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Optimierung der Energieeffizienz von Radiallaufrädern


Optimierung Radiallaufrad




1 | Parametermodell

Erstellung einer vereinfachten parametrisierten Laufradgeometrie, um bei den nachfolgenden Berechnungen die Einflüsse der Parameter Schaufelwinkel, Schaufellänge, Schaufelanzahl und Schaufeldicke ohne erneute, zeitaufwändige Geometrieaufbereitung und Vernetzung beurteilen zu können.

2 | CFD-Berechnung

Bei einer vorgeschriebenen Totaldruckerhöhung und Drehzahl wird der Volumenstrom verschiedener Laufradgeometrien bestimmt und ausgewertet. Ziel ist die Erhöhung des Volumenstroms bei verschiedenen Parameterkombinationen. Außerdem werden die Druckverhältnisse innerhalb des Laufrades ermittelt.

3 | Fluid-Struktur-Kopplung

Bei der sequentiellen, d.h. Ein-Wege-Kopplung wird die Auswirkung von strömungsdynamischen Prozessen auf strukturmechanische Prozesse numerisch erfasst. Die in der CFD-Berechnung ermittelte Druckverteilung wird als zusätzliche Last auf das FE-Modell übertragen.

4 | Gekoppelte FE-Berechnung

Die strukturmechanische Analyse dient dazu Vergleichsspannungen, Verformungen und Eigenfrequenzen zu berechnen. Mithilfe dieser Ergebnisse kann ermittelt werden, ob die zulässigen Werkstoffkennwerte eingehalten werden.

5 | Optimierung

Durch Parametervariation in Kombination mit der Fluid-Struktur-Kopplung wird innerhalb des Parameterbereichs die Auswirkung von Geometrieänderungen analysiert. Anhand dieser Ergebnisse wird der Parameterbereich weiter in Richtung des besten Ergebnisses eingeschränkt und erneut Kombinationen in der Region des besten Wirkungsgrades berechnet. Hierdurch konnte der Einfluss der verschiedenen Parameter auf den Wirkungsgrad sehr genau festgestellt werden.

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