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Gerd Bodzian

• Mit Rücksicht auf einen hohen Wirkungsgrad versucht man, bei Radiallaufrädern die Strömung bereits im Saugraum vor der Schaufeleintrittskante stark zu verzögern, was zu extrem großen Laufradaustrittsbreiten führt. Bei Überschreiten einer kritischen Austrittsbreite jedoch löst die umzulenkende Strömung entlang der konvex gekrümmten Kontur der Laufraddeckscheibe ab. Diese Ablösegefahr läßt sich durch Impulszufuhr im Eintrittsspalt s zwischen Ansaugestutzen und Laufrad in Form eines Wandringstrahles vermindern. Aus der bisher einzigen Untersuchung des vorliegenden Problems von HÖNMANN ist die auf die Ansaugegeschwindigkeit u0, bezogene Spaltgeschwindigkeit usp/u0 als entscheidend für den Ablösevorgang bekannt. Ungeklärt hingegen war bis zum gegenwärtigen Stand die Bedeutung der auf den Ansaugedurchmesser d0 bezogenen Spaltweite u sp/ u 0, welche nach eigenen Beobachtungen ebenfalls eine maßgebende Rolle spielt. Es wird deshalb der Einfluß der Spaltweite auf das Grenzschichtablöseverhalten grundlegend untersucht. Als Endergebnis ist für den kritischen, gerade noch ablösungsfreien Strömungszustand der Zusammenhang zwischen kritischer Spaltgeschwindigkeit und Spaltweite angegeben. Den Untersuchungen lag die physikalisch plausible Vorstellung zugrunde, daß der Gesamtimpuls des Wandringstrahles entscheidend den Ablösevorgang beeinflußt. Danach wäre ein Absinken des kritischen Spaltgeschwindigkeitsverhältnisses mit zunehmendem Spaltweitenverhältnis nach dem hyperbolischen Gesetz ( u sp/u 0)kr ~ 1 sqrt(s/d 0) zu erwarten. Diese Gesetzmäßigkeit zeigt sich näherungsweise bestätigt, jedoch nur im Bereich raschenderweise streben die Grenzlinien mit zunehmender Spaltweite rasch einem Minimum zu, dessen Lage ganz wesentlich von dem Parameter s/R als Verhältnis von Spaltweite s zu Krümmungsradius R der Deckscheibe bestimmt ist. Der Bereich des zulässigen Spaltweitenverhältnisses ist aufgrund dieser Erkenntnis umso größer, je größer das Krümmungsradienverhältnis R/do gewählt wird. Die experimentell ermittelten Grenzkurven bilden die Grundlage für ein Verfahren, mit dessen Hilfe sich bei Vorgabe der wesentlichen Auslegungsdaten für Radialräder jeder Schnelläufigkeit das dazugehörige optimale Spaltweitenverhältnis (s / d 0)opt bestimmen läßt.
• In the design of radial flow fans it is attempted to decelerate the air flow considerably at the suction side of the impeller, i.e. before it enters the blading. The purpose is to achieve a high efficiency, but this leads to extremely large exit widths of the impeller. However, if a critical exit width is exceeded, the flow will separate from the convex curved shroud. This stalling may be avoided by means of a circular wall jet injected through the gap between the casing and the impeller, the effect of which is to introduce a momentum transfer to the boundary layer. Until now only one investigation into this problem has been carried out by HÖNMANN. He states that the flow separation solely depends upon the ratio usp/u0 (U, = velocity at the suction side of the impeller, usp = gap velocity). No attention has so far been focused upon the influence of the relative gap size s/do (s = gap size, d, = suction side diameter), although according to own observations this plays an important role. Therefore the influence of the gap size on the boundary layer separation was fundamentally investigated. The final result is to present the relation between critical gap velocity and gap size for the critical conditions just prior to separation of the boundary layer. The investigations were based upon the physically plausible idea that the total momentum of the circular wall jet is of major importance for the boundary iayer separation. Consequently a decrease in the critical ratio of the gap velocity was to be expected according to the hyperbolic relation ( u sp/u 0)kr ~ 1 sqrt(s/d 0). This relationship was confirmed approximately, however, only in the range of small gap size ratios. Surprisingly the limiting curves rapidly approach a minimum with increasing gap size. The position of the minimum is mainly determined by the parameter s/R (R = radius of the shroud curvature, s = gap size). Hence, the range of acceptable gap size ratios is greater, the greater the ratio R/d,. The experimentally obtained lirniting curves form the basis of a procedure to select optimal gap size ratios (s/do)opt for radial flow fans of any duty points.