Über den Einfluss aerodynamischer Effekte und systemischer Größen auf das Kennfeld von Radialverdichtern
von Johannes BuehlerTypisches Merkmal von Radialverdichtern, welche in Automobilanwendungen zum Einsatz kommen, ist das Überrollverhalten im stabilitätskritischen Kennfeldbereich. Durch numerische und analytische Betrachtung der Verdichteraerodynamik wird die Ausbildung einer ausgeprägten Blockagezone als Ursache des reduzierten Totaldruckaufbaus identifiziert. Mittels des Einsatzes von Gehäusestrukturen kann die Aerodynamik an der Rotoreintrittsebene beeinflusst werden, verbunden mit einer Erhöhung des Totaldruckverhältnisses im stabilitätskritischen Kennfeldbereich.
Zum Verständnis des systemischen Einflusses auf die Stabilitätsgrenze wird zusätzlich ein analytisches Stabilitätskriterium auf Basis des bekannten Modells von Greitzer entwickelt. Die Validität und Übertragbarkeit des Stabilitätskriteriums wird anhand mehrerer Studien nachgewiesen. Die Besonderheit des analytischen Stabilitätskriteriums liegt in der Berücksichtigung aller Systemkomponenten und der hohen Übereinstimmung mit experimentellen Ergebnissen ohne die Implementierung empirischer Korrekturfaktoren.
Zur Vervollständigung der Anforderungen an zukünftige Radialverdichter wird der signifikante Einfluss pulsierender Randbedingungen auf die Verdichtercharakteristik dargestellt. Hierbei treten sprunghafte Verluste im Totaldruckverhältnis im, unter stationären Randbedingungen, stabilen Kennfeldbereich auf. Mittels den Ergebnissen kann die Korrektheit des systemischen Ansatzes zur Beschreibung des Stabilitätsverhaltens auch unter pulsierenden Randbedingungen nachgewiesen werden. Anhand der vorliegenden Ergebnisse kann abschließend ein Gesamtsystemverständnis entwickelt werden, welches die Wirkzusammenhänge der wesentlichen Einflussfaktoren auf das Kennfeld von Radialverdichtern für Automobilanwendungen darstellt.
