Simulation der Aufladung

Zusammenfassung

Turbomaschinen werden auf Grund der fehlenden Möglichkeit zu geschlossen analytischen Verfahren auch heute noch in großem Maße basierend auf heuristischen Ansätzen, d. h. basierend auf Erfahrungswerten, ausgelegt. Der ursächliche Grund dafür liegt in der Komplexität der Strömung. Insbesondere in den Laufrädern treten diverse Phänomene auf (Abb. 17.1). Durch die prinzipbedingte Funktionsweise, bei der beispielsweise am Verdichter der Druck durch Beschleunigung und Umlenkung in rotierenden Rädern erfolgt, wird die Strömung durch folgende Effekte dominiert bzw. gestört:

Die Entwicklung von Turbinen und Verdichtern entsprechend stationärer Stromfadentheorie, die umVerlustmodelle ergänzt wird, gibt hier nach wie vor gute Hinweise.Werden aber Optimierungen in sehr engen Grenzen notwendig, kann auf eine dreidimensionale Strömungssimulation (CFD) bei Turboladern nicht verzichtet werden. Die Geometrie der Turbomaschine wird dabei in verschiedene Teilgebiete aufgeteilt (Abb. 17.2). Im Vergleich zum eigentlichen Turbolader nehmen dabei räumlich die Eintritts- und Austrittsstrecken einen großen Raum ein. Dadurch wird sichergestellt, dass einerseits Randbedingungen vergleichbar mit Versuchsergebnissen angesetzt werden können, andererseits helfen sie, eine stabile numerische Lösung zu erzielen. Die Besonderheit bei Turbomaschinen stellen nur die verschiedenen Bezugssysteme zwischen rotierenden und nicht-rotierenden Bauteilen dar. Die Strömung imLaufrad kann nur im rotierenden System realistisch simuliert werden. Während das Gehäuse stationär mit dem Motor verbunden ist und sehr gut in einem absoluten, im Raum feststehenden, kartesischen Koordinatensystem beschrieben werden kann, eignet sich für das rotierende Laufrad ein mitrotierendes, relatives Koordinatensystem. Die Übergabe von Daten zwischen den Systemen kann durch verschiedene Ansätze erfolgen.