Kooperation: J. Anders (BMW - RollsRoyce AeroEngines, Dahlewitz)
Förderung: BMBF, BMW - Rolls Royce AeroEngines, Dahlewitz
Beschreibung der Forschungsarbeit: Die Zielsetzung des Projekts besteht in der Entwicklung von Techniken zur aktiven Kontrolle von transienten Erscheinungen in Verdichtersystemen. Dazu sollen analytische und numerische Untersuchungen sowie Simulationen der Strömungsinstabilitäten in Verdichtern durchgeführt werden.
Ausgangspunkt sind dabei die instationären, kompressiblen, reibungsbehafteten Bewegungsgleichungen für ein kompressibles Gas. Hierbei geht es vor allem um die Untersuchung der Stabilitätsphänomene ,,surge`` (pumpen) und ,,rotating stall`` (rotierende Ablösung).
Aktueller Stand der Arbeiten:
Es werden Verfahren studiert, die für die Behandlung ein- und zweidimensionaler axialsymmetrischer Strömungen in Turbomaschinen geeignet sind. Fortgesetzt wurden die Arbeiten zur numerischen Behandlung des hydraulischen Modells für kompressible Strömungen in Röhren veränderlichen Querschnitts. Aufbauend auf ein Programmsystem zur numerischen Auswertung der Gleichungen dieses Modells wurden Verfahren entwickelt, die die gleichzeitige Berechnung gekoppelter Teile von Verdichtersystemen gestatten. Die Kopplungen werden dabei im Sinne von ,,actuator disc``-Modellen durch Erhaltungssätze bzw. Kennlinien simuliert. Diese Methodik wurde inzwischen auch auf zweidimensionale Strömungen ausgedehnt, wo neben der axialen Veränderlichen auch die Winkelveränderliche betrachtet wird. Aufbauend auf spezielle Verfahren zur Lösung der zweidimensionalen Eulerschen Gleichungen sowie geeignete Rand- und Übergangsbedingungen wurde ein Programmsystem entwickelt, das die zweidimensionale Berechnung von Verdichtersystemen gestattet. Die numerische Auswertung der Rand- und Übergangsbedingungen ergibt sich zum einen aus der Charakteristikentheorie, und zum anderen werden die Rand- und Übergangsbedingungen explizit vorgegeben. Diese Übergangsbedingungen sind vom Massenstrom abhängig und werden aus externen Berechnungen bestimmt. Generell charakterisieren diese Bedingungen die Arbeitsweise der Verdichter im stationären Regime. Die bisher genauesten Ansätze in dieser Richtung stammen dabei von Longley [1]. Ein Ziel des Projektes ist es, die Untersuchungen von Longley durch systematische Anwendung der Methoden der Bifurkationstheorie fortzusetzen. Die Software wurde in C geschrieben. Auf Einladung der Arbeitsgemeinschaft Hochtemperatur-Gasturbine wurde über theoretische Untersuchungen zum Stabilitätsverhalten vorgetragen (Köln-Porz, DLR, 23.10.1997, J. Förste).
Projektliteratur: