Investigations of Inducers Operating with High Rotational Speed

International audienceSuction performance, pressure rise and efficiency for four different inducers are examined with CFD simulations and experiments performed with 18000rpm and 24000rpm. The studies originate from a research project which includes the design of a new test bench in order to judge the design of the different inducers. This test bench allows to perform experiments with a rotational speed of up to 40000rpm and high pressure ranges with water as working fluid. Experimental results are used to evaluate the accuracy of the simulations and to gain a be er understanding of the design parameter. The influence of increasing the rotating speed from 18000rpm to 24000rpm on the performance is also shown

Untersuchung der Verlustentstehung und axialen Baulänge bei Inducern

Zur Reduktion von Kavitation am Eintritt des Laufrades einer Strömungsmaschine finden häufig Inducer Anwendung. Hierbei handelt es sich um ein axiales Laufrad, bei dem nur ein minimaler Druckaufbau stattfindet. Inducer sind Gegenstand der hier vorliegenden Forschungsfragen. Basierend auf der zurzeit verfügbaren Literatur sind zwei Arbeitshypothesen aufgestellt und untersucht. Die Hypothesen lauten wie folgt: 1) Die Strömung im Bereich der Nabe ist abgelöst. 2) Die axiale Länge der Inducer kann verringert werden. Die detaillierte Untersuchung der Hypothesen erfolgt durch instationäre Simulationen, durchgeführt mit Ansys CFX in der Version 17.2. Gelöst werden hier die Reynolds-gemittelten Navier-Stokes-Gleichungen. Um relevante Sekundärströmungseffekte erfassen zu können, wird für die Modellierung des Reynolds-Spannungs- Tensors der RANS Gleichungen ein Reynolds-Spannungs-Modell verwendet. Hiermit ist eine detailliertere Modellierung physikalischer Effekte möglich. Um die wandnahen Effekte der Strömungsablösung durch eine Strömungssimulation geeignet abbilden zu können, wird auf eine passende Auflösung des Bereichs der Grenzschicht geachtet. Zur Reduzierung der Fehler die sich aus der numerischen Abbildung der realen Strömungszustände ergeben sind Voruntersuchungen bei den Simulationen durchgeführt. Validiert werden die so generierten numerischen Ergebnisse mittels instationärer und stationärer Messungen des statischen Drucks, des Totaldrucks und des Strömungswinkels. Anstrichbilder basierend auf Ölfarbe ermöglichen es die Stromlinien auf der Wand zu validieren und somit Ablösung an der Nabe numerisch plausibel darzustellen. Somit ist sichergestellt, dass die numerischen Ergebnisse die realen Strömungszustände bestmöglich abbilden. Alle Untersuchungen erfolgen ohne den Einfluss von Kavitation und für Inducer mit unterschiedlich gestalteten Vorderkanten der Schaufeln. Grundlagenwissen über die Strömung an der Nabe, die entstehenden Verluste und den Einfluss auf die Strömungszustände in der Auslaufstrecke liegt somit vor. Basierend auf diesen Ergebnissen können weitere Untersuchungen erfolgen, um die Verluste zu reduzieren und die Verteilung von Druck, Geschwindigkeit und Winkel entlang der radialen Position in der Auslaufstrecke des Inducers homogener zu gestalten. Die axiale Baulänge und deren mögliche Reduktion sind unmittelbar mit einer Einsparung von Bauraum und Kosten verbunden. Basierend auf den hier generierten Grundlagen ist ein Ansatz zur korrekten Dimensionierung der axialen Länge bzw. des Umschlingungswinkels gegeben

Untersuchung der Verlustentstehung und axialen Baulänge bei Inducern

Zur Reduktion von Kavitation am Eintritt des Laufrades einer Strömungsmaschine finden häufig Inducer Anwendung. Hierbei handelt es sich um ein axiales Laufrad, bei dem nur ein minimaler Druckaufbau stattfindet. Inducer sind Gegenstand der hier vorliegenden Forschungsfragen. Basierend auf der zurzeit verfügbaren Literatur sind zwei Arbeitshypothesen aufgestellt und untersucht. Die Hypothesen lauten wie folgt: 1) Die Strömung im Bereich der Nabe ist abgelöst. 2) Die axiale Länge der Inducer kann verringert werden. Die detaillierte Untersuchung der Hypothesen erfolgt durch instationäre Simulationen, durchgeführt mit Ansys CFX in der Version 17.2. Gelöst werden hier die Reynolds-gemittelten Navier-Stokes-Gleichungen. Um relevante Sekundärströmungseffekte erfassen zu können, wird für die Modellierung des Reynolds-Spannungs- Tensors der RANS Gleichungen ein Reynolds-Spannungs-Modell verwendet. Hiermit ist eine detailliertere Modellierung physikalischer Effekte möglich. Um die wandnahen Effekte der Strömungsablösung durch eine Strömungssimulation geeignet abbilden zu können, wird auf eine passende Auflösung des Bereichs der Grenzschicht geachtet. Zur Reduzierung der Fehler die sich aus der numerischen Abbildung der realen Strömungszustände ergeben sind Voruntersuchungen bei den Simulationen durchgeführt. Validiert werden die so generierten numerischen Ergebnisse mittels instationärer und stationärer Messungen des statischen Drucks, des Totaldrucks und des Strömungswinkels. Anstrichbilder basierend auf Ölfarbe ermöglichen es die Stromlinien auf der Wand zu validieren und somit Ablösung an der Nabe numerisch plausibel darzustellen. Somit ist sichergestellt, dass die numerischen Ergebnisse die realen Strömungszustände bestmöglich abbilden. Alle Untersuchungen erfolgen ohne den Einfluss von Kavitation und für Inducer mit unterschiedlich gestalteten Vorderkanten der Schaufeln. Grundlagenwissen über die Strömung an der Nabe, die entstehenden Verluste und den Einfluss auf die Strömungszustände in der Auslaufstrecke liegt somit vor. Basierend auf diesen Ergebnissen können weitere Untersuchungen erfolgen, um die Verluste zu reduzieren und die Verteilung von Druck, Geschwindigkeit und Winkel entlang der radialen Position in der Auslaufstrecke des Inducers homogener zu gestalten. Die axiale Baulänge und deren mögliche Reduktion sind unmittelbar mit einer Einsparung von Bauraum und Kosten verbunden. Basierend auf den hier generierten Grundlagen ist ein Ansatz zur korrekten Dimensionierung der axialen Länge bzw. des Umschlingungswinkels gegeben