Experimentelle und numerische Untersuchung der Strömung in einer zentripetal durchströmten Überschallturbine für ORC-Anwendungen

In dieser Arbeit wird die Strömung in einer neuartigen zentripetalen Überschallturbine für Organic Rankine Cycle (ORC) Anwendungen untersucht, wobei der Prototyp einen isentropen inneren Wirkungsgrad von 64 % erreicht. Die Ziele der Arbeit sind die Lokalisierung und Quantifizierung der Verluste und deren anschließende Minimierung. Hierfür wird eine numerische Strömungssimulation anhand experimenteller Ergebnisse validiert. Die Abweichungen von mehreren signifikanten Strömungsgrößen liegen innerhalb der experimentellen Unsicherheit, woraus geschlossen werden kann, dass das in ANSYS CFX 13.0 implementierte Modell realitätsnahe Ergebnisse produziert. Um den Wirkungsgrad zu steigern, werden Laufradprofil und Strahlablenkung modifiziert bzw. angepasst. Durch die Änderung des axialen Schaufelhöhenverhältnisses, des Verhältnisses Sehnenlänge/Teilung und des Strömungswinkels am Düsenaustritt konnte der Wirkungsgrad in der numerischen Simulation erhöht werden. Anschließende experimentelle Untersuchungen zeigen einen inneren Wirkungsgrad von 79 %.