Was ist der Unterschied zwischen hydraulischen und thermischen Strömungsmaschinen?
Hydraulische Strömungsmaschinen arbeiten mit inkompressiblen Fluiden, thermische mit kompressiblen Fluiden.
Unterscheide die Energieübertragung und Arbeitsweise von Turbomaschine und Kolbenmaschine.
Turbomaschine: kontinuierliche Energieübertragung über kinetische Energie. Kolbenmaschine: periodisch durch Druckverdrängung.
Wie lautet die Energiebilanz für eine Strömung durch ein Leitrad?
Δh_LE = h1 - h0 + (c1²/2 - c0²/2) = 0
Was ist der kinematische und der druckbasierte Reaktionsgrad?
r_k = Δh_LA / Δh_Stufe; r_p = Δp_LA / Δp_Stufe
Nenne zwei Formen der Euler-Gleichung für Turbomaschinen.
w_t = u2 * c_u2 - u1 * c_u1; w_t
w_t = 0.5[(c2² - c1²) - (w2² - w1²) + (u2² - u1²)]
Warum verwendet man dimensionslose Kennzahlen in der Strömungsmechanik?
Für Ähnlichkeitsbetrachtungen zwischen Maschinen unterschiedlicher Größe oder Bauart.
Was ist der Unterschied zwischen isentropem und polytropem Wirkungsgrad bei einem Verdichter?
Isentrop: Verhältnis idealer zu realer Enthalpieänderung. Polytrop: basiert auf infinitesimal kleinen Änderungen. Polytroper Wirkungsgrad ist größer.
Wie verändert sich der Druck senkrecht zur Strömung bei gekrümmten Stromlinien?
Der Druck steigt nach außen hin. In Turbomaschinen: von Saug- zur Druckseite und von Nabe zum Gehäuse.
Wie ändert sich die Umfangskomponente der Absolutgeschwindigkeit nach dem Potentialwirbelgesetz?
r * c_u = konstant
Wie verhält sich die axiale Geschwindigkeit nach dem Potentialwirbelgesetz?
c_z = konstant
Warum werden thermische Strömungsmaschinen a) mehrstufig, b) mehrflutig, c) axial oder radial gebaut?
a) Für hohes Druckverhältnis pro Maschine, b) Für große Massenströme, c) Radial: hohes Druckverhältnis, Axial: hoher Massenstrom
Nenne zwei typische Annahmen für axiale Strömungsmaschinen.
1) Umfangsgeschwindigkeit konstant,
2) Meridiangeschwindigkeit konstant
Wie ist Rothalpie definiert und wie verhält sie sich im Laufrad?
𝐼 = h + w²/2 − u²/2
Sie bleibt im Laufrad konstant.
Was passiert mit dem statischen Druck bei einer verzögerten, reibungsfreien Strömung?
Der statische Druck nimmt zu.
Wie sind r_k, ψ_s und φ definiert?
r_k = Δh_LA / Δh_Stufe,
ψ_s = Δh_s / u², φ = c_m / u
Ist Δp_LA = 0 bei r_k = 0?
Begründe
Nein, auch wenn Δh_LA = 0, ist Δp_LA ≠ 0, da es Druckverluste geben kann.
Vergleiche Reaktionsstufe (Überdruck) und Impulsstufe (Gleichdruck) bzgl. Axialschub und Arbeit.
Reaktionsstufe: höherer Axialschub. Impulsstufe: mehr technische Arbeit bei gleicher Umfangsgeschwindigkeit.
Nenne zwei Dichtungstypen für Wellen thermischer Turbomaschinen.
1) Labyrinthdichtung,
2) Bürstendichtung
Was passiert bei Überlagerung von Eigenfrequenz und Harmonischer im Campbell-Diagramm?
Resonanz entsteht – kann zu gefährlichen Schwingungen führen
→ Beschaufelung evtl. ungeeignet.
Wie entstehen Radreibungsverluste in Strömungsmaschinen?
Durch viskose Reibung zwischen der rotierenden Nabe bzw. dem Gehäuse und der angrenzenden Strömung. Diese Reibung führt zu Energieverlusten in Form von Wärme.
Warum steigen Profilverluste laut Soderberg-Korrelation mit zunehmender Umlenkung an?
Stärkere Umlenkung erhöht Druckverluste und begünstigt Sekundärströmungen, die zusätzliche Verluste verursachen.
Welche Hauptverluste treten bei Impuls- und Reaktionsstufen auf?
Impulsstufe: höhere Spaltverluste
Reaktionsstufe: stärkere Profil- und Sekundärströmungsverluste Ursache sind Unterschiede im Druck- und Geschwindigkeitsprofil zwischen den Stufen.
Warum wird der Euler-Radius anstelle des arithmetischen Mittels verwendet?
Der Euler-Radius repräsentiert den Ort maximaler Energieübertragung und ist daher für die Auslegung relevanter.
Wie verändert sich die Form einer Strömungsmaschine bei sinkender spezifischer Drehzahl?
Sie wird kompakter, mit kürzeren und breiteren Schaufeln – geeignet für größere Massenströme und geringere Umfangsgeschwindigkeiten.
Was bedeutet radiales Gleichgewicht?
Der Druckgradient im Radialen gleicht die Zentrifugalkräfte aus – wichtig für stabile Strömung im Laufrad.
Warum sieht das Nabenprofil einer Turbinenschaufel wie eine Impulsstufe aus?
Geringe Umfangsgeschwindigkeit am Nabenbereich → geringe Reaktionsgrad → Impulsstufencharakteristik.
Wie beeinflusst eine Geschwindigkeitsspitze in der Mitte des Strömungskanals die Arbeitsumsetzung in einer Turbine?
