Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. DLR-Mitteilung Thermische Turbomaschinen Grundlagen - Aerodynamische Auslegung und Berechnung

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1 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. DLR-Mitteilung Thermische Turbomaschinen Grundlagen - Aerodynamische Auslegung und Berechnung Heinz Wolf Dresden 531 Seiten 205 Bilder 12 Tabellen 186 Literaturstellen DLR

2 Inhaltsverzeichnis Wichtige Formelzeichen XI 1. Einleitung 1 2. Grundlagen ; Masseerhaltungsgesetz Impuls- und Drehimpulssatz Energieerhaltungsgesetz Anwendung des Bewegungsgesetzes auf eine eindimensionale, stationäre Strömung Folgerungen aus dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik Technische Arbeitsfähigkeit Thermodynamische Funktionen Spezifische Arbeit, Leistung und Wirkungsgrade einer Maschine Leistung und Maschinenwirkungsgrad Spezifische Arbeit und Wirkungsgrad bei volumenbeständigem Fluid Spezifische Arbeit und Wirkungsgrade thermischer Turbomaschinen Isentroper Wirkungsgrad Polytroper Wirkungsgrad ExergetischerWirkungsgrad Beziehungen für ideales Gas Isothermer Wirkungsgrad des gekühlten Verdichters Turbömaschinenstufe Grundsätzliches über Aufbau und Durchströmung einer Turbomaschinenstufe Eulersche Turbomaschinengleichung Energiesatz für die Laufradströmung Energieumwandlung in der Turbinenstufe Energieumwandlung in der Verdichterstufe Zur Integration über alle Stufenelemente Kennzahlen von Turbomaschinen und Ähnlichkeit Grundlagen der Gasdynamik Eindimensionale Strömung des idealen Gases Machsche Linien, Verdichtungsstöße Senkrechter Verdichtungsstoß Schräger Verdichtungsstoß in ebener Strömung Umströmung einer konvexen Ecke (Prandtl-Meyer-Eckumströmung) 103 VII

3 5.4. Zweidimensionale isentrope Überschallströmung? Strömung in Düsen Einfluss der Reibung auf die maximale Stromdichte Lavaldüse bei Änderung des Gegendruckes Mehrdimensionale reibungsbehaftete Strömung Differentialgleichungen der reibungsbehafteten Strömung Strömungsmechanische Ähnlichkeit Impulsgleichung für ebene Grenzschichten Berechnung ebener Grenzschichten mit Einfluss von Außenturbulenz und Wärmeübergang Integralsätze Geschwindigkeits- und Gesamtenthalpieprofile Grenzen des Übergangsgebietes und Verlauf des Intermittenzfaktors Durchführung der Grenzschichtberechnung Strömung in Schaufelgittern Allgemeines Eindimensionale Berechnung des geraden ebenen Gitters Differentialgleichungen für die isentrope ebene Strömung Gitterberechnung nach der Singularitätenmethode Gitterberechnung durch konforme Abbildung Berechnung der kompressiblen ebenen Gitterströmung im Unterschallbereich Berechnung der transsonischen Gitterströmung mit der Zeitschrittmethode Reibungsfreie inkompressible Strömung in ebenen Kreisgittern und Diagonalgittern Gitterströmung bei veränderlicher Schichtdicke Einfluss der Reibung auf die Schaufelprofilumströmung Sekundär-und Spaltströmungen in Schaufelgittern Ursache und Wirkung Theoretische Betrachtungen über Sekundärströmungen in geraden bzw. axialen Gittern Instationäre Gitterströmung Näherungsweise Berechnung der Schwankungskräfte instationär angeströmter Profilgitter 223 VIII

4 8. Berechnungsunterlagen für Schaufelgitter Unterlagen für Profile und Gitter für Axialturbinen Profil-und Gittergeometrie Profilverluste von Turbinengittern Abströmung mit Nachexpansion? Unterlagen für Profile und Gitter von Axial verdichtern Profilreihen Ablenkungseigenschaften und Profilverluste von Verdichtergittern Einfluß von Sekundär-und Spaltströmungen in Axialbeschaufelungen Integrale Rand-und Spaltverlustbeiwerte Verteilungen der Rand- und Spaltverluste und der Abströmwinkeländerung Unterlagen für Radialverdichter :1. Radiale Laufgitter Radiale Leitgitter p Rotationssymmetrische Strömung in Turbomaschinen Eine numerische Berechnungsmethode Zur Anwendung des Rechenverfahrens bei Wasserdampf als Fluid Anwendung des Berechnungsverfahrens und Vergleich mit Meßergebnissen Näherungsverfahren für Axialstufen Turbinenstufen Verdichterstufen Auslegung von Turbinen Stufenzahl und Hauptabmessungen Auslegung von axialen Turbinenstufen Drallverteilungen Mittelschnittrechnung Zusatzverluste und innerer Stufenwirkungsgrad Mehrschnittrechnung Betriebsverhalten von Turbinen Ähnlichkeit von Betriebszuständen Berechnung von Turbinenkennfeldern Mengendruckgleichung Aerodynamische Probleme bei Endstufen von Kondensationsdampfturbinen 409 IX

5 13. Auslegung von Turboverdichtern Überlegungen zur Bauart Auslegung von Axialverdichtern Bestimmung der Hauptabmessungen von vielstufigen Axial Verdichtern v Vorauslegung der Beschaufelung Mehrschnittrechnung Axialverdichterstufen mit hohen Machzahlen Betriebsverhalten und Regelung von Turboverdichtern Grundsätzliches über Stufenkennlinien Theoretische Bestimmung von Verdichterkennfeldern Regelung von Turboverdichtern , Stellmöglichkeiten bei Verdichteranlagen Regelung von Axialverdichtern durch Lei tgitterverstellung Besonderheiten bei Gasturbinenanlagen Zusammenwirken von Turbine und Verdichter im Kreisprozeß Gekühlte Gasturbinenstufe Gehäuse Grundsätzliches Eintrittsgehäuse Austrittsgehäuse Diffusoren Spiralgehäuse Berührungsfreie Dichtungen 496 Literaturverzeichnis 500

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