Numerische Simulation der instationären Strömung in einem Radialverdichter mit Pipe-Diffusor

Ziel der Arbeit ist die numerische Simulation der instationären, dreidimensionalen Strömung in dem Radialverdichter mit Pipe-Diffusor, welcher am Institut für Strahlantriebe und Turboarbeitsmaschinen der RWTH Aachen experimentell untersucht wurde. Dafür soll das ebenfalls am Institut für Strahlantriebe und Turboarbeitsmaschinen entwickelte Navier-Stokes-Berechnungsverfahren Panta Rhei für Strömungen in Turbomaschinen verwendet werden. Die Ergebnisse der Simulationen sollen einen Beitrag zum Verständnis der Strömungsvorgänge innerhalb der Radialverdichterstufe leisten. Hauptaugenmerk ist die instationäre Rotor-Stator-Wechselwirkung und die Strömung in dem aerodynamisch hoch belasteten Pipe-Diffusor. Das Verständnis der instationären Aerodynamik bildet die technologische Basis zur weiteren, nachhaltigen Verbesserung dieser Verdichterstufen, welche das langfristige Ziel der Kooperation zwischen der RWTH Aachen und der Firma General Electric Aviation ist. Zu Beginn werden die zur Strömungsberechnung notwendigen physikalischen Grundlagen sowie die dazu verwendeten Erhaltungsgleichungen vorgestellt. Anschließend folgt die Darstellung der Implementierung der Erhaltungsgleichungen sowie der Umsetzung der einzelnen Modelle für Strömungen in Turbomaschinen. Im Rahmen dieser Arbeit musste der Strömungslöser für die stationären und instationären Stufensimulationen an verschiedenen Stellen grundlegend erweitert und angepasst werden. Insbesondere wurde das Stufen-Interface, welches für die Kopplung der Rechengebiete der einzelnen Schaufelreihen zuständig ist, für den Einsatz von Multiblock-Netzen, in denen das Rechengebiet in strukturierte Gitterblöcke unterteilt ist, ertüchtigt. Weiterhin wurde ein stationäres Verfahren zur stationären Stufenrechnung auf Basis von Mittelungsebenen (Fluss-Mittelung in Umfangsrichtung) in das Multi-Block-Verfahren implementiert.