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Mai 2016
Christoph Moisel
Radiale und diagonale bidirektionale Luftturbinen für den Einsatz in Wellenenergiekraftwerken
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit neuartigen bidirektionalen Überdruckturbinen radialer und diagonaler Bauarten, die gegenüber den bis heute meist eingesetzten axialen Wellsturbi-nen in Wellenenergiekraftwerken nach dem Prinzip der oszillierenden Wassersäule (OWC) Vorteile versprechen. Als Entwurfswerkzeug für die Beschaufelung wurde ein erweitertes Blatt-Element-Momenten (BEM)- Verfahren entwickelt. Weiterhin wurden verschiedene bidirektional durchströmte Gehäusevarianten untersucht und Entwurfskriterien formuliert. Empirische Modelle dienten zur Abschätzung von Verlusten und Wirkungsgraden bereits im Auslegeprozess. Mit RANS-Simulationen und Stromfeldmessungen wurden Erkenntnisse zu grundlegenden Strömungsphänomenen in den Luftturbinen gewonnen. Eine radiale und drei diagonale Turbinen wurden ausgelegt, gebaut und auf einem eigens entwickelten bidirektio-nalen Luftturbinenprüfstand an der Universität Siegen vermessen. Die Funktionsfähigkeit sowohl radialer als auch diagonaler bidirektionaler Überduckturbinen konnte experimentell nachgewiesen werden. Die diagonale Bauform erwies sich als besonders vorteilhaft. Im Ver-gleich zu sehr guten axialen Wellsturbinen nach dem aktuellen Stand der Technik weist die beste der hier entwickelten diagonalen Turbinen eine deutlich größere Leistungsdichte, einen signifikant erweiterten Betriebsbereich mit gutem Wirkungsgrad sowie hysteresefreie Kennli-nien auf. Spitzenwirkungsgrad und die spezifische Geräuschemission liegen auf ähnlichem Niveau wie bei sehr guten axialen Wellsturbinen.
Schlagwörter: Wellenenergie; Wellsturbine; bidirektionale Turbine; OWC; Oszillierende Wassersäule
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