Simulation des Wasserfilmverlaufes auf Statoren und Rotoren in Axialverdichtern mit Wassereinspritzung

In dieser Arbeit wird mittels einer Smoothed Particle Hydrodynamics Methode der Wasserfilme innerhalb eines Verdichters simuliert. Diese Methode bietet den Vorteil, dass der Wandfilm direkt simuliert wird und kein Filmmodell notwendig ist. Zu Beginn der Arbeit werden die relevanten Grundlagen zu Filmströmungen unter Scherkraft- und Zentrifugalkrafteinfluss dargestellt. Anschließend wird die Smoothed Particle Hydrodynamics Methode kurz vorgestellt, bevor zwei Testfalle zur Validierung der Simulation beschrieben werden. Der Vergleich zur Literatur zeigt, dass sowohl Wandfilme unter Scherkraft- als auch unter Zentrifugalkrafteinfluss gut abgebildet werden. Das beinhaltet die Filmhöhe, die Filmgeschwindigkeiten und das Abströmverhalten an den Rändern des Substrats. Insbesondere für die Auswertung des Abströmverhaltens wird eine Auswertemethodik für die Tropfenverteilung in der Peripherie einer rotierenden Scheibe vorgestellt und später auf den Verdichter übertragen. Die eigentlichen Simulationen werden an einem Vorleitrad und einem Rotor durchgeführt. Bei dem Vorleitrad liegt der Fokus auf dem Einfluss des Gravitationsvektors auf den Wandfilm. Es zeigt sich, dass der Einfluss der Gravitation auf den Wandfilm eine untergeordnete Bedeutung einnimmt. Die Simulation des Rotors zeigt, dass der Wandfilm einem nahezu radialen Verlauf folgt und über 90 % der Wassermasse, die sich auf dem Rotor befindet, über die Schaufelspitze zurück in die Strömung gelangt. Dadurch lagert sich ein großer Anteil der Wassermasse an dem Gehäuse ab, sodass eine Extrapolation der Simulationsergebnisse zeigt, dass der Wandfilm auf dem Gehäuse hoher ist als die Spalthohe.