Berührungslose Fluiddichtungen in Turbomaschinen dienen zur Aufrechterhaltung von Druckdifferenzen zwischen Strömungsgebieten, die aufgrund der Relativbewegungen zwischen Rotor und Stator nicht mithilfe stehender Bauteile voneinander getrennt werden können. Das kontinuierliche Bestreben, die durch diese Bauweise zwangsweise entstehenden Leckageströme gering zu halten (Wirkungsgradeinbußen), führt zu dem konstruktiven Wunsch, die Dichtspalthöhen möglichst klein auszuführen. Dies steht jedoch im direkten Konflikt mit einer weiteren Eigenschaft dieser hydrodynamischen Bauelemente: Ähnlich wie bei einem Gleitlager erzeugt die Fluidströmung im Ringspalt hydrodynamische Kräfte auf den Rotor, welche mit sinkender Dichtspalthöhe immer größer werden. Aus diesem Grund können diese zusätzlichen „Lagerstellen“ in der rotordynamischen Auslegung heutiger Turbomaschinen nicht mehr vernachlässigt werden.
Zur Charakterisierung der rotordynamischen Eigenschaften berührungsloser Fluiddichtungen ist die Kenntnis der Strömungszustände im rotierenden Spalt unerlässlich. Insbesondere die Ausbildung von Grenzschichtenströmungen in axialer sowie in Umfangsrichtung an Rotor und Stator spielt eine große Rolle. Ziel der hier ausgeschriebenen Arbeit ist die Untersuchung der Ausbildung dieser Grenzschichten im Rahmen von numerischen Berechnungen (CFD). Dies beinhaltet insbesondere
- die Einarbeitung in die herrschenden physikalischen Phänomene sowie die anzuwendenden numerischen Werkzeuge,
- die systematische Modellerstellung inkl. Gitterstudie und Bewertung von Randbedingungs- und Turbulenzmodelleinflüssen,
- die Durchführung und Auswertung der numerischen Parameterstudien sowie
- den kritischen Vergleich der eigenen Ergebnisse mit Referenzergebnissen aus der Literatur.
Bereits im Voraus vielen Dank für euer Interesse,
mit freundlichen Grüßen
Sebastian Lang