Sebastian Saul

Sebastian Saul, M.Sc.

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Forschungsthema: Belastbare Validierung und Erweiterung einer Aufwertungsmethodik für Radialventilatoren

Abbildung 1: Axialventilator eines Windkanals
Abbildung 1: Axialventilator eines Windkanals

Industrieventilatoren werden zur Belüftung von Gebäuden, Tunneln, Kraftwerken, chemischen Anlagen etc. benötigt. Sie können sowohl mit abrasiven Partikeln versetzte als auch rein gasförmige Medien transportieren. Je nach Anwendungsfall werden axiale oder radiale Ventilatoren eingesetzt. Großventilatoren haben Durchmesser von mehreren Metern (Abbildung 1) und werden daher auch meist nur in kleinen Serien oder als Einzelanfertigung produziert. Eine Abnahme des Originalventilators auf einem Prüfstand oder gar die Voruntersuchung eines Prototyps ist aus Zeit- und Kostengründen kaum durchführbar. Aus diesem Grund werden auf Normprüfständen Messungen an maßstäblich skalierten Modellen durchgeführt. Nicht alle Einflussparameter können dabei skaliert werden, so dass nur eine unvollständige Ähnlichkeit zwischen Modell und Großausführung vorliegt. Um dennoch eine Aussage über den Wirkungsgrad zu treffen, bedient man sich sogenannter „Aufwertungsmethoden für den Wirkungsgrad“. Je nach Komplexität dieser Methoden werden nur die Änderung der Reynoldszahl oder auch weitere Parameter wie die relative Rauheit der strömungsführenden Teile und die Geometrie berücksichtigt. Eine Erhöhung der Reynoldszahl bewirkt beispielsweise eine Aufwertung des Wirkungsgrades. Neuste Erkenntnisse zeigen aber dass die Kompressibilität des Fluides zu einer Erhöhung der Verluste beiträgt. Dieser Machzahl-abhängige Effekt wirkt dem aufwertenden Effekt durch die Steigerung der Reynoldszahl entgegen. Damit ist das Ziel dieses Forschungsvorhabens, die aus dem Vorgängerprojekt erarbeitete Aufwertungsmethodik für den Wirkungsgrad η für axiale und radiale Ventilatoren belastbar zu validieren und gleichzeitig die Machzahl-abhängigen Verluste zu beschreiben und in der Methodik zu hinterlegen.

Abbildung 2: Großer Radialventilatorprüfstand
Abbildung 2: Großer Radialventilatorprüfstand

Die am Institut für Fluidsystemtechnik entwickelte Methode basiert auf der Definition der Ineffektivität ε≔1-η und für deren Anwendung werden die Reibungsverluste mit Hilfe der vorgegebenen Geometrie bestimmt. Dadurch wird ein Zusammenhang zwischen Reynoldszahl Re, Geometrie und Wirkungsgrad hergestellt, der damit auch über die Reynoldszahländerung skalierbar ist.

Zu diesem Zweck wurden unterschiedliche radiale und axiale Ventilatortypen (Schnelllaufzahl σ=0.1 bis 1.5) mit unterschiedlichen Skalierungen aerodynamisch vermessen. Mit den ermittelten Kennfelddaten wurde die bisherige Aufwertemethodik validiert, so dass das Cordier-Diagramm ausreichend abgedeckt wird. Zusätzlich wird ein langsam läufigen Ventilatoren bei Machzahlen Ma=0.55 betrieben, um kompressible Effekte zu untersuchen (Abbildung 2).

Abbildung 3: Messergebnisse und Vorhersage anhand verschiedener Modelle
Abbildung 3: Messergebnisse und Vorhersage anhand verschiedener Modelle

Die Ergebnisse zeigen, dass bei hohen Machzahlen und geringen Schnelllaufzahlen diese kompressiblen Effekte so stark auftreten können, so dass diese die aufwertenden Effekte übertrumpfen und so für eine Abwertung des Wirkungsgrades sorgen. Da dieser Effekt bisher noch nicht berücksichtigt wird, werden am Institut analytische Verlustmodelle entwickelt und mittels experimentellen und numerischen Untersuchungen validiert. Dazu zählen neben der Beschreibung der Wandreibung auch der Carnot- und der Inzidenzverlust für kompressible Strömungen (Abbildung 3).

Um die oben beschriebenen Verlustmodell weiter zu erforschen und zu validieren, sind Untersuchungen in einer Druckkammer geplant. Durch die Druckkammer kann die Dichte variiert werden und somit auch Mach- und Reynoldszahl unabhängig voneinander. Schluss endlich soll eine validierte Auf- und Abwertemethodik entwickelt werden, die

  • physikalisch basiert und
  • universell anwendbar ist.

Das bedeutet, dass die Methode alle physikalisch relevanten Effekte berücksichtigt und für axiale und radiale Ventilatoren gültig ist.

Publikationen

Gruppiere nach: Datum | Typ des Eintrags | Keine Gruppierung
Springe zu: 2016 | 2015
Anzahl der Einträge: 3.

2016

Saul, Sebastian ; Pelz, P. F. :
Influence of Compressibility on Fan Efficiency and Fan Efficiency Scaling.
[Online-Edition: http://wl.fst.tu-darmstadt.de/wl/publications/paper_160914_I...]
In: 3rd International Rotating Equipment Conference (IREC) Pumps, Compressors and Vacuum Technology 2016, Duesseldorf, Germany
[Artikel], (2016)

2015

Saul, Sebastian ; Stonjek, S. ; Pelz, P. F. :
Influence of Compressibility on Incidence Losses of Turbomachinery at Subsonic Operation.
[Online-Edition: http://wl.fst.tu-darmstadt.de/wl/publications/paper_150226_f...]
In: FAN2015 - Proceedings of the International Conference on Fan Noise, Fan Technology and Numerical Methods - Lyon 2015
[Artikel], (2015)

Saul, Sebastian :
Wirkungsgradaufwertung bei Ventilatoren.
In: 7. Darmstädter Energie-Konferenz, Darmstadt.
[Konferenz- oder Workshop-Beitrag], (2015)

Diese Liste wurde am Mon Nov 20 09:18:00 2017 CET generiert.

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