Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-692
Main Title: Untersuchungen der instationaeren Stroemungsvorgaenge in Seitenkanalverdichtern mit Hilfe der Particle-Image Velocimetry
Translated Title: Investigation of unsteady flow phenomena in a side channel compressor by particle- image velocimetry
Author(s): Schroll, Michael
Advisor(s): Siekmann, Helmut E.
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät V - Verkehrs- und Maschinensysteme
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Angeregt durch den stark ansteigenden industriellen Bedarf an Seitenkanalverdichtern ist seine Erforschung und Entwicklung verstaerkt ins Blickfeld der deutschen Industrie und Hochschulen geraten. Die bis dato ueberwiegend aus Druckmessungen gewonnenen Erkenntnisse ueber die instationaeren turbulenten Stroemungsvorgaenge und den Mechanismus der Arbeitsuebertragung in Seitenkanalverdichtern erlauben es nicht, die bestehenden und zum Teil gegensaetzlichen Stroemungsmodelle zusammenzufuehren. Das Ziel der stroemungstechnischen Untersuchung, die Analyse der erzwungenen Wirbelstroemung im Seitenkanalverdichter auf Basis experimenteller Ergebnisse, ist mit Hilfe der laseroptischen Particle-Image Velocimetry (PIV) erreicht worden. Die im Seitenkanal ermittelten Geschwindigkeitsfelder werden mit den an der FH Merseburg am Lehrstuhl für Stroemungsmaschinen ermittelten dynamischen Druecken in Korrelation gebracht und die theoretischen Ansaetze zu den Modellen der Stroemungsvorgaenge im untersuchten Seitenkanalverdichter erweitert. Die installierte Versuchseinrichtung für den Seitenkanalverdichter ist an die speziellen Beduerfnisse zur Untersuchung der Stroemung im Seitenkanal mit Hilfe laseroptischer Meßverfahren angepasst. Das instationaere turbulente Stroemungsfeld wird in 16 axialen und 5 radialen Messebenen mit Hilfe der PIV bei vier Betriebszustaenden untersucht. Das umfangreiche Datenmaterial aus den PIV-Messungen erlaubt einen detaillierten quantitativen Einblick in die Geschwindigkeitsfelder der Stroemung im Bereich des Umfangswinkels 180°. Für den erstellten Meridianschnitt wird aus den vorliegenden Geschwindigkeiten und Druecken die BERNOULLI-Konstante bestimmt. Aus den unregelmaessigen Schwankungsbewegungen werden zur Charakterisierung der turbulenten Stroemung die isotrope Turbulenz und die Turbulente Kinetische Energie bestimmt. Die Ergebnisse koennen gut mit den Druckmessungen in Merseburg in Korrelation gebracht werden. Die parallele Analyse der Ergebnisse aus den PIV- und Druck-Messungen zeigt Bereiche unterschiedlicher Aktivitaet im Hinblick der Arbeitsuebertragung vom Schaufelgitter auf das Fluid. Mit Hilfe der erstellten Verlaeufe zu Geschwindigkeit, Druck, Energieverteilung und turbulenter Kenngroessen ist ein vertiefter Einblick in die Stroemungsvorgaenge und den Mechanismus der Arbeitsuebertragung in Seitenkanalverdichtern gelungen.
Motivated by the keen industrial demand for side channel compressor its investigation comes increasingly in the field of focus for German industry and universities. All gained cognitions after date about the unsteady turbulent flow phenomena in a side channel compressor and the mechanism of work transfer are predominantly out of results of pressure measurements. But they still disallow to merge the both partly antithetic models of flow. The analysis of the enforced turbulent flow in the side channel based on experimental results is subject of this fluidic investigation and reached with the laser optical Particle-Image Velocimetry (PIV). The flow fields acquired within the side channel are correlated with the dynamic pressure. The pressure measurements were done at the University of Applied Science Merseburg, Co-Institute Fluid- and Turbomachinery. This correlation enhanced the hypothetical thesis for flow phenomena models in the investigated side channel compressor. The installed test facility for the side channel compressor is adapted to the special requirements for flow investigations in the side channel with laser optical measuring methods. The unsteady turbulent flow field is investigated with PIV in 16 axial and 5 radial measurement layers each for 4 operating points. The extensive information achieved by PIV provides a detailed and quantitative insight into the flow velocity fields in the range of 180° rotation angle. The BERNOULLI constante is calculated for the generated meridional slice out of the acquired velocities and pressures. To characterise the turbulent flow the isotropical turbulence and the turbulent kinetic energy (TKE) is calculated out of the unsteady oscillating motions. The results correlates with the pressure measurements in Merseburg. The information out of the PIV- and pressure measurements is analysed parallel and shows regions with different activity in the side channel with regard to the work transfer from the rotating cascade to the fluid. A more detailled insight into the flow phenomena and the mechanism of work transfer of side channel compressors is given by the shown distributions of velocity, pressure, energy and turbulent characteristic parameters.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-5932
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/989
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-692
Exam Date: 7-Feb-2003
Issue Date: 3-Jun-2003
Date Available: 3-Jun-2003
DDC Class: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): Bernoulli-Konstante
Instationaere Stroemungsvorgaenge
Particle-Image Velocimetry (PIV)
Seitenkanalverdichter
Turbulenz
Bernoulli constant
Particle-Image Velocimetry (PIV)
Side channel compressor
Turbulence
Unsteady flow phenomena
Usage rights: Terms of German Copyright Law
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