Einfluss der Schaufelgeometrie auf Strömung und Wirkungsgrad in einer transsonischen Radialverdichterstufe

Im Rahmen der Arbeit wird der Einsatz von numerischen Optimierungsverfahren in der Auslegung von transsonischen Radialverdichtern experimentell und numerisch untersucht. Die Analyse erfolgt auf Basis eines Vergleiches zwischen einer Regelgeraden- (Ausgangsdesign) und Freiformflächenbeschaufelung (optimiertes Design).

Der Vergleich beider Laufräder zeigt, dass der Wirkungsgradvorteil des optimierten Designs im Wesentlichen auf ein homogeneres Laufradabströmprofil bzw. geringere Diffusorverluste zurückzuführen ist. Die Homogenisierung des Abströmprofils folgt sowohl aus der veränderten Schaufelneigung als auch dem unterschiedlichen Raumwinkelverlauf der Schaufel am Radaustritt. Aus einer Analyse der Sekundärströmungsentstehung im Laufrad geht hervor, dass der saugseitige Schaufeloberflächenwirbel beim optimierten Design durch die gewölbte Schaufel (sog. negative compound lean) signifikant abgeschwächt und damit der Transport niederenergetischen Fluides von Nabe zu Gehäuse reduziert wird. Der veränderte Raumwinkelverlauf führt zu einer Schaufelentlastung am Radaustritt, infolge derer wirkungsgradmindernde Rückströmungen bei der optimierten Schaufelgeometrie unterdrückt werden.