Schuck, Gerhard (2009)
Schwingungskopplung durch modale Druckfelder in nichtrotierenden Labyrinthdichtungen.
Technische Universität Darmstadt
Dissertation, Erstveröffentlichung
Kurzbeschreibung (Abstract)
Selbsterregte Schwingungen flexibler Labyrinthdichtungen mit kompressibler Strömung können durch modale Druckfelder gekoppelt werden. Modale Druckfelder beaufschlagen außerhalb der Labyrinthkammern die Strukturoberflächen großflächig mit Druckkräften. Sie werden durch periodische Änderung der Strömungsgrößen im Dichtspalt angeregt. In einem Prüfstand ohne rotierende Bauteile können die Druckfelder zwischen den Strukturoberflächen gemessen und identifiziert werden. Bei den Feldern handelt es sich um Druckeigenformen der Hohlräume, die durch die Strukturoberflächen begrenzt werden. Die Helmholtz-Gleichung, eine Eigenwertformulierung der akustischen Wellengleichung, dient als Ausgangspunkt zur Modellierung der Druckeigenformen. Eine Erweiterung der Helmholtz-Gleichung um den Einfluss der Bewegung der Fluidteilchen im Druckfeld führt zu einer Gleichung, die mittels Finiter Elemente Berechnungen in der betreffenden Geometrie numerisch berechnet werden kann und sehr gute übereinstimmung mit den gemessenen druckeigenformen aufweist. Die Koeffizienten der Gleichung und die Randbedingungen zur Lösung werden mit Hilfe von Messdaten und einfachen Strömungsrechnungen bestimmt. Aus FE-Berechnungen der Druck- und Struktureigenformen werden Modelle der modalen Schwingungen des gekoppelten Systems erstellt. Die aus der Labyrinthströmung resultierenden Druckkräfte wirken als äußere Erregerkräfte auf die Strukturmassen ein. In Simulationsrechnungen, die auf der Bilanzierung der Fluidarbeit und der Energien der Strukturschwingung basieren, werden die gemessenen modalen Schwingungszustände des gekoppelten Systems hinsichtlich der Frequenzen und Amplituden nachvollzogen. Das gekoppelte System weist stets grenzstabile Schwingungszustände auf, deren Frequenz und Amplitude aus der Kopplung durch das Druckfeld und der Fluidkraft in der Labyrinthkammer resultiert.
| Typ des Eintrags: | Dissertation | ||||
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| Erschienen: | 2009 | ||||
| Autor(en): | Schuck, Gerhard | ||||
| Art des Eintrags: | Erstveröffentlichung | ||||
| Titel: | Schwingungskopplung durch modale Druckfelder in nichtrotierenden Labyrinthdichtungen | ||||
| Sprache: | Deutsch | ||||
| Referenten: | Nordmann, Prof. Dr.- Rainer | ||||
| Publikationsjahr: | 17 Dezember 2009 | ||||
| Ort: | Darmstadt | ||||
| Verlag: | Technische Universität | ||||
| Datum der mündlichen Prüfung: | 25 November 2009 | ||||
| URL / URN: | urn:nbn:de:tuda-tuprints-20063 | ||||
| Kurzbeschreibung (Abstract): | Selbsterregte Schwingungen flexibler Labyrinthdichtungen mit kompressibler Strömung können durch modale Druckfelder gekoppelt werden. Modale Druckfelder beaufschlagen außerhalb der Labyrinthkammern die Strukturoberflächen