Entwicklung und Validierung einer Skalierungsmethode für Ventilatoren

In der vorliegenden Arbeit wird eine physikalisch basierte und universell einsetzbare Skalierungsmethode für axiale und radiale Ventilatoren hergeleitet. Diese basiert auf der Ineffektivität ε≔1-η und berücksichtigt die für Ventilatoren wichtigen Verluste: Reibungsverluste, Inzidenzverluste, Carnotsche Stoßverluste und Spaltverluste. Dadurch lassen sich Reynoldszahl, Machzahl, relative Rauheit und relativer Spalt berücksichtigen, so dass der Wirkungsgrad η, die Druckziffer ψ und die Leistungszahl λ im kompletten Betriebsbereich skaliert werden. Um den Einfluss der Reynoldszahl (Reibung) und der Machzahl (Kompressibilität der Strömung) zu untersuchen wird ein Druckkammerprüfstand entwickelt. Dieser erlaubt es den Kammerdruck und das Gas zu verändern wodurch Mach- und Reynoldszahl unabhängig voneinander veränderbar sind. Darüber hinaus werden Kennlinien in einem mehr als zweimal so großer Reynoldszahlbereich gemessen als dies mit herkömmlichen Prüfständen der Fall ist und die maximale Machzahl erhöht sich um ca. 8 %. Diese Skalierungsmethode wird mit radialen und axialen Ventilatoren auf normkonform aufgebauten Ventilatorprüfständen validiert. In allen Fällen werden η und ψ besser vorhergesagt als dies mit häufig verwendeten Skalierungsmethoden der Fall ist ohne dabei den zu skalierenden Parameter zu überschätzen. Zudem wird bei steigender Reynoldszahl die Verschiebung des Wirkungsgradoptimums in Richtung steigender Lieferzahl auf die Reibung zurückgeführt. Eine Analyse der unsicherheitsbehafteten Skalierung zeigt, dass die Skalierung zu höherer Reynoldszahl hin, was dem häufigsten Skalierungsfall entspricht, nicht zwangsläufig mit einer Erhöhung der Unsicherheit des skalierten Wirkungsgrads einhergehen muss. Mit Hilfe der Sensitivitätsanalyse werden alle Eingangsgrößen auf ihren Einfluss auf den Wirkungsgrad untersucht. Der Wirkungsgrad des Modells weist die höchste Sensitivität auf, gefolgt von der Spaltkonstante und dem absoluten Spaltmaß des Modells