Geschwindigkeit & Kräfte

Question 1

(tlw. Wiederholung) Welcher Schnitt für welche Größe

Answer 1

• Meridionalschnitt -> Strakverlauf
• Axialschnitt -> Meridionalgeschwindigkeit c_m (Massenstrom)
• Radialschnitt -> Arbeit = Kraft x Weg

Question 2

Allgemeines Koordinatensystem

Answer 2

• Meridianrichtung steht senkrecht zu Umfangs- und Tangentialrichtung
• Diskretisierung des Strömungsraums mit Torusflächen = ‘Meridianflächen’, die NICHT die Meridionalschnitt ist und deren Verlauf nicht zwangsläufig mit der Strömungsrichtung überein stimmt

Question 3

Räumlicher Geschwindigkeitsvektor: Aufteilung in Komponenten

Answer 3

• c_r: Radialkomponente
• c_x: Axialkomponente
• c_u: Umfangskomponente
• c_xr = c_m: Meridionalkomponente

Relevanz von:
- c_m  Volumenstrom (Massenstrom)
- c_u  Arbeitsumsetzung

Question 4

Relativ- und Absolutsystem / Geschwindigkeitsdreiecke

Answer 4

• Absolutsystem: Betrachtung der Maschine von außen
• Relativsystem: rotorfest
• Jeweilige Bezugsgeschwindigkeiten müssen zur Gittergestaltung berücksichtigt werden
• Absolutsystem: Änderungen der Absolutgeschwindigkeit c
• Relativsystem: Änderungen der Relativgeschwindigkeit w
• w zeigt auf den Rotor, c auf den Stator
• c ⃗ = u ⃗ + w ⃗

Question 5

Fister Winkelnotation

Answer 5

Winkel aus der kürzesten Drehung des (Absolut- oder Relativ-) Geschwindigkeitsvektors auf den Vektor der
Umfangsgeschwindigkeit

Question 6

Leistung

Answer 6

• mehrere Definitionen möglich, hier Kraft x Geschwindigkeit relevant
• Leistung wird durch Energietransfer über eine sich bewegende Komponente übertragen, i.e. Rotor => Für die Arbeitsumsetzung sind nur Kräfte in u-Richtung relevant
• Größe der übertragenen Leistung wird beurteilt aus dem Absolutsystem heraus
  => Änderungen der umfangsgerichteten Komponente der Absolutgeschwindigkeit relevant = Drall oder Drehimpuls = Geschwindigkeitskomponenten c_u

Question 7

Kräfte aus Impulsänderung

Answer 7

Kraft kommt aus Richtungs-/Impulsänderung des Fluids innerhalb des Gitters:
- Kraftmaschinen: Kraft drückt auf das Profil und bewegt den Rotor
- Arbeitsmaschinen: Kraft wirkt auf das Fluid und erhöht dessen Energieinhalt

Question 8

Auswirkungen der Kräfte auf Turbinenschaufeln in einem Laufgitter

Answer 8

• Axialgerichtete Kraftkomponente Fx => Axialschub (keine Arbeit!)
• Umfangsgerichtete Kraftkomponente Fu => Arbeitsumsetzung, da Gitter sich bewegt
• Radialgerichtete Kraftkomponente
  => Zentrifugal-/-petalkraft auf Strömung
  => Radiale Schaufelbelastung