Analytische Turbomaschinenmodellierung

Zusammen mit dem Fachgebiet für Gasturbinen, Luft- und Raumfahrttechnik an der Technischen Universität Darmstadt arbeiten wir an empirischen Modellen zur Vorhersage von Turbomaschinenkennfeldern. Bei der Neuentwicklung von Maschinen ist die Vorhersage von Charakteristiken einzelner Komponenten zu einem frühen Zeitpunkt entscheidend für den Entwicklungszyklus. Neben der Dimensionierung der Turbomaschine ist die Vorhersage der Maschinencharakteristik für die Interaktion zwischen Komponenten innerhalb einer Turbomaschine (bsp. Verdichter-Turbine-Interaktion in der Gasturbine) sowie die Wechselwirkung mit anderen Maschinen und Maschinenelementen (bsp. Turbolader-Motor-Interaktion im Automobil) elementarer Bestandteil einer Neuauslegung.

Aufwändige numerische Simulationen und Prototypentests sind in diesem Stadium der Entwicklung oft nicht möglich. Um sehr schnell Aufschluss über das Verhalten der Turbomaschine zu bekommen bieten sich empirische Modelle an. In wenigen Minuten kann mit diesen Methoden eine Vorhersage der Maschinencharakteristik berechnet werden. Bei den verwendeten Methoden handelt es sich um eine Mischung aus analytischen Gleichungen mit empirisch ermittelten Verlustkoeffizienten. 

Neben der schnellen Vorhersage von Kennfeldern kann dieses Werkzeug auch zur Identifikation von verlusttreibenden Mechanismen verwendet werden. Bei einer numerischen Simulation ist es häufig nur schwer möglich einzelne Verlustmechanismen und deren Auswirkung zu separieren. Die verwendeten empirischen Methoden bieten sich hierfür an, da alle Verlustmechanismen einzeln bestimmt werden.