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5 Analyse der nominalen Diffusorkonfiguration
numerische Simulationen dieses Diffusors oft Ablösungen auf der Saugseite (vergleiche
Grates (2009)).
In der Literatur wurde das Phänomen der abgelösten Diffusorströmung in Radialverdichtern
weitreichend diskutiert. Die Lage der Ablösung im Radialverdichterdiffusor
ist Gegenstand zahlreicher experimenteller und numerischer Untersuchungen (siehe z.b.
Ziegler et al. (2003b); Krain (1999, 2000); Stahlecker und Gyarmathy (1998); Dawes
(1994); Kirtley und Beach (1991); Kim et al. (1999); Fradin (1988); Tamaki und Nakao
(1999); Tamaki (1999)). Neben den Leistungsparametern ist sie eine wichtige Indikation
für die Validierung von CFD Simulationen. Grundsätzlich erhält man bei der Auslegung
eines Diffusors für einen gegebenen Druckaufbau nach Traupel (1988) dann die geringsten
Strömungsverluste, wenn an einer Diffusorseite gerade eine fluktuierende Ablösung
auftritt, weil dann die Gesamtverluste von Reibung und Ablösung minimal sind. Die
zusätzliche Randbedingung von möglichst geringem Bauraum führt bei Diffusoren von
Triebwerksradialverdichtern dazu, dass letztere höher belastet werden und dadurch ein
stark inhomogenes, instationäres und eventuell mit Rückströmungen behaftetes Strömungsfeld
aufweisen.
Somit stellt sich ein Strömungsfeld ein, das durch eine Zone erhöhter kinetischer Energie
(der Hauptströmung) und einem Ablösegebiet gekennzeichnet ist. Die Frage, an welcher
Seite des Diffusors die Strömung ablöst, hängt von der Belastung von Druck- bzw.
Saugseite ab. Ist die Strömung dann abgelöst, wird die jeweils andere Seite durch die
nun niedrigere Diffusion entlastet. In den reinen Diffusoruntersuchungen zur Ermittlung
des Diffusorströmungsverhaltens (z.B. Kline (1959) und Runstadler und Dolan (1975))
werden möglichst symmetrische Strömungsbedingungen angestrebt. Im Gegensatz dazu
treten in Diffusoren von Radialverdichtern folgende unsymmetrische Phänomene auf,
die dessen Ablöseverhalten maßgeblich beeinflussen:
1. Bei einem schaufellosen Diffusor würde die Strömung aufgrund der Drall- und Massenerhaltung
der sogenannten logarithmischen Spirale folgen (siehe dazu Traupel
(1962)). Keilschaufeldiffusoren mit linearer Sehne stellen sich dieser entgegen, was
der Druckseite ihren Namen gibt. Dieser Effekt ließe eine Ablösung zuerst an der
Saugseite des Diffusorkanals erwarten.
2. Radialverdichterdiffusoren werden mit Inzidenz angeströmt. Nach Reeves (1977)
ist der Betriebsbereich dann am größten, wenn der Diffusor im Bestpunkt mit −3 ◦
Inzidenz ausgelegt wird. Schon Kenny (1969) beschreibt die dadurch entstehende
Belastung der Diffusordruckseite. Ziegler (2003) fand, dass die Ablösung im Diffusor
bei steigender positiver Inzidenz von der Druck- auf die Saugseite wandert.
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