Forschung

Durch eine systematische Erforschung von relevanten Phänomenen stellen wir das notwendige Wissen für Auslegung und Betrieb von hocheffizienten, zuverlässigen und wirtschaftlichen thermischen Turbomaschinen bereit

Thermische Turbomaschinen sind eine Schlüsseltechnologie in zeitgemäßen Energieumwandlungssystemen, sei es im stationären oder im mobilen Bereich. Moderne Maschinen arbeiten mit neuartigen Energieträgern und sind oft in einem breiten Betriebsbereich flexibel einsetzbar. Durch eine systematische Erforschung von ausgewählten Bereichen erarbeiten wir Forschungsergebnisse, die wir in die Entwicklung aktueller und zukünftiger Generationen von Turbomaschinen einfließen lassen. Hierfür setzen wir komplexe und teils eigenentwickelte Simulationswerkzeuge wie auch Versuchseinrichtungen mit relevanten Betriebsparametern ein. Unsere Forschungsbereiche sind nachfolgend kurz beschrieben.

Forschungsbereiche

ITSM Stuttgart

Aeromechanik

Im Forschungsgebiet Aeromechanik befassen wir uns mit der Wechselwirkung zwischen Struktur und Strömung, die zu fremderregten oder selbsterregten Schwingungen führen kann. Dieses Forschungsgebiet ist stark interdisziplinär und kombiniert die Gebiete Strukturdynamik, Aerodynamik, Thermodynamik und Werkstoffwissenschaften.

Schwingungen von Turbomaschinenkomponenten sind unerwünscht, da diese zu Schäden aufgrund von Materialermüdung oder Überlast führen können. Zuverlässige Turbomaschinen arbeiten über den gesamten Betriebsbereich möglichst schwingungsfrei. Die Herausforderung, aeromechanisch bedingte Schwingungsamplituden belastbar zu berechnen, ist enorm. Wir setzen hierfür hochgenaue und effiziente Simulationswerkzeuge ein, die anhand von Messdaten aus relevanten Testfällen validiert wurden.

ITSM Stuttgart

Dampfturbinen und Nassdampf

Im Forschungsgebiet Dampfturbinen & Nassdampf befassen wir uns mit Strömungen in Dampfturbinen, beginnend bei Ein-Phasen-Bedingungen und hohen Drücken bis hin zu Zwei-Phasen-Strömungen am kalten Ende und bei Drücken von wenigen Millibar.

Die aufgrund der beiden Phasen entstehende Nassdampfströmung kommt durch spontane Kondensation von unterkühltem Dampf zustande und führt sowohl zu zusätzlichen Verlusten als auch zu nachfolgenden Phänomenen wie die Tropfenablagerung und Erosion, die schädigend wirken können. Wir verfügen über die notwendigen Simulationswerkzeuge, relevante Versuchseinrichtungen und eigenentwickelte Messtechnik, um das Gebiet der Nassdampfströmung zu erforschen und für die Auslegung wichtige Erkenntnisse zu gewinnen.

ITSM Stuttgart

Radiale Turbomaschinen

Im Bereich der Radialen Turbomaschinen werden Phänomene untersucht, die für diese Maschinengattung - im Gegensatz zu den axialen Turbomaschinen - charakteristisch sind. Radiale Turbomaschinen werden eingesetzt, wo Robustheit und Leistungsdichte eine bedeutende Rolle spielen. Zum Beispiel kommen in Turbolader von kleiner und mittlerer Größe Radialverdichter und Radialturbinen zum Einsatz.

Wir verfügen wir über einzigartige Versuchsstände, auf denen wir individuelle Radialmaschinenkomponenten wie auch gesamte Turbolader vermessen können. Unser Messbereich für Turbolader erstreckt sich von kleineren Kfz-Motoren bis hin zu großen Nutzfahrzeuganwendungen.

ITSM Stuttgart

Diffusorströmungen

Im Bereich der Diffusorströmungen untersuchen wir verzögerte Strömungen, wie sie zum Beispiel am Austritt von Turbinen oder Verdichtern auftreten können. Diffusoren spielen hierbei eine wichtige Rolle, da sie einerseits dazu beitragen, den Gesamtwirkungsgrad von Anlagen zu erhöhen, anderseits die Randbedingung für die letzte Turbomaschinenstufe darstellen und damit deren Betrieb beeinflusst.

Die Strömung in Diffusoren ist dabei sehr komplex und durch Wirbel, Ablösegebiete und starke Gradienten geprägt. Belastbare Simulationsergebnisse sind nur durch entsprechend sorgfältige Berechnungen erzielbar, die wir anhand von Messdaten aus eigens dafür vorgesehenen Validierungsversuchsständen erzielen.

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