Zentrale Spitze → höhere Energieumsetzung in der Mitte
Flanken mit geringerer Umsetzung → ungleichmäßige Belastung, Wirkungsgradverlust
Was passiert im Verdichter, wenn der Volumenstrom bei konstanter Drehzahl sinkt?
Es entsteht ein instabiler Strömungszustand
→ Strömungsabriss (Stall)
→ Pumpen möglich.
Wovon hängt die Ausprägung von Stall/Pumpen ab?
Maschinengeometrie
Anströmwinkel
Drehzahl
Temperatur & Druck
Was bedeutet Sperrgrenze im Verdichterbetrieb?
Der Zustand, ab dem kein weiterer Druckanstieg bei steigender Drehzahl möglich ist → Strömung bricht zusammen.
Was zeigt ein Verdichterkennfeld?
Abhängigkeit von Druckverhältnis, Wirkungsgrad und Massendurchsatz bei unterschiedlichen Drehzahlen.
Wie verändert sich ein Arbeitspunkt bei sinkendem Eintrittsdruck oder steigender Eintrittstemperatur?
Sinkender Druck → geringere Dichte → geringerer Massendurchsatz
Höhere Temperatur → geringere Dichte → Verschiebung Richtung Pumpgrenze
Wie verändert sich das Druckverhältnis über eine Regelstufe bei Teillast?
Sinkt → Anströmgeschwindigkeit nimmt ab
→ Einfluss auf Relativgeschwindigkeit am Laufrad.
Was sind Inzidenz und Deviation?
Inzidenz: Winkelabweichung zwischen Anströmung und Schaufel
Deviation: Ablenkwinkelabweichung am Austritt
Wo entstehen Sekundärströmungen?
Hauptsächlich in den Eckbereichen zwischen Schaufel und Wand
→ Wirbelbildung durch Druckgradienten
Wie kann Fliehkraftbelastung an Schaufeln reduziert werden?
Schaufelverkürzung
Materialwahl (leichter, hochfest)
Was zeigt das Campbell-Diagramm?
Darstellung von Eigenfrequenzen in Abhängigkeit von Drehzahl → Identifikation möglicher Resonanzbereiche
Warum brauchen Reaktionsstufen Schubausgleich?
Asymmetrischer Druckverlauf erzeugt Axialkraft → Schubausgleich über zusätzliche Konstruktionselemente nötig
Warum sind Labyrinthdichtungen besser als glatte Spalte?
Mehrfache Wirbelkammern
→ höhere Strömungswiderstände
→ bessere Dichtwirkung bei geringem Leckverlust
Warum gehört ein Schraubenverdichter nicht zu den Strömungsmaschinen?
Weil er das Fluid durch Verdrängung fördert (Verdrängerprinzip), nicht durch kontinuierlichen Energieaustausch wie Strömungsmaschinen.
Warum zählt ein Tischventilator zu den hydraulischen Strömungsmaschinen?
Weil er kontinuierlich Energie auf das Fluid überträgt und Strömung erzeugt, ohne das Volumen abzuschließen.
Worin unterscheidet sich das Reaktionsprinzip vom Impulsprinzip?
Beim Impulsprinzip erfolgt Energieübertragung nur durch Änderung des Impulses, beim Reaktionsprinzip auch durch Druckänderung.
Welche Vor- und Nachteile hat die Gasturbine im M1-Abrams-Kampfpanzer?
Vorteile: Hohe Leistung, Kompaktheit, guter Kaltstart
Nachteile: Hoher Verbrauch, komplexe Wartung, empfindlich gegen Staub
Was ist der Unterschied zwischen Total- und statischem Druck bzw. Temperatur?
Totaldruck/-temperatur: Summe aus statischer und dynamischer Komponente
Statisch: Nur durch Messung ohne Bewegungsenergie
Wann sind statisch-statischer und total-total Wirkungsgrad identisch?
Wenn es keine Geschwindigkeitserhöhung bzw. -änderung zwischen Ein- und Austritt gibt.
Unterschied isentroper und polytroper Wirkungsgrad einer Turbine?
Isentrop: Vergleich mit idealem isentropem Prozess
Polytrop: Berücksichtigt reale Zwischenzustände → genauer bei mehrstufigen Prozessen
Wie beschreibt die Euler-n-Gleichung die Auftriebskraft?
Durch die Stromlinienkrümmung entsteht eine Druckverteilung, die zur Auftriebskraft führt.
Warum steigt der statische Druck in Turbinen vom Nabenbereich zum Gehäuse?
Wegen radialer Druckverteilung durch Zentrifugalkraft.
Welche Düsenform ist bei Überschall (M>1) notwendig und warum?
Laval-Düse (konvergent-divergent), da nur diese einen Überschalleintritt und -austritt ermöglicht.
Wie hängt Tt/TT_t/TTt/T mit der Machzahl zusammen?
T_t/T = 1+(kappa-1)/2*M^2
→ Analog auch für p_t/p berechnen.
Was ist ein überexpandierter Strahl?
Ein Strahl, dessen Druck unterhalb des Umgebungsdrucks liegt
→ führt zu Stoßsystemen und Instabilitäten.
Was ist die Grenzschicht, und welche 3 Parameter beschreiben sie?
Grenzschichtdicke
Impulsverlustdicke
Verdrängungsdicke
Was ist eine Nachlaufdelle?
Druckminimum hinter einem Körper in Strömung
→ Folge von Strömungsablösung.
Warum ist der reale Druckrückgewinn kleiner als der ideale im Diffusor?
Wegen Reibung und Turbulenzen → Verluste.
Was passiert mit dem Druck hinter einem aerodynamischen Stoß?
Er steigt sprunghaft an, Temperatur und Dichte ebenfalls
→ Unstetigkeitsfläche.
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