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Axel Knapp
Numerische und experimentelle Untersuchung der Auswirkungen von Auslegungsmethoden für Spiralgehäuse auf die Performance einer Kreiselpumpe
Gegenstand dieser Arbeit ist die numerische und experimentelle Untersuchung der Auswirkungen von Auslegungsmethoden für Spiralgehäuse auf die Performance einer einstufigen Kreiselpumpe. Die Primäraufgabe des Spiralgehäuses ist die vom Laufrad produzierte kinetische Energie möglichst verlustfrei in potentielle Energie umzuwandeln. In der Literatur werden verschiedene Auslegungsmethoden für ein Spiralgehäuse genannt. Die beiden am verbreitesten Auslegungsmethoden sind die Konstruktion des Spiralgehäuses nach dem Prinzip des konstanten Dralls sowie nach dem Prinzip der konstanten Geschwindigkeit. In der vorliegenden Arbeit werden diese beiden Auslegungsmethoden zwei weiteren Auslegungsmethoden gegenübergestellt. Diese sind ein linearer Verlauf des Verhältnisses aus Querschnittsfläche und deren Schwerpunktradius sowie ein quadratischer Verlauf des Spiralenwinkels. Die Berechnung der Spiralgehäusekonturen erfolgte für eine spezifische Drehzahl von n_q = 39 min^-1. Die Querschnittsflächen der Spiralgehäusevarianten sind jeweils kreisförmig. Die Untersuchungen erfolgten sowohl numerisch als auch experimentell mit der gleichen Laufradgeometrie.
Nach der erfolgreichen Validierung der CFD-Modelle erfolgte eine Analyse der Strömungsverhältnisse innerhalb der Volute sowie der gesamten Pumpenstufe. Besondere Beachtung erhalten dabei die Visualisierung und Lokalisierung von Geschwindigkeitsänderungen sowie Totaldruckverlusten im Spiralgehäuse. Die Analyse erfolgte in Abhängigkeit der Förderrate und des Auslegungsverfahrens, sodass in der vorliegenden Arbeit ein detailliertes Bild über die Entwicklung der Strömungsverhältnisse innerhalb des jeweiligen Spiralgehäuses von Teil- nach Nenn- in Überlast präsentiert werden kann.
Nach der erfolgreichen Validierung der CFD-Modelle erfolgte eine Analyse der Strömungsverhältnisse innerhalb der Volute sowie der gesamten Pumpenstufe. Besondere Beachtung erhalten dabei die Visualisierung und Lokalisierung von Geschwindigkeitsänderungen sowie Totaldruckverlusten im Spiralgehäuse. Die Analyse erfolgte in Abhängigkeit der Förderrate und des Auslegungsverfahrens, sodass in der vorliegenden Arbeit ein detailliertes Bild über die Entwicklung der Strömungsverhältnisse innerhalb des jeweiligen Spiralgehäuses von Teil- nach Nenn- in Überlast präsentiert werden kann.
Schlagwörter: Auslegungsverfahren; Spiralgehäuse; Volute; Kreiselpumpe; Wirkungsgradoptimierung; Performance
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