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Hallo !

Ich hoffe jemand kann mir behilflich sein. Ich studiere Maschinenbau und schreibe momentan meine Abschlussarbeit (Bachelor).
Es geht um folgendes:

Ich habe einen Durchflussmesser simuliert. Dazu habe ich das Fluidmodel im Design Modeler erstellt. Der Durchflussmesser besteht aus einer Leitbeschaufelung, dem Rotor und eine Nachleitbeschaufelung. Das Fluidmodel ist in drei Bereiche unterteilt -> Leitbeschaufelung (Inlet Domain) - Rotor (Rotor Domain, enthält das Turbinenrad) - Nachleitbeschaufelung (Outlet Domain).

Es ist eine quasistationäre Simulation mit Frozen Rotor. Die Domains sind mit GGI Interfaces miteinander verknüpft. Die ganze Rotor-Domain rotiert mit einer festgelegten Umdrehungsgeschwindigkeit. Für alle Wände gilt "no slip". Die Turbulenzmodellierung erfolgt mit SST. Das Netz besteht aus ca 1 millionen Elementen. An Wandnähe habe ich es mit einem Inflation Layer vernetzt um die Grenzschichtströmung abzubilden.

Folgende Randbedingungen wurden gesetzt:
inlet - Massendurchfluss
outlet - typ utlet, statischer Druck

Zu betrachten sind die axialen Kräfte auf dem Rotor, sowie das auf die Schaufelwände wirkende Drehmoment, welches vom Fluid erzeugt wird.

Zu meinem Simulationsmodel hätte ich folgende Fragen:

1.)Muss ich für die Rotordomain, eine Counter Rotating Wall festlegen? Es ist nicht die Wand des Laufrades gemeint, sondern die des Fluides (entspricht der Wand des Durchflussmessers).

2.)Während ich ganz einfach die axiale Kraft des Turbinenrades ausgeben kann, mit dem Calculator im Postprocessor, bin ich mir noch unsicher was genau mit "Torque" am Turbinenrad berechnet wird?

Kann ich mit Torque eine Aussage darüber geben, inwiefern sich das Turbinenrad dreht?
Soll heissen, wenn ich die Geometrie des Turbinenrades ändere, und sich bei gleichbleibenden Bedingungen ein höheres Drehmoment ergibt, wird sich das Turbinenrad schneller drehen? Oder sollte ich hierzu eher den Druckabfall am Turbinenrad betrachten?

Ich habe das Simulationsmodell bereits bei CFX Berlin validieren lassen. Die haben mir gesagt, mein Simulationsmodel würde meinen Anforderungen entsprechend richtig sein.
Mir sind dabei nicht genaue Werte wichtig, sondern die Tendenzen. Es geht hauptsächlich darum, den Durchflussmesser zu optimieren, um die axialen Kräfte zu verringern, gleichzeitig soll eine hohe Umdrehungszahl angestrebt werden.

Ich hoffe ihr versteht so in etwa den Zusammenhang.

Es wäre toll wenn mir jemand behilflich sein kann, weil ich nicht viele Ansprechpartner habe mit denen ich dies ausdiskutieren kann.

Gruss

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Hallo,
zu 1) wenn Deine Wand innerhalb der rotierenden Domain liegt, im absoluten Koordinatensystem aber steht, dann setzte hier "Counter Rotating Wall".

zu 2) Torque sollte hier schon der richtige Wert sein. Zumindest, wenn Du eine Rotationsachse definiert hast. Du kannst es ja aber zur Sicherheit auch selbst nachrechnen.
Und wenn sich Dein Drehmoment erhöht, dann wird sich bei gleichbleibendem "Gegenmoment" an der Achse natürlich auch die Drehzahl erhöhen. Die Frage ist halt nur, wie viel.

Gruß,
Strawanzer

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Hallo Strawanzer,

wie ich sehe hast du dich extra für die Antwort hier angemeldet. Hierfür erstmal ein riesen "Danke Schön".

1) Ich wusste es, jetzt muss ich alle Simulationen neustarten. Hatte anfangs eine Counter Rotating Wall gesetzt, bin im Nachhinein aber wieder davon abgewichen.

2) Eine Rotationsachse ist natürlich definiert.Das wie viel ist nicht von grosser Bedeutung. Die Tendenzen reichen aus. Das mit dem nachrechnen klingt gut, aber ich komme einfach nicht darauf, wie CFX es berechnet. Bei einer bestimmten Turbinenradgeometrie erhalte ich sogar negative Drehmomente. Das liegt aber womöglich an der Counter Wall.

Gruss
ajinsan

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Hallo ajinsan,

wie berechnest Du den das Drehmoment in CFX? Mit dem Function Calculator? Der integriert "einfach" Druck * Radius über die angegeben Fläche, bezogen auf die angegebene Achse.

Gruss,
Strawanzer

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Ja, das Drehmoment wird mit dem Function Calculator ermittelt. Dazu hätte ich noch eine Frage 

Ich habe bemerkt dass das auf dem Laufrad wirkende Drehmoment immer nahezu bei Null liegt. Mit steigendem Massendurchfluss am Inlet entfernt sich der Wert geringfügig von 0. Die Drehzahlen sind in diesem Fall bekannt.

Ändere ich jetzt die Laufradgeometrie bzw. die Geometrie der Leitbeschaufelung, und füh-re eine weitere Simulation unter denselben Randbedingungen und mit der gleichen Dreh-zahl aus, dann ändert sich das Drehmoment, während der Druckabfall sich kaum verändert.

Ich interpretiere das folgendermaßen:
Ist das Drehmoment wesentlich höher 0, dann ist die gewählte Drehzahl zu klein. (Gegen-moment des Laufrades kleiner als treibendes Moment)
Ist das Drehmoment wesentlich kleiner 0, dann ist die gewählte Drehzahl zu hoch (Ge-genmoment des Laufrades grösser als treibendes Moment)

Weswegen ich zu dem Schluss komme, dass ich parametergesteuert die Simulation ausfüh-ren kann, bis das Drehmoment annähernd 0 ist, um an die Drehzahl des optimierten Durch-flussmessers zu gelangen.

Sind meine Überlegungen soweit richtig?
Danke für deine Hilfe.

Gruss Ajinsan

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Unter der Annahme vernachlässigbarer sonstiger Verluste bzw. Momente (in diesem Fall z.B. der Lager) ist die Interpretation so korrekt.  Anderenfalls müsste man ein entsprechendes Moment berücksichtigen.

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Vielen Danke für deine Hilfe.
Jetzt fühle ich mich wirklich sicher und kann meine Arbeit in etwa zwei Wochen ohne ein beunruhigendes Gefühl abgeben. Sollte sich noch ein Last Minute Problem ergeben, melde ich mich erneut hier. 

gruss
ajinsan

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Na dann, viel Erfolg bei Deiner Abschlussarbeit 
Strawanzer

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