Engel, Christoph:

Untersuchung der Laufradströmung in einem Radialventilator mittels Particle Image Velocimetry (PIV)

Duisburg, Essen (2007), VI, 133 S.
Dissertation / Fach: Maschinenbau
Fakultät für Ingenieurwissenschaften » Maschinenbau und Verfahrenstechnik » Institut für Energie- und Umweltverfahrenstechnik
Bitterlich, Walter (Doktorvater, Betreuerin)
Lavante, Ernst von (GutachterIn)
Dissertation
Abstract:
Die vorliegende Arbeit: „Untersuchung der Laufradströmung in einem Radialventilator mittels Particle Image Velocimetry (PIV)“, zeigt die Einsatzmöglichkeit der Particle Image Velocimetry bei der Strömungsuntersuchung im Rotor einer radialen Arbeitsmaschine.
Bei der Particle Image Velocimetry handelt es sich um eine optische laserbasierte Strömungs-messmethode in der zwei gepulste miteinander gekoppelte Laser und eine (2D-Verfahren) bzw. zwei (3D-Verfahren) Digitalkameras zum Einsatz kommen.
Da für die Particle Image Velocimetry im Vergleich zu anderen Verfahren bislang nur verhältnis-mäßig wenige praxisnahe Anwendungsbeispiele existieren, ist es Ziel dieser Arbeit, die Einsatzmöglichkeiten der PIV auch bei sehr komplexen Strömungen und den daraus resultierenden aufwendigeren Versuchsaufbau aufzuzeigen, umso ein breiteres Anwendungs¬spektrum für das PIV-Verfahren zu liefern. So wird in dieser Arbeit zunächst die Strömung im Rotor eines Radialventilators mit unbeschaufeltem Diffusor ermittelt und visualisiert. Anschließend wird der Radialventilator um einen beschaufelten Diffusor erweitert. Dies stellt ein anspruchsvolles Problem für dass PIV-Verfahren dar, da die Diffusorschaufeln teilweise den Schaufelkanal im Rotor abschatten.
Inhaltlich wird neben der Darstellung der wichtigsten strömungstechnischen Grundlagen, ebenfalls das PIV-Verfahren eingehend erläutert. Anschließend wird der Versuchsaufbau, der für die Messung der Strömung im Radialventilatorlaufrad entwickelt wurde, erläutert. Im Anschluß an dieser Beschreibung folgt eine ausführliche Darstellung der Versuchsergebnisse die am Radialventilator mit unbeschaufeltem und beschaufeltem Diffusor mittels Particle Image Velocimetry gemessen wurden. Um die grundsätzliche Richtigkeit des Verfahrens zu zeigen werden die Messergebnisse mit Berechnungsergebnissen, die aus numerischen Strömungs¬simulationen stammen, verglichen. Des Weiteren wird gezeigt, dass sowohl bei den gemessenen, als auch bei den berechneten Strömungsfeldern im Rotor, die aus der Literatur bekannte jet-wake-Strömung auftritt. Die jet-wake-Strömung ist durch einen Bereich (jet) gekennzeichnete der im Vergleich zum restlichen Strömungsgebiet (wake) mit deutlich höherer Strömungsgeschwindigkeit durchströmt wird.
Abschließend wird noch auf weitere Möglichkeiten, die die Particle Image Velocimetry bei der Untersuchung der Laufradströmung bietet verwiesen.