meinungen, ob die Instationarität in
die Auslegung mit einfließen sollte. Peeters und Sleiman (2000), Liu und Hill (2000),
Ziegler (2003) und Grates (2009) propagieren, dass lediglich instationäre Simulationen
die Strömung in Radialverdichterstufen mit beschaufelten Diffusoren richtig abbilden.
Vor allem durch die Modellierung der Mischungsebene ergeben sich große Abweichungen.
Demgegenüber konnten stationäre Simulationen gute Ergebnisse liefern (Wallis et al.
(2002), Srivastava et al. (2004), Roberts und Steed (2004) und Kunte et al. (2013)). Die
integralen Kennwerte der Radialverdichterstufe wurden dabei gut getroffen. Abschließend
lässt sich festhalten, dass der erhöhte Aufwand durch instationäre Simulation einen
Kompromiss erfordert. Eine Bewertung des Einflusses der Instationarität auf die Auslegung
ist in jedem Fall erforderlich, muss jedoch nicht für jede Parametervariation
durchgeführt werden.
2.2 Stand der Forschung beim Pipe Diffusor
Der Röhrendiffusor, wie schon zuvor Englisch Pipe Diffusor genannt, ist eine Unterart
des beschaufelten Diffusors in einer Radialverdichterstufe. In Abb. 2.3 ist auf der rechten
Seite der Querschnitt durch einen Pipe-Diffusor dargestellt. Im Unterschied zum
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