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ziert werden. Entweder kann der massengewichtete Mittelwert der Austrittsmassenstromfunktion
M F Aus entsprechend Gleichung 8.1 vorgeschrieben werden:
M F Aus = ṁAus
Tt,Aus
P t,Aus
(8.1)
Alternativ kann auch der Wert des statischen Druckes an einer radialen Position angegeben
werden. Welche der beiden Methoden verwendet wird, hängt von den Details der Verdichtergeometrie,
der numerischen Modellbildung sowie der spezifischen Aufgabenstellung ab. In
manchen Fällen ermöglicht die Verwendung der Austrittsmassenstromfunktion konvergierte
Lösungen für höher angedrosselte Betriebszustände als der statische Gegendruck. Allerdings
tendieren bei vorgeschriebener Austrittsmassenstromfunktion die Konvergenzverläufe nahe der
numerischen Stabilitätsgrenze mitunter zu Schwingungen, so dass erst nach sehr vielen Iterationen
entschieden werden kann, ob eine konvergierte Lösung zu erreichen ist oder nicht. In der
Erfahrung des Autors ist es für Untersuchungen, in denen es um die Bestimmmung der numerischen
Stabilitätsgrenze von einstufigen Hochgeschwindigkeitsverdichtern geht, aufgrund der
deutlicher divergierenden Konvergenzverläufe praktikabler, mit vorgeschriebenen Gegendruck
zu operieren. In dieser Arbeit werden beide Methoden verwendet. Konkrete Informationen über
die gewählte Randbedingungen der einzelnen Verdichter sind in Abschnitt 10 zu finden. Für
eine Drehzahllinie wurden mehrere Punkte bei konstanten Eintritts- aber schrittweise variierten
Austrittsrandbedingunen berechnet. Die numerische Stabilitätsgrenze wurde als erreicht angesehen,
wenn auch nach einer zweifachen Halbierung der Schrittweite keine konvergierte Lösung
erzielt werden konnte. Der letzte stabile Betriebspunkt wird im Folgenden als „Nahe Stall“ bezeichnet.
Aus einer Reihe von Gründen kann bei dieser numerisch bestimmmten Stabilitätsgrenze nicht
davon ausgegangen werden, dass es sich hierbei um die gleiche Betriebsgrenze handelt, die
bei einem Prüfstandsversuch ermittelt werden würde [20]. Für eine sichere Vorhersage der
absoluten Lage der Pumpgrenzlinie sind unter anderem die Einflüsse der Modellbildung mit
nur einer Schaufelpassage, des Turbulenzmodells und der stationären Berechnungsmethode zu
groß. Die Simulation von rotierendem Strömungsabriss oder dem instationären Verhalten des
Spaltwirbels ist damit ausgeschlossen. Qualitative Rückschlüsse auf Vergleichsbasis sind jedoch
prinzipiell möglich. Insbesondere im Hinblick auf vergleichende Betrachtungen mit und ohne
Gehäusestrukturierung gibt es zahlreiche Hinweise, dass zwar weder das absolute Maß des
Pumpgrenzabstandes oder der Pumpgrenzveränderung durch HYDRA vorhergesagt, sehr wohl
aber eine für Auslegungszwecke ausreichende qualitative Einordnung vorgenommen werden
kann. Es wird davon ausgegangen, dass das numerische Modell bei ausreichend sorgfältiger Gestaltung
die relevante Strömungstopologie abbildet. Zur Bewertung verschiedener Geometrien
hinsichtlich ihrer Stabilitätserweiterung wird zudem nicht nur der maximal erzielbare Drosselgrad
herangezogen, da diese Größe allein aufgrund der oben genannten Gründe irreführend
sein kann [164]. Vielmehr wird zur Analyse eine Vielzahl von Parametern wie beispielsweise
Diffusionszahlen, Totaldruckverluste sowie Änderungen im Druckaufbau und Umlenkung herangezogen.
8.2 Erzeugung der Rechennetze und Sekundärgeometrie
Die Rechennetze und einige der geometrischen Merkmale des Verdichters wurden mit der Rolls-
Royce-eigenen parametrischen Auslegungs- und Vernetzungssoftware PADRAM (Parametric
8.2. Erzeugung der Rechennetze und Sekundärgeometrie 39