3D-Simulation der Aufladung

In Kapitel 4 wurden bereits die Grundlagen für die Auslegung und Dimensionierung von Turbolader-Komponenten für die Aufladung von Verbrennungsmotoren dargestellt. Mit Hilfe der diskutierten Verfahren können die grundlegenden Dimensionen und Geometrieparameter wie Durchmesser, Querschnittsverläufe, Radien, Formen aber auch andere Kenngrößen wie beispielsweise Nenndrehzahlen festgelegt werden, um sicherzustellen, dass die betreffende Strömungsmaschine die grundsätzlichen Anforderungen an sie erfüllt. Die diskutierten Verfahren basieren allerdings auf strömungsmechanischen und thermodynamischen Vereinfachungen, empirischen Ansätzen oder teilweise auch auf Diagrammen, die die grundlegenden Zusammenhänge visuell darstellen und grafische Festlegungen erlauben. So gehen beispielsweise viele der zugrundegelegten Gleichungen unter anderem davon aus, dass die stationäre Stromfadentheorie gilt, d.h. dass die Strömung als rein eindimensional betrachtet werden kann. Zudem wird meist angenommen, dass die Strömung als viskositätsfrei betrachtet werden kann. In erster Näherung sind diese Annahmen sicher auch gerechtfertigt. Strömungen in Strömungsmaschinen sind jedoch im Allgemeinen sehr viel komplexer als die obigen Prämissen dies nahelegen. Insbesondere führen die teilweise stark gekrümmten Oberflächen (vgl.

Abb. 15-1

) in Verbindung mit der Rotation des Laufrades zu dreidimensionalen, teilweise instationären Strömungsvorgängen, die aufgrund der typischerweise hohen Reynoldszahlen turbulent und stark wirbelbehaftet sind. Die endgültige Festlegung der Bauteilgeometrie sollte daher schon frühzeitig vor der endgültigen Fertigung mit Hilfe der dreidimensionalen Strömungssimulation verifiziert und bestätigt werden. Auch sind die Wirkungsgrade von Strömungsmaschinen mittlerweile so hoch, dass die weitere Optimierung oder auch die Analyse von Verschlechterungen im Entwicklungsprozess ohne tiefer gehende Einblicke in die beteiligten detaillierten Strömungsvorgänge nicht mehr möglich ist.