Durch die Vergrößerung des Rotordurchmessers steigen die Lasten an Windkraftanlagen. Um dem entgegen zu wirken, müssen neue Lastenkontrollkonzepte entwickelt werden. Eines dieser Konzepte ist das adaptive Wölbungsprofil. Durch kinematisch gekoppelte Vorder- und Hinterkantenklappen passt sich die Wölbung des Profils Änderungen der Anströmung an und wirkt dadurch dem aus den Änderungen resultierenden Effekt entgegen. Der Einfluss dieses Konzeptes auf die Lasten von Windenergieanlagen wird im Zuge dieser Arbeit mit Hilfe von numerischen Fluid-Struktur gekoppelten Simulationen untersucht. Um die Klappenausschläge dieses passiven lokalen Konzepts sowie die Blattdeformationen direkt in der Simulation bestimmen zu können, wird der RANS-Löser FLOWer mit dem Mehrkörpersimulationsprogramm SIMPACK gekoppelt. Die Komplexität des Setups wird dabei sukzessive erhöht, von stationärer zu instationärer Anströmung und von zweidimensionalen Bedingungen zu dreidimensionalen Bedingungen im rotierenden System. Dabei werden die Simulationsergebnisse stets mit Messdaten verglichen.
Aktualisiert: 2020-12-26
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Im hörbaren Frequenzbereich sind die Mechanismen der Schallentstehung an Windkraftanlagen weitestgehend bekannt und Modelle zur deren Vorhersage werden kontinuierlich weiterentwickelt. Deutlich weniger Beachtung erfährt die Emission von Luftschall beziehungsweise Erschütterungen im Frequenzbereich deutlich unterhalb der Hörschwelle des Menschen. Hier greift die vorliegende Arbeit an. Gegenstand ist die detaillierte Untersuchung der Quellen und Mechanismen tieffrequenter Emissionen von Windkraftanlagen. Als Werkzeug dient eine Prozesskette aus gekoppelter Strömungs- und Struktursimulation, die im Zuge dieser Arbeit entwickelt wurde. Die Kopplung des URANS-Lösers FLOWer mit dem MKS-Löser SIMPACK ermöglicht dabei einerseits eine detaillierte Berechnung der Umströmung und andererseits die Berücksichtigung der Strukturverformung aufgrund aerodynamischer und strukturmechanischer Lasten. Im Rahmen der Arbeit wurden Studien an einer generischen 5MW Windkraftanlage durchgeführt, wobei die Komplexität der Simulationen schrittweise erhöht wurde, um den Einfluss bestimmter Effekte zu untersuchen. Zur Beurteilung des Einflusses auf die tieffrequenten Emissionen dienen einerseits die Turmfußlasten, die als Quelle von seismischen Emission angesehen werden, und andererseits der Schalldruck an Beobachtern in einem Abstand von 1000m zur Windkraftanlage. Die Ausbreitung des Luftschalls von den Oberflächen der Anlage zu den Beobachtern wurde dabei mit einem Ffowcs Williams-Hawkings Löser berechnet.
Aktualisiert: 2020-12-26
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In industriellen Anlagen werden Hubventile eingesetzt, um Stoffströme zu regulieren. Im durchströmten Hubventil können Schwingungen im Betrieb entstehen, die zum Stillstand der Anlage führen.
Das Hubventil setzt sich aus einem Gehäuse, der Ventilgarnitur, bestehend aus Ventilstange mit angeschraubten Drosselkörper und Ventilsitz sowie dem Gehäusedeckel, in dem die Lagerung der Ventilstange untergebracht ist, zusammen.
Das Hubventil regelt den Stoffstrom, indem es seinen Strömungswiderstand anpasst. Der Strömungswiderstand wird durch Heraus- oder Hineinfahren des Drosselkörpers in den Ventilsitz eingestellt. Dabei wird die Strömung in den Spalt zwischen Drosselkörper und Ventilsitz beschleunigt und beim Verlassen des Spaltes verzögert.
In der Dissertation wird die Hypothese aufgestellt, dass die Spaltströmung zwischen Drosselkörper und Ventilsitz der Grund für selbsterregte Schwingungen des Hubventils ist.
