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Dezember 2016
Hailu Tadesse
Untersuchung von Wärmetransportmechanismen und der Temperaturverteilung im Turbinenrad eines Abgasturboladers unter stationären und transienten Betriebsbedingungen
Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist einen Beitrag zum Verständnis der Wärmeübergangsphänomene in Turboladern durch experimentelle und theoretische Untersuchungen zu geben. Die Messungen umfassen sowohl Strömungsparameter des gesamten Turboladers als auch Oberflächen- und Festkörpertemperaturen an der Turbine unter stationären und transienten Betriebsbedingungen. Die Wellen- und Turbinenradtemperaturen werden mithilfe eines Telemetriesystems vom rotierenden zum stehenden System übertragen.
Im ersten Teil der Arbeit werden zuerst anhand der Turbolader-Kennfelder vor und nach Applizierung des Telemetrie-Messsystems die Auswirkungen der Rotormodifikation diskutiert. Anschließend werden stationäre Wärmeströme der einzelnen Komponenten abgeschätzt und analysiert. Hierbei wird für den Verdichter ein physikalisches Modell aus der Literatur verwendet. Für die Turbine wird ein Modell entwickelt, mit dem die Wärmeströme unter Berücksichtigung der Zustandsänderung des Fluides innerhalb der Turbine berechnet werden können. Anhand der gemessenen Festkörper-Temperaturen im Rotor werden Zusammenhänge zwischen den Wellen- und Turbinenradtemperaturen und den Turbolader-Betriebsparametern untersucht.
Im zweiten Teil der Arbeit werden transiente Wärmetransportuntersuchungen zur Analyse der Auswirkungen der niederfrequenten Temperaturänderungen auf die Festkörpertemperaturverteilung durchgeführt. Hierfür wird ein Prüfstand entwickelt und aufgebaut, mit dem zyklische und Thermoschock-Versuche durchgeführt werden können. Zur Annäherung an den realen Betrieb der Turbolader wird die Turbine mit unterschiedlichen Eintrittstemperaturniveaus bei annähernd konstantem Turbinenmassenstrom beaufschlagt. Die Umschaltung des Temperaturniveaus erfolgt wie im realen Betrieb annähernd sprungförmig.
Im ersten Teil der Arbeit werden zuerst anhand der Turbolader-Kennfelder vor und nach Applizierung des Telemetrie-Messsystems die Auswirkungen der Rotormodifikation diskutiert. Anschließend werden stationäre Wärmeströme der einzelnen Komponenten abgeschätzt und analysiert. Hierbei wird für den Verdichter ein physikalisches Modell aus der Literatur verwendet. Für die Turbine wird ein Modell entwickelt, mit dem die Wärmeströme unter Berücksichtigung der Zustandsänderung des Fluides innerhalb der Turbine berechnet werden können. Anhand der gemessenen Festkörper-Temperaturen im Rotor werden Zusammenhänge zwischen den Wellen- und Turbinenradtemperaturen und den Turbolader-Betriebsparametern untersucht.
Im zweiten Teil der Arbeit werden transiente Wärmetransportuntersuchungen zur Analyse der Auswirkungen der niederfrequenten Temperaturänderungen auf die Festkörpertemperaturverteilung durchgeführt. Hierfür wird ein Prüfstand entwickelt und aufgebaut, mit dem zyklische und Thermoschock-Versuche durchgeführt werden können. Zur Annäherung an den realen Betrieb der Turbolader wird die Turbine mit unterschiedlichen Eintrittstemperaturniveaus bei annähernd konstantem Turbinenmassenstrom beaufschlagt. Die Umschaltung des Temperaturniveaus erfolgt wie im realen Betrieb annähernd sprungförmig.
Schlagwörter: Abgasturbolader; Wärmeübertragung; Experiment; Temperaturverteilung; Turbinenrad
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Am Langen Graben 15a
52353 Düren
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