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58,80 €ISBN 978-3-8440-9648-4Paperback154 Seiten71 Abbildungen208 g21 x 14,8 cmDeutschDissertation
September 2024
Silvio Geist
Die Bedeutung von Ablagerungseffekten während Wassereinspritzung in mehrstufigen Axialverdichtern
In stationären Gasturbinen-Kraftwerken werden Flüssigkeitstropfen in den Ansaugtrakt
des Verdichters eingebracht, um die Temperatur am Eintritt und während der Verdichtung durch Verdunstung zu reduzieren, was den Verdichtungsprozess positiv beeinflusst.
Durch die Tropfenträgheit lagert sich ein erheblicher Teil der Flüssigkeit auf den Schaufeln des Verdichters ab und begrenzt den Kühleffekt. Um diesen Wirkmechanismus
im Verdichter zu untersuchen, wurden in dieser Arbeit dreidimensionale, stationäre
Strömungssimulationen an einem generischen, mehrstufigen Axialverdichter mit dem
Strömungslöser Ansys CFX erstellt und durchgeführt. Die Simulationen berücksichtigen den Transfer von Masse, Impuls und Wärme zwischen den Tropfen und dem
Trägergas. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf der modellhaften Beschreibung des
Tropfenaufpralls auf den Schaufeln und dem Wiedereintrag von Flüssigkeit an den
Schaufelhinterkanten durch Desintegration in allen drei Raumdimensionen. Dazu wurde
die jeweils bestehende Forschung im Kontext von Axialverdichtern aufbereitet und
Ersatzmodelle in den kommerziellen Strömungslöser übertragen. Anhand der Dampfentwicklung, der Entropiezunahme und der nötigen spezifischen Verdichterarbeit wird
der Einfluss von Ablagerung und Wiedereintrag auf die resultierende Veränderung der
Leistungsgrößen des Verdichters bewertet. Für repräsentative Tropfengrößen aus dem
Realbetrieb wird in den Simulationen mit Desintegrationsmodellierung in Kombination
mit der Splashingmodellierung eine höhere Kühlwirkung als ohne die Modelle berechnet.
Allerdings erhöht die Zwischenkühlung über Tropfenverdunstung die Entropiezunahme
des Tropfen-Gas-Gemisches und reduziert den Prozesswirkungsgrad.
Schlagwörter: Mehrphasenströmung; CFD; Axialverdichter
Beiträge der Professur für Strömungsmaschinen in der Energietechnik
Herausgegeben von Univ.-Prof. Dr.-Ing. Markus Schatz, Hamburg
Band 1
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