Numerische Simulation Simulation rotierender Verdrängerpumpen vereinfachen

Die numerische Strömungssimulation dient zur Berechnung von Fluidenergiemaschinen. Dennoch gibt es Bereiche, in denen einer realistischen Strömungssimulation Grenzen gesetzt sind. Bei der numerischen Simulation rotierender Verdrängerpumpen bedient man sich deshalb beispielsweise der Immersed-Solid-Methode.

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Obwohl sich die numerische Strömungssimulation in weiten Anwendungsbereichen von Fluidenergiemaschinen zu einem wichtigen und verlässlichen Berechnungswerkzeug entwickelt hat, gibt es noch immer Bereiche, in denen einer realistischen Simulation Grenzen gesetzt sind – vor allem bei der zwei- oder dreidimensionalen numerischen Strömungssimulation von rotierenden Verdrängerpumpen. Durch komplexe Geometrien und zeitlich stark veränderliche Strömungsfelder werde die Vernetzungs- und Berechnungsvorgänge noch komplizierter und erschweren somit eine realistische Strömungssimulation. Daher bedient man sich oft einfacherer aber nicht weniger exakter ein- beziehungsweise null-dimensionalen Simulationsverfahren.

Mehrdimensionale CFD-Berechnungen für rotierende Verdrängerpumpen

Will man nun aber alle in einer rotierenden Verdrängerpumpe auftretenden Strömungsphänomene untersuchen, so muss man eine detailgetreuere Simulationsmethodik anwenden. Dies wird durch zwei- oder dreidimensionale rechennetzbasierte CFD-Berechnungen ermöglicht, welche sich für rotierende Verdrängerpumpen im Gegensatz zu anderen Pumpentypen wesentlich schwieriger realisieren lassen. In der Praxis wurde der vollständigen CFD-Berechnung von rotierenden Verdrängerpumpen bis dato eher weniger Beachtung geschenkt, da bei dieser Art von Maschinen viele physikalische Phänomene und damit verbundene schwer lösbare Berechnungsprobleme gleichzeitig auftreten:

• Stark instationäre Strömung infolge des zeitlich veränderlichen Förderverhaltens

• Eine turbulente Strömung erfordert eine entsprechende Modellierung.

• Die engen Spalte zwischen Rotoren und Gehäuse verursachen eine aufwendige Spaltauflösung durch das Rechennetz.

• Übergänge von turbulenter Strömung im Hauptströmungsfeld auf zumeist laminare Strömung in den Spaltregionen

• Auftreten von Kavitationsphänomenen während des saugseitigen Öffnungsvorgangs der Rotorgeometrie

• Sich ständig ändernde Strömungsräume mit komplexen Verschneidungen und eingeschlossenen Volumina, welche sich drehwinkelabhängig wieder auflösen

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