Ventilatoren besitzen ein weites Anwendungsfeld, das sich von Großventilatoren in der Energietechnik über die Raumlufttechnik bis hin zur Fahrzeugklimatisierung in Schienenfahrzeugen erstreckt. Gegenstand der vorliegenden, numerischen Untersuchungen sind Trommelläufer (Radialventilatoren mit vorwärts gekrümmten Schaufeln), wie sie zur Frischluftversorgung in Klimasystemen für Schienenfahrzeuge verwendet werden. Die dreidimensionalen, numerischen Strömungsmethoden ermöglichen die Berechnung des Druckanstieges sowohl im Läufer als auch im feststehenden Spiralgehäuse des zu betrachtenden Radialventilators.
Grundsätzlich gibt es zwei unterschiedliche Verfahren, wie rotierende Strömungen in Ventilatoren numerisch modelliert werden können. Im ersten, einfacheren Ansatz wird der rotierende Teil des Fluids (Rotor) als stationär in einem sich bewegenden Koordinatensystem betrachtet. Das bedeutet, dass in der Impulserhaltungsgleichung zusätzliche Beschleunigungen, das sind Zentrifugal- und Coriolisbeschleunigungen, zu berücksichtigen sind. Der zweite, instationäre Ansatz berücksichtigt die zeitliche Verschiebung der Fluidgrenzen direkt in den Bewegungsgleichungen ohne auf ein rotierendes Bezugssystem zurückgreifen zu müssen. Der prinzipielle Unterschied zwischen beiden Verfahren besteht in der Interaktion zwischen „rotierenden“ und „feststehenden“ Fluidbereichen.
Berechnungsgitter für numerische Strömungsuntersuchungen in einem Radialventilator.
Druckverteilung in einem Radialventilator - Achsnormalschnitt (blau – niedriger Druck, rot – hoher Druck)
martin.linauer@ait.ac.at