aerodesignworks Logo

projekte

  • Axialverdichter: Auslegung und Optimierung eines dreistufigen Verdichters

  • Vollständig parameterbasierte Geometrieerzeugung

  • Stoßsystem am Rotor der ersten Stufe am Arbeitspunkt

  • Betrachtung der Aeroelastizität: Flatter-Analyse der Rotorgeometrie

  • Drehzahllinien im Kennfeld

Neuauslegung und Optimierung eines dreistufigen Verdichters (Totaldruckverhältnis 6.2) mit zwei Axial- und einer Diagonalstufe für eine Kleingasturbine mit 80kW Wellenleistung. Ausgehend von thermodynamischen Vorüberlegungen und Parameterstudien zu verschiedenen Verdichterkonzepten wird die Konfiguration mit zwei Axial- und einer Diagonalstufe gewählt. Diese stellt den besten SFC Kompromiss bei Design- und Off-Design Betriebspunkten dar, erfordert jedoch durch seine Mehrstufigkeit eine komplexe Auslegung. Der Auslegungs- und Optimierungsprozess erfolgt mit einer gekoppelten Optimierung von Aerodynamik und Strukturmechanik für die einzelnen Verdichterstufen an mehreren Betriebspunkten. Abschließend wird im Rahmen einer Flatter-Analyse die Aeroelastizität der ausgewählten Schaufelgeometrie untersucht.

  • Bewertung Saugzuggebläse: Läufer aus optischer Vermessung und Absolutgeschwindigkeit aus instationärer CFD

  • Strömung im Drallregler (Stellung 45°) und Einlaufkasten

  • Hochqualitative blockstrukturierte Vernetzung, Gesamtsetup ~17 Mio. Zellen

  • Kennfeldvergleich zeigt gute Übereinstimmung der berechneten Leistungsdaten mit Auslegungskennlinien des Herstellers

  • Strömung aus Sicht des rotierenden Läufers (links) und im ortsfesten Koordinatensystem (rechts)

Berechnung und Bewertung eines großen Saugzuggebläses für Kraftwerke. Ausgehend von den Daten einer optischen Vermessung werden die 3D-Geometrien von Gehäuse und Laufrad rekonstruiert. Hochqualitative stationäre und instationäre CFD-Simulation zeigen gute Übereinstimmung mit den Auslegungskennlinien. Die Modellierung erlaubt einen Einblick in das gesamte Strömungsfeld und deckt hier eine Strömungsablösung am Rotor als treibende Verlustquelle auf.

 

  • Optimierung Radialgebläse: Validierung der CFD anhand der Basismaschine

  • Geometrieparametrisierung der Beschaufelung für den Einsatz automatisierter Optimierungsverfahren

  • Wirkungsgradsteigerung durch Mehrzieloptimierung an mehreren Betriebspunkten

Ausgehend von einer CFD-Validierung der Basisgeometrie mit Messdaten soll der Wirkungsgrad eines Radialgebläses gesteigert werden. Dazu wird die Schaufelgeometrie zunächst in aero_designworks Geometrieerzeugungsumgebung umgesetz. Diese parameterbasierte Geometriebeschreibung ermöglicht den Einsatz einer automatisierten Optimierung. Bei der Mehrzieloptimierung wird neben dem Wirkungsgrad an zwei Betriebpunkten zudem jeweils der Druckaufbau berücksichtigt.

  • Axialturbine: Auslegung und Optimierung einer zweistufigen Axialturbine für Wellenleistungsanwendungen

  • Kombinierte Optimierung beider Stufen mit insgesamt über 150 freien Designparametern

  • Kennfelder der Hochdruckstufe

  • Berücksichtigung der Strukturmechanik und Schaufeldynamik während der Optimierung

Neuauslegung und Optimierung einer zweistufigen Axialturbine für ein 80kW Wellenleistungstriebwerk. Da zur Berücksichtigung der Stufeninteraktion eine Optimierung mit beiden Stufen durchgeführt wird, liegt die Gesamtanzahl der freien Designparameter bei über 150 einzelnen Parametern. Neben der aerodynamischen Bewertung an mehreren Betriebspunkten wird während der Optimierung zusätzlich die Schaufeldynamik (Campbell Diagramm) und Strukturmechanik berücksichtigt. Die Optimierung von großer Komplexität konnte erfolgreich im industriellen Zeitrahmen und mit vorhandenen Rechenkapazitäten durchgeführt werden. Eine Schlüsselrolle spielen hierbei insbesondere eine sorgsam gewählte Geometrieparametrisierung und Prozesskette zur Analyse.

