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Research Activities

Reduzierung mechanischer Verluste in Getriebeturbokompressoren mittels fortschrittlicher CFD-Modellierung

Integrierte Getriebekompressoren sind entscheidende Komponenten in industriellen Energiesystemen, wobei mechanische Verluste durch die Rotation interner Komponenten im Getriebe entstehen. Diese Ventilationsverluste entstehen, wenn rotierende Zahnräder die Luft-Öl-Mischung innerhalb des geschlossenen Getriebes durcheinanderwirbeln und dadurch turbulente Strömungen sowie viskose Dissipation erzeugen.

Das vorliegende Projekt zielt darauf ab, das Strömungsverhalten in Getriebegehäusen besser zu verstehen und somit diese Ventilationsverluste durch hochgenaue numerische Strömungssimulationen (CFD) zu quantifizieren und zu minimieren. Durch die Entwicklung eines validierten CFD-Modells, das die komplexen Luft-Öl-Wechselwirkungen in Getrieben genau abbildet, werden wir die Hauptverlustmechanismen identifizieren und empfindliche Gestaltungsparameter bestimmen.

Für diese Forschung werden numerische Strömungssimulationen (CFD) eingesetzt, um die Fluidströmung in rotierenden Getrieben zu simulieren. Dabei werden fortschrittliche Methoden wie das Volume-of-Fluid (VOF)-Modell zur Abbildung der Luft-Öl-Grenzflächen, die Large-Eddy-Simulation (LES) zur Auflösung von Turbulenzen sowie Gleitmaschen zur präzisen Erfassung der Zahnraddrehung verwendet. Das Modell wird anhand von experimentellen Daten validiert, die von industriellen Partnern bereitgestellt werden.

Reducing Mechanical Losses in Gear Turbo Compressors via Advanced CFD Modelling

Integrally geared compressors are critical components in industrial energy systems, yet mechanical losses arise from the rotation of internal components within the gearbox. These ventilation losses, occur when rotating gears stir the air-oil mixture inside the sealed gearbox, creating turbulent flow and viscous dissipation.

The current project aims to improve the understanding of the flow in gearbox housings and hence, quantify and minimize these ventilation losses through high-fidelity computational fluid dynamics (CFD). By developing a validated CFD model that captures the complex air-oil interactions in gearboxes, we will identify the primary loss mechanisms and pinpoint sensitive design parameters.

For this research, computational fluid dynamics will be used to simulate the fluid dynamics in rotating gearboxes, incorporating advanced techniques such as Volume of Fluid (VOF) modeling for air-oil interfaces, Large Eddy Simulation (LES) for turbulence resolution, and sliding mesh interfaces to accurately capture gear rotation. The model will be validated against experimental data provided by industrial partners.