Für eine zeit- und kostengünstige Optimierung der Geometrie hydraulischer Maschinen, wie z.B. Kreiselpumpen, Turbinen etc., werden zunehmend effiziente numerische Werkzeuge eingesetzt. Ziel ist hierbei, den bestmöglichen hydraulischen Wirkungsgrad zu erreichen unter Einhaltung weiterer Nebenbedingungen, z.B. Kavitationssicherheit, ausreichende Festigkeit und geringe Geräuschentwicklung sowie kleine Baugröße. Eine geeignete Beschreibung der Geometrie dreidimensional (3D) gekrümmter Beschaufelungen mit Hilfe einer B-Spline-Formulierung ist dabei genauso wesentlich wie eine leistungsfähige CFD-Technik, mit deren Hilfe die hydraulischen Eigenschaften des Entwurfs ermittelt und analysiert werden können. Beide Bausteine sollten in einem Programmsystem für den Entwurf und die Optimierung von Beschaufelungen integriert sein. Oft steht das Ziel einer möglichst genauen Erfassung komplexer Geometrien und der exakten Berechnung des Strömungsbetriebsverhaltens im Widerspruch zu den Anforderungen der Industrie, Entwicklungsdauer und -kosten möglichst gering zu halten. Für eine hinreichend genaue Beschreibung dreidimensional gekrümmter Beschaufelungen von Turbomaschinen wird eine große Anzahl von Parametern benötigt. Somit ist zur Optimierung ihrer Form eine effiziente Strategie erforderlich, die mit einer möglichst kleinen Zahl von Parametervariationen schnell zum Ziel führt. Um den numerischen Aufwand dabei so gering wie möglich zu halten, soll das Konzept einer Multi-Level CFD-Technik (MLCFD-Technik) angewendet werden. Den verschiedenen CFD-Codes liegt hierbei jeweils ein spezifisches Rechenmodell zugrunde. Sie unterscheiden sich in Bezug auf Rechengenauigkeit und -geschwindigkeit: Quasi-dreidimensionale Verfahren ermöglichen aufgrund ihrer reduzierten Betrachtungsweise eine schnelle Aussage über die Strömung, wahrend voll dreidimensionale Verfahren für eine exakte Auswertung eingesetzt werden. Während bei Euler-Verfahren die Reibung vernachlässigt wird und somit ein relativ grobes Rechennetz verwendet werden kann, ist für die Beurteilung der realen Ströungsverluste ein Navier-Stokes-Verfahren erforderlich. Im Einzelnen wurden ein Quasi-3D Euler- (Q3D) und ein Quasi-3D Navier-Stokes-Verfahren (NSQ3D) implementiert und mit den jeweils korrespondierenden 3D Euler- (E3D) bzw. Navier-Stokes-Verfahren (NS3D) verglichen. Zu Beginn einer Optimierung wird für die initiale Geometrie eines Erstentwurfs die Strömung mit allen Codes nachgerechnet, was u.a. einer Kalibrierung der ungenaueren Q3D-Verfahren mit Hilfe eines 3D-Ergebnisses dient. Eine schnelle Beurteilung einer modifizierten Geometrie kann zunächst auf der Basis einer Berechnung mit einem der Q3D-Codes erfolgen, während eine Feinjustierung der Beschaufelung auf den geforderten Betriebspunkt und eine exakte Bewertung der als optimal eingestuften Variante mit dem NS3D-Code durchgeführt wird. Somit kann der Optimierungsprozess effizient und zeitsparend durchgeführt werden.     «

Für eine zeit- und kostengünstige Optimierung der Geometrie hydraulischer Maschinen, wie z.B. Kreiselpumpen, Turbinen etc., werden zunehmend effiziente numerische Werkzeuge eingesetzt. Ziel ist hierbei, den bestmöglichen hydraulischen Wirkungsgrad zu erreichen unter Einhaltung weiterer Nebenbedingungen, z.B. Kavitationssicherheit, ausreichende Festigkeit und geringe Geräuschentwicklung sowie kleine Baugröße. Eine geeignete Beschreibung der Geometrie dreidimensional (3D) gekrümmter Beschaufelunge...     »

In order to save time and money while optimizing the geometry of hydraulic machinery, e.g. pumps, turbines etc., efficient numerical tools are applied increasingly. The goal is to achieve a hydraulic efficency as best as possible and to obey several boundary conditions, e.g. avoiding cavitation, structural fatigue and noise, and to develop a small sized parts. A suitable description of the geometry of three-dimensionally (3D) curved bladings with a B-Spline formulation is as important as an efficient CFD technique to compute and analyse the hydraulic quality of the design. Both modules should be integrated in a program for design and optimisation of bladings. A detailed description of the geometry and an exact numeric solution of the flow often contradicts the demands of industry to reduce the costs and the duration of a new development. To meet these demands, an efficient strategy is necessary which reduces the numbers of variable parameters in an optimisation process. To minimize the effort of numerical computation, the approach of a Multi Level CFD Technique will be examined. The different CFD codes applied differ in terms of computation times and accuracy. Quasi 3D codes (Q3D) deliver a quick answer about flow behaviour, whereas an accurate evaluation is only possible with an exact 3D code. The codes to be compared are: A Q3D Euler code and a Q3D Navier Stokes code, and the full 3D variants of both. At the initial stage of an optimisation, a Q3D code enables to quickly determine geometry variations leading to a better flow behaviour, whereas the final optimisation and an exact evaluation of the hydraulic losses can be performed only with a 3D Navier Stokes code. An optimum combination of all available codes accelerates the optimisation process considerably and thus provides an advantage in the competition of development.     «

In order to save time and money while optimizing the geometry of hydraulic machinery, e.g. pumps, turbines etc., efficient numerical tools are applied increasingly. The goal is to achieve a hydraulic efficency as best as possible and to obey several boundary conditions, e.g. avoiding cavitation, structural fatigue and noise, and to develop a small sized parts. A suitable description of the geometry of three-dimensionally (3D) curved bladings with a B-Spline formulation is as important as an effi...     »