  • Kleinwindkraftanlage: Auslegung eines Rotorblatts für maximale Performance bei geringen Windgeschwindigkeiten

  • Vernetzung der rotierenden Schaufeldomain und Fernfeld

  • Parameterbasierte Geometrieerzeugung für automatisierte Optimierung

  • Umfangsgemitteltes Strömungsfeld der Axialgeschwindigkeit am Auslegungspunkt

Aerodynamische Auslegung der Rotorschaufeln für eine 1kW Kleinwindkraftanlage speziell für niedrige Windgeschwindigkeiten, wie sie typisch für einen innerstädtischen Standort sind. Die Auslegung erfolgt mit einer automatisierten 3D-Mehrzieloptimierung an mehreren Betriebspunkten hinsichtlich einer maximalen Effizienz über weite Windgeschwindigkeitsbereiche und einem aerodynamisch robusten Design. Der Optimierungsansatz ist unkonventionell für Windkraftanlagen, da ein kompressibler Strömungslöser zu Einsatz kommt. Das numerisch komplexere CFD-Setup erlaubt eine deutlich bessere Vorhersage zur Profilperformance, da lokale Dichteänderungen auf der Schaufel nicht vernachlässigt werden.

  • V-Element Mischer: Totaldruckverteilung bei Durchmischung zweier Luftströme

  • Komplexe strömungsführende Geometrie: Das grenzschichtauflösende CFD-Netz enthält über 23 Mio. Zellen.

Bewertung eines statischen V-Mischers zur Durchmischung zweier Lüftströme bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten hinsichtlich Durchmischungsqualität und Druckverlusten. Die Vernetzung der komplexen Geometrie der Blechpakete sowie die Auflösung der Grenzschicht erfordert ein enorm großes CFD Modell.

 

  • Triebwerkseinlauf: Machzahlkonturen im S1-Schnitt

  • Machzahlkonturen im S2-Schnitt

  • Strukturierte Vernetzung bis ins Fernfeld

  • Einbausituation am Triebwerk (Haube entfernt)

Design eines bei verschiedenen kritischen Flugzuständen aerodynamisch robusten und verlustarmen Triebwerkseinlaufs für Helikopteranwendungen. Das komplexe Freiflächendesign wird im CAD System entwickelt und für die Strömungssimulation mit einem strukturierten Netz von Einlauf und Rumpf bis ins Fernfeld vernetzt. CFD-Simulationen der Flugzustände Schwebeflug, Maximalgeschwindigkeit und Seitenwind werden durchgeführt. Mit den Ergebnissen erfolgt eine Designiteration zur Optimierung hinsichtlich geringer Verluste und robuster Strömungsführung. Ebenfalls bewertet werden in einer stationären Rechnung mögliche Auswirkungen des Einlaufs auf die Verdichterperformance des Triebwerks.

 

  • Abgassystem: Entwicklung und Optimierung einer komplexen Strömungsgeometrie für geringen Bauraum

  • Automatisierte blockstrukturiere Vernetzung

  • Optimierte Strömungsverzögerung und Druckaufbau

Design eines Abgaskanals einer Kleingasturbine. Die besondere Herausforderung besteht hier in der Auslegung eines verlustarmen Diffusors, der aufgrund des beschränkten Bauraums zweigeteilt und um 90° abknickend ist. Die flexibel anpassbare Geometrieerzeugung erfolgt vollständig parameterbasiert in aero_designworks Designumgebung.