Numerical simulation and modelling of sound generated by rotating instabilities in an annular compressor cascade [article]

Ruben Van Rennings, Technische Universität Berlin, Technische Universität Berlin
2016
Die vorliegende Arbeit behandelt das Strömungssphänomen der Rotierenden Instabilität (RI), welches sowohl in axialen als auch radialen Turbomaschinen auftritt. In axialen Verdichtern geschieht dies zum Beispiel in der Nähe der Stabilitätsgrenze, wo ohne das Auftreten der RI üblicherweise hohe Wirkungsgrade des Gesamtverdichtersystems erzielt werden. Die Auswirkungen der RI sind erhöhte Lärmemissionen, ein Einbruch des Wirkungsgrads und starke Druckschwankungen, welche eine charakteristische
more » ... arakteristische Struktur aufweisen. Die Druckschwankungen können unter ungünstigen Umständen Schaufelschwingungen anregen und gegebenenfalls so zu mechanischem Versagen einzelner Schaufeln führen. Um das Auftreten der RI zu vermeiden und so höhere Wirkungsgrade des Verdichtersystems zu ermöglichen, ist eine genaue Kenntnis des Phänomens erforderlich. In der Literatur existieren eine Vielzahl von Beschreibungen der Eigenschaften der RI und unterschiedliche Erklärungsansätze. Um das Strömungsphänomen der RI besser zu verstehen, wird der Strömungszustand in einem Axialverdichterstatorgitter bei auftretender RI mit einer numerischen Strömungssimulation nachgebildet, um anschließend die berechneten Daten hinsichtlich der Eigenschaften der RI auszuwerten. Hierzu wird eine Grobstruktursimulation eingesetzt, die es erlaubt den maßgeblichen Teil der turbulenten Schwankungsbewegungen in der Strömung aufzulösen. Zusätzlich wird ein numerisches Schema verwendet, welches neben der Berechnung der strömungsmechanischen Schwankungen auch die Ausbreitung von akustischen Druckschwankungen abbildet. Zudem wird der volle Umfang des Verdichterstatorgitters in der Simulation modelliert, um die charakteristische Umfangsstruktur der RI störungsfrei abzubilden. In einem zweiten Schritt werden die Erkenntnisse aus der Strömungssimulation auf eine Modellkonfiguration übertragen. In dem abgeleiteten Modell wird die Dynamik der Geschwindigkeitsschwankungen im Bereich des Quellgebiets der charakteristischen Druckschwankungen bei auftretender RI nachgebildet, wobei diese [...]
doi:10.14279/depositonce-5178 fatcat:gcfkprjkmbabxp26jjyeed5jtu