Numerical Models for the Vibration Response of High Pressure Compressor Rotors with Validation for Forced Response and Surge
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Beschreibung
Die vorliegende Dissertation umfasst die numerische Modellbildung des Schwingungsverhaltens von realen Hochdruckverdichterrotoren in integraler Bauweise. Die Arbeit zielt im Besonderen darauf ab, die eingesetzten Modellierungsstrategien im Hinblick auf Messdaten kritisch zu beurteilen und deren Einsatzfähigkeit für das industrielle Umfeld entsprechend nachzuweisen. Im Detail behandelt die vorliegende Arbeit zwei unterschiedliche Anregungsszenarien. Im ersten Szenario wird die vorhergesagte Schwingungsantwort von Hochdruckverdichterrotoren auf integrale Anregungen mit Fokus auf die Verstimmungsproblematik beleuchtet. Das zweite Szenario umfasst die Schwingungsantwort von Verdichterrotoren auf einen Pumpstoß in einem transsonischen Hochdruckverdichterprüfstand.
Für die Darstellung der aeroelastischenWechselwirkung wird eine schwache Kopplung bestehend aus einem separaten Struktur- und Strömungsmodell gewählt. Das eingesetzte Strukturmodell basiert auf dem modalen Reduktionsansatz subset of nominal system modes von Yang und Griffin. Die hohe Genauigkeit des gewählten Modells bei der Reduktion von FEModellen wird diskutiert. Dabei wird dargestellt, dass der Reduktionsansatz nur Gültigkeit besitzt, solange die Eigenmoden des verstimmten Systems sich als Superposition der unverstimmten Moden darstellen lassen. Zur Berechnung der stationären und instationären Strömung findet der 3D Finite Volumen Löser AU3D Verwendung, der am Imperial College in London entwickelt wurde. Es werden sowohl die bewegungsinduzierten als auch die externen Luftkräfte für beide untersuchten Szenarien ermittelt. Im Sinne der Modellreduktion wird zusätzlich ein 1D Finite Volumen Löser entwickelt, der es erlaubt die Impulslasten während eines Pumpstoßes sowie die Pumpfrequenz für einen Verdichter zu ermitteln.
Die gezeigten Vergleiche zwischen gemessenen und berechneten Schwingungsantworten für die integrale Resonanzantwort zeigen hohe Übereinstimmungen. Die auftretenden Abweichungen befinden sich innerhalb der Messungenauigkeit. Ebenso wird dargestellt, dass das verwendete Modell genutzt werden kann, um an die aufgezeichneten Messdaten angepasst zu werden. Der untersuchte Pumpstoß kann qualitativ sehr gut mit einer Impulsantwort der Struktur auf die schnellwechselnde aerodynamische Last erklärt werden. Quantitativ und qualitativ sind die vorhergesagten Schwingungsamplituden in guter Übereinstimmung zu den Messdaten. Es wird darauf hingewiesen, dass insbesondere die starke Varianz der gemessenen Schwingungsantworten zwischen den einzelnen Pumpstößen zukünftig weiterführende Analysen erfordert.
Autor*in
Thomas Giersch
Themen in »Numerical Models for the Vibration Response of High Pressure Compressor Rotors with Validation for Forced Response and Surge«
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