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Ventilatoren - Auslegung und Optimierung

Ventilatoren - Auslegung und Optimierung
Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Saban Caglar

Dr.-Ing. Heiko Ratter

Entwicklung von Auslegungstools für Ventilatoren

Für die Auslegung und Optimierung von Axial-, Radial- und Diagonalventilatoren werden am Fachgebiet Strömungsmaschinen Tools entwickelt die auf den klassischen Entwurfsverfahren für diese Art von Strömungsmaschinen basieren. Um komplexe aerodynamische Eigenschaften bereits in der Entwurfsphase zu untersuchen, sind die Programme mit Methoden der numersichen Strömungsberechnung gekoppelt.

design
 

Abb. 1: Profilschnitte Axialrad - Meridianschnitt Radialrad

 

 

  • Auslegungstools für Axial-, Diagonal- und Radialventilatoren
  • Minderleistungsverfahren (radial)
  • Tragflügelverfahren, Gitterverfahren (axial)
  • Eingesetzte Software: MATLAB, Excel
  • Kopplung mit CAD für Rapid-Prototyping
  • Kopplung mit CFD für Detailuntersuchungen
  • Kopplung zu Optimierungstools

 

 

  Abb. 2: Benutzeroberfläche des Auslegungsprogrammes

Numerische Strömungsberechnung - CFD

Methoden der numerischen Strömungsberechnung (Computational Fluid Dynamics - CFD) werden am Fachgebiet Strömungsmaschinen für die detaillierte Untersuchung der aerodynamischen Eigenschaften von Strömungsmaschinen eingesetzt. Basis für die Strömungsrechnung ist die dreidimensionale Diskretisierung des Strömungsgebiets ("Vernetzung"). Die rechenintensiven CFD-Rechnungen werden parallel auf mehreren CPUs durchgeführt. Hierfür stehen am FSM institutseigene Cluster zur Verfügung.

 

Räumliche Diskretisierung - Vernetzung

Netz im Schaufelkanal

 

  • Automatisierte Vernetzung mit blockstrukturierten und untstrukturierten Gitter
  • Hohe Auflösung im Grenzschichtbereich sowie an relevanten Stellen der Strömungsmaschine (Spalt, Gehäusezunge etc.)

 

 

 

  Abb. 3: Blockstrukturiertes Netz im Schaufelkanal

 

Lösen des Strömungsproblems

  • Einsatz kommerzieller Software, Open-Source Software (OpenFOAM®, OpenFOAM®-ext) und des institutseigenen Strömungscodes SPARC
  • Berechnung auf den institutseigenen Clustern (ca. 200 CPUs) und KIT-internen Clustern (>1000 CPUs)

 

Ergebnisse

  • Berechnung integraler Größen (Volumenstrom, Druckdifferenz, Leistung) über die gesamte Kennlinie
  • Analyse auftretender Strömungsphänomene (Sekundärströmungen, Ablösungen)
  • Quantifizierung auftretender Verluste

      Abb. 4: Strömungslösung eines Radialventilators