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CFD-Simulation und Optimierung der Voluten von Radialverdichtern für die Luftzufuhr von Brennstoffzellensystemen

CFD simulation and optimization of the volutes of centrifugal compressors for the air supply of Fuel cell systems

  • Ein stetiger Trend zur Emissionsfreiheit fördert die Entwicklung alternativer Antriebskonzepte. Neben batteriebetriebenen Elektrofahrzeugen bietet die Brennstoffzellentechnologie für den Antrieb von Fahrzeugen signifikante Vorteile. Optimierungsmöglichkeiten finden sich insbesondere im Luftzufuhrsystem, speziell im Radialverdichter. In der vorliegenden Arbeit ist daher mithilfe von numerischer Strömungssimulation die Volute von Radialverdichtern analysiert und optimiert worden. Zunächst erfolgt die Untersuchung der Auswirkungen von Rauigkeiten auf eine Volute. Es zeigt sich, dass die Effizienz durch Erhöhung der Rauigkeit reduziert wird und sich ebenfalls der Auslegungspunkt mit steigender Rauigkeitswerte verschiebt. Zur Durchführung von Parameterstudien wurden Varianten mittels eines bereitgestellten Vorauslegungstools erstellt. Im Wesentlichen ist hierbei die Auswirkung der Zungenform und Zungenlage betrachtet worden. Es zeigt sich, dass der Verschnitt zwischen der Stelle mit den kleinsten Querschnitten und dem Auslassdiffusor im Vergleich die beste Effizienz bietet. Durch die Verschiebung der Zunge in Richtung des Auslasses ist eine Minimierung der Verluste erreicht worden.
  • A constant trend towards zero emissions promotes the development of alternative drivetrain concepts. In addition to battery-powered electrical vehicles, fuel cell technology offers significant advantages for mobile application. Opportunities for optimization are in particular in the air supply system, especially in the radial compressor. In the present work, the volute of centrifugal compressors has therefor been analyzed and optimized with the aid of numerical flow simulations. The first step is to investigate the effects of roughness on a volute. It shows, that the efficiency reduces, due to the increase of the roughness. Moreover the design point shifts with the increasing roughness. To carry out parametrical studies, variants were created using a provided pre-design tool. Substantially, the effects of the shape and the position of the tounge has been considered. It turns out, that in comparison, the trimming of the area with the smallest cross-section with the outlet diffuser offers the best efficiency. By moving the tounge towards the outlet, a minimization of losses have been achieved.

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Metadaten
Author:Lucas Müller
Advisor:Daniel GaudlitzGND, Jörn GetzlaffGND
Document Type:Diploma Thesis
Language:German
Name:FES GmbH Fahrzeug-Entwicklung Sachsen
Crimmitschauer Straße 59, 08058 Zwickau
Date of Publication (online):2020/10/04
Year of first Publication:2020
Publishing Institution:Westsächsische Hochschule Zwickau
Tag:Brennstoffzelle; Radialverdichter; Strömungssimulation; Volute
CFD
Page Number:110 Seiten, 44 Abb., 14 Tab., 69 Lit.
Note:
Volltext gesperrt
Faculty:Westsächsische Hochschule Zwickau / Kraftfahrzeugtechnik
Release Date:2020/12/22