Ventilsimulation

Ansatz

Neben den Verlusten durch Temperaturausgleichsvorgänge zwischen Arbeitsmedium und Zylinder-wand, trägt der Druckverlust, der beim Ladungswechsel infolge von Strömungsreibung auftritt, signifikant zur Reduzierung des Liefergrads von Kolbenverdichtern bei. Optimierungsbemühungen basieren bisher üblicherweise auf experimentellen Methoden. Die numerische Simulation stellt darüber hinaus einen sinnvollen Ansatz dar, um einen tieferen Einblick in die strömungsmechanischen Vorgänge innerhalb des Arbeitsraums von Verdichtern während eines Arbeitsspiels zu erhalten. Die dabei zu berücksichtigende Dynamik essentieller Komponenten wie Kolben oder Ventile erhöht die Anforderungen an den Modellierungs- und Berechnungsaufwand, eröffnet im Gegenzug jedoch deutliche Optimierungspotentiale.

Forschungsarbeiten

Im Rahmen dieser Forschungsthematik werden verschiedene Methoden zur Berücksichtigung der Ventile auf Basis einer dreidimensionalen CFD-Rechnung von Hubkolbenverdichtern betrachtet. Die Modellierung beinhaltete die Abbildung des Arbeitsraumes mit Saug- und Druckstutzen sowie verschiedenartige Betrachtungsweisen der Einbindung von Ventilen bzw. deren Bewegung. Ziel der Ausführungen ist die Analyse einer möglichen Verwendung numerischer Simulationen zur Untersuchung des Optimierungspotentials von Hubkolbenverdichtern.

Im Gegensatz zu den üblichen, stationären Berechnungen wird die Kolbenbewegung als Ursache für das Arbeitsspiel umgesetzt. Darauf aufbauend, erfolgt die Untersuchung zur numerischen Simulation der Verformung eines saugseitigen Lamellenventils. Hierfür werden drei Möglichkeiten eingesetzt. Die Modellierung mittels GGI, welche das einfachste Modell ist, eröffnet dem Anwender realitätsnahe, detailliertere Einblicke in das Arbeitsspiel eines Hubkolbenverdichters, bietet im Gegenzug aber keinerlei Möglichkeit die Komplexität einer Lamellenbewegung abzubilden. Hingegen erscheint die 1-Weg-FSI, bei der mit Hilfe einer Biegelinie die Deformation abbildbar ist, als vielversprechender Mittelweg zur aufwändigen 2-Wege-FSI.