Seitenkanalverdichter

Projektbeschreibung:

Seitenkanalmaschinen haben als Alternative zu den Strömungs- und Verdrängermaschinen eine verbreitete Anwendung in der Industrie gefunden. Seitenkanalmaschinen sind regenerative Maschinen, deren Arbeitsbereich zwischen dem von Zentrifugalpumpen und Verdrängerpumpen liegt. Sie finden als Verdichter oder Pumpen. Sie sind rotordynamische Maschinen, die in der Lage sind bei niedrigen Drehzahlen und geringen Volumenströmen sehr hohe Druckzahlen mit nur einer Stufe zu erzeugen. Seitenkanalmaschinen können auch als Vakuumpumpen eingesetzt werden. Über die Strömung im Vakuumbetrieb ist jedoch noch sehr wenig bekannt.

Im Rahmen Projekts wurde ein CFD Modell für die Simulation der transienten Strömungsprozesse in einem Seitenkanalverdichter im Vakuumbetrieb (Drücke von 1000 mbar bis 1 mbar) erstellt und in OpenFOAM implementiert. Die Validierung der Ergebnisse erfolgt über einen Vergleich mit experimentellen Daten. Im Modell können dann die Einflüsse der geometrischen Parameter auf die Kennlinie untersucht werden.

Im Rahmen einer Vorstudie ist in Zusammenarbeit mit dem VDMA in OpenFOAM eine Seitenkanalvakuumpumpe mit verschiedenen Lösern simuliert worden. Zum Einsatz kamen Standard-Solver, wie rhoPimpleFoam und rhoCentralFoam, welche für den Einsatz bei Umgebungsbedingungen entwickelt wurden, sowie eine Erweiterung der Solver mit der Maxwell-Slip Randbedingung für einen Geschwindigkeitssprung an der Wand (vacuumFoam). Die Vorstudie zeigt, dass mit den Standard-Lösern bei Drücken von 1 mbar eine Abweichung von 90% zu den experimentellen Daten resultiert. Diese Abweichung kann mit Erweiterungen wie der Maxwell-Sprungrandbedingung bei vacuumFoam auf 70% gesenkt werden.

Neben den Kennliniengrößen wie Massenstrom und Druck wurde auch die Entwicklung der Turbulenz untersucht. Mit Hilfe von ILES-Simulationen konnte auch gezeigt werden, dass die Strömung mit abnehmendem Druck zunehmend re-laminarisiert: Ab 10 mbar sind kaum noch turbulente Strukturen im Seitenkanal zu erkennen.