Zur Überprüfung dieser Hypothese werden umfangreiche experimentelle Parameterstudien durchgeführt, bei denen die radiale Bewegung des Drosselkörpers in der Ebene und damit die transversale Schwingung der Ventilstange erfasst werden. Die Experimente zeigen Schwingungen der Ventilstange nahe ihrer Biegeeigenfrequenzen. Dabei bestätigen die Experimente teilweise die Berechnungsergebnisse, deren Grundlage ein Eigenwertproblem darstellt. Das aufgestellte Berechnungsmodell zeigt einen deutlichen Einfluss der Neigung zwischen Drosselkörper und Ventilsitz auf die Schwingungen des Ventils. Eine messtechnische Erfassung der Neigung des Drosselkörpers war jedoch nicht möglich.
Die Rechenzeit des aufgestellten Modells ist im Vergleich zu dreidimensionalen Fluid-Struktur-Simulation drastisch reduziert und kann daher zur Auslegung von Hubventilen wirtschaftlich eingesetzt werden.
Aktualisiert: 2020-07-10
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Dieser Band der Reihe Fachwissen Technische Akustik behandelt die am weitesten verbreiteten, wellentheoretischen Verfahren der numerischen Akustik. Die Randelementemethode, die Finite-Elemente-Methode und die Ersatzstrahlermethode werden in den Kapiteln ausführlich behandelt. Weitere Methoden wie z. B. Approximationen für hohe Frequenzen, Verfahren der geometrischen Akustik oder die statistische Energieanalyse werden ebenfalls kurz angesprochen.
Aktualisiert: 2023-04-01
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In rotierenden Maschinen, wie z.B Tellerseparatoren, treten häufig Schwingungen auf, die von unterschiedlichen Einflüssen verursacht werden. Ein möglicher Einflussfaktor beim Betrieb von Tellerseparatoren ist die im Inertialsystem fest eingespannte, schwingende Zentripetalpumpe zum Abgreifen der geklärten Phase, der sogenannte Greifer. Eine Fluidströmung mit freier Oberfläche fungiert als Bindeglied zwischen dem in Schwingungen versetzten Greifer und der Dynamik der drehenden Maschine. Die Resonanzen der Einzelteile Greifer, Fluid und Maschine führen in der Kopplung nicht zwangsläufig zur Resonanz. Stattdessen können unbekannte, sich günstig oder ungünstig gegenseitig beeinflussende Bereiche entstehen.
Über das Zusammenspiel der Einzelteile ist bisher wenig bekannt. In diesem rotierenden System ist es schwierig, experimentelle Untersuchungen der vorherrschenden Vorgänge umzusetzen. Daher soll eine gekoppelte Simulation die Vorgänge beleuchten.
Die Art der Wechselwirkung wird als Fluid-Struktur-Kopplung bezeichnet. Dabei verändern bewegte und verformte Festkörper die Ränder der Fluidströmung, während im Gegenzug die wirkenden Fluidkräfte auf diese übertragen werden. Im vorliegenden Fall ist der Greifer als verformbares, reduziertes Finite-Elemente-Modell (FEM) gestaltet, während der umliegende, rotierende Teil der Maschine als starrer, kippender Rotor betrachtet wird. Die Fluidströmung wird mittels Computational Fluid Dynamics (CFD) abgebildet.
Ziel der Arbeit ist eine flexible und erweiterbare Kopplungsumgebung, in der Detailuntersuchungen Aufschluss über Mechanismen der Destabilisierung geben. Der Fokus der Untersuchung liegt auf dem Einfluss des Greifers. Es wird sowohl der Einbau des Greifers mit Schrägstellung als auch horizontaler Versetzung betrachtet.
Aktualisiert: 2020-01-28
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Aktualisiert: 2023-04-03
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Dieser Band der Reihe Fachwissen Technische Akustik behandelt die am weitesten verbreiteten, wellentheoretischen Verfahren der numerischen Akustik. Die Randelementemethode, die Finite-Elemente-Methode und die Ersatzstrahlermethode werden in den Kapiteln ausführlich behandelt. Weitere Methoden wie z. B. Approximationen für hohe Frequenzen, Verfahren der geometrischen Akustik oder die statistische Energieanalyse werden ebenfalls kurz angesprochen.
Aktualisiert: 2023-04-04
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Aktualisiert: 2015-09-04
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Aktualisiert: 2023-04-04
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