In dieser Arbeit wurde ein anpassungsfhiger Diffusor fr Kleingeblse entwickelt, der ein weites Kennfeld bei hohen Verzgerungsverhltnissen und damit erhhtem Gesamtdruckverhltnis erreicht. Ausgehend vom unbeschaufelten breitenverderlichen Diffusor wurde der breitenvernderliche teilbeschaufelte Diffusor entwickelt. Neben den allgemeinen energetischen Messverfahren wurden bei der Entwicklung umfangreiche Untersuchungen des Diffusors mit der Particle Image Velocimetry (PIV) durchgefhrt, mit der ganze Strmunsgfelder zeitgleich aufgenommen und anschlieend ausgewertet werden knnen. So resultiert der ungewhnliche Schaufelwinkel des Diffusors von 48, ebenso wie das Verhltnis von beschaufeltem zu unbeschaufeltem Diffusordurchmesser aus den PIV-Untersuchungen des unbeschaufelten Diffusors . Der Einbau einer Beschaufelung im usseren Teil des Diffusors unterbindet die frhen Rckstrmungen wirkungsvoll und fhrt durch eine bessere Strmungsfhrung zu einer Beruhigung der Strmung und somit zu einem hheren Druckaufbau bei gleichzeitig erhhtem Volumenstrom. Zustzlich bringt der Einbau der Beschaufelung eine deutliche Steigerung des maximalen Anlagenwirkungsgrades um 8 Prozentpunkte auf 48 %. Dies liegt deutlich ber dem Niveau des Geblses, dessen Motor und Laufrad verwendet wurde. (Das Ursprungsgeblse erreicht mit einem bereits leicht modifizierten Diffusor auf dem selben Versuchsstand einen Anlagenwirkungsgrad von 29,5 %.) Der breitenverstellbare, teilbeschaufelte Diffusor kann somit zu einer wesentlichen Kennfelderweiterung beitragen. Wie die Auswertungen zeigen, kann die Pumpgrenze zu extrem niedrigen Volumenstrmen verschoben werden. Dies ist besonders fr Kleingeblse und Verdichter von Bedeutung, da sie nur ber ein stark eingeschrnktes Kennfeld verfgen. Durch die Anpassung an die Strmung knnen auch Diffusoren mit hherem Verzgerungsverhltnis eingesetzt werden, was zu einem hheren Druckaufbau fhrt. Die PIV konnte die Strmung im Diffusor gut darstellen. Die Fhigkeit der PIV instationre Vorgnge sichtbar zu machen ist ein Vorteil dieses Systems gegenber allen anderen intrusionslosen Messverfahren. So knnen Strmungsablsungen und Rckstrmungen im betrachteten Abschnitt fest gestellt werden, ohne mit Sondentechnik gezielt danach suchen zu mssen. Zudem konnte das Strmungsverhalten im Diffusor, besonders die effizienzmindernden Profilverzerrungen, gemessen und dargestellt werden. Mit dem Einbau der Beschaufelung ist allerdings auch eine fast totale Abschattung des optisch hinter den Leitschaufeln liegenden, unbeschaufelten Diffusorteils verbunden, was eine Beobachtung der Laufradabstrmung mit der PIV bei dem verwendeten Versuchsaufbau nicht ermglicht. Zudem konnte durch die Beobachtung des Partikelverhaltens die Pumpgrenze bestimmt werden. Die PIV-Auswertungen sttzten darber hinaus die These, dass sich die Zellen des Rotating Stall zunchst von Auen stromaufwrts in den Diffusor hineinziehen. Somit sind fr das Pumpverhalten die ueren Diffusorbereiche entscheidend. Ein Nachteil der PIV ist ihre geringe zeitliche Auflsung. Dieses Problem wird durch die Weiterentwicklung digitaler Hochgeschwindigkeitskameras in den kommenden Jahren gelst werden. Durch die zur Breitenverstellung notwendig gewordene Unterteilung in unbeschaufelten und beschaufelten Teildiffusor stellt sich zudem die Frage, bei welchem Radienverhltnis der bergang vom unbeschaufelten auf den beschaufelten Diffusorteil stattfinden soll. Davon abhngig ist ebenfalls der Schaufelwinkel, sowie die Notwendigkeit den Diffusor an den Strmungswinkel anpassen zu knnen. Diese Parameter sind bei diesem Diffusor mit Hilfe der PIV so bestimmt worden, dass nur eine geringstmgliche Anpassung des Schaufelwinkels durch die Breitenverstellung notwendig sein sollte. Eine Aufweitung des Diffusors sollte auf hohe Volumenstrme beschrnkt bleiben. Es ist zu klren, ob dies fr Diffusoren mit abweichenden Radienverhltnissen fr die Teildiffusoren sowie fr den Gesamtdiffusor ebenso gilt.
Klappentext
In dieser Arbeit wurde ein anpassungsfähiger Diffusor für Kleingebläse entwickelt, der ein weites Kennfeld bei hohen Verzögerungsverhältnissen und damit erhöhtem Gesamtdruckverhältnis erreicht. Ausgehend vom unbeschaufelten breitenveräderlichen Diffusor wurde der breitenveränderliche teilbeschaufelte Diffusor entwickelt. Neben den allgemeinen energetischen Messverfahren wurden bei der Entwicklung umfangreiche Untersuchungen des Diffusors mit der Particle Image Velocimetry (PIV) durchgeführt, mit der ganze Strömunsgfelder zeitgleich aufgenommen und anschließend ausgewertet werden können. So resultiert der ungewöhnliche Schaufelwinkel des Diffusors von 48°, ebenso wie das Verhältnis von beschaufeltem zu unbeschaufeltem Diffusordurchmesser aus den PIV-Untersuchungen des unbeschaufelten Diffusors . Der Einbau einer Beschaufelung im äusseren Teil des Diffusors unterbindet die frühen Rückströmungen wirkungsvoll und führt durch eine bessere Strömungsführung zu einer Beruhigung der Strömung und somit zu einem höheren Druckaufbau bei gleichzeitig erhöhtem Volumenstrom. Zusätzlich bringt der Einbau der Beschaufelung eine deutliche Steigerung des maximalen Anlagenwirkungsgrades um 8 Prozentpunkte auf 48 %. Dies liegt deutlich über dem Niveau des Gebläses, dessen Motor und Laufrad verwendet wurde. (Das Ursprungsgebläse erreicht mit einem bereits leicht modifizierten Diffusor auf dem selben Versuchsstand einen Anlagenwirkungsgrad von 29,5 %.) Der breitenverstellbare, teilbeschaufelte Diffusor kann somit zu einer wesentlichen Kennfelderweiterung beitragen. Wie die Auswertungen zeigen, kann die Pumpgrenze zu extrem niedrigen Volumenströmen verschoben werden. Dies ist besonders für Kleingebläse und Verdichter von Bedeutung, da sie nur über ein stark eingeschränktes Kennfeld verfügen. Durch die Anpassung an die Strömung können auch Diffusoren mit höherem Verzögerungsverhältnis eingesetzt werden, was zu einem höheren Druckaufbau führt. Die PIV konnte die Strömung im Diffusor gut darstellen. Die Fähigkeit der PIV instationäre Vorgänge sichtbar zu machen ist ein Vorteil dieses Systems gegenüber allen anderen intrusionslosen Messverfahren. So können Strömungsablösungen und Rückströmungen im betrachteten Abschnitt fest gestellt werden, ohne mit Sondentechnik gezielt danach suchen zu müssen. Zudem konnte das Strömungsverhalten im Diffusor, besonders die effizienzmindernden Profilverzerrungen, gemessen und dargestellt werden. Mit dem Einbau der Beschaufelung ist allerdings auch eine fast totale Abschattung des optisch hinter den Leitschaufeln liegenden, unbeschaufelten Diffusorteils verbunden, was eine Beobachtung der Laufradabströmung mit der PIV bei dem verwendeten Versuchsaufbau nicht ermöglicht. Zudem konnte durch die Beobachtung des Partikelverhaltens die Pumpgrenze bestimmt werden. Die PIV-Auswertungen stützten darüber hinaus die These, dass sich die Zellen des Rotating Stall zunächst von Außen stromaufwärts in den Diffusor hineinziehen. Somit sind für das Pumpverhalten die äußeren Diffusorbereiche entscheidend. Ein Nachteil der PIV ist ihre geringe zeitliche Auflösung. Dieses Problem wird durch die Weiterentwicklung digitaler Hochgeschwindigkeitskameras in den kommenden Jahren gelöst werden. Durch die zur Breitenverstellung notwendig gewordene Unterteilung in unbeschaufelten und beschaufelten Teildiffusor stellt sich zudem die Frage, bei welchem Radienverhältnis der Übergang vom unbeschaufelten auf den beschaufelten Diffusorteil stattfinden soll. Davon abhängig ist ebenfalls der Schaufelwinkel, sowie die Notwendigkeit den Diffusor an den Strömungswinkel anpassen zu können. Diese Parameter sind bei diesem Diffusor mit Hilfe der PIV so bestimmt worden, dass nur eine geringstmögliche Anpassung des Schaufelwinkels durch die Breitenverstellung notwendig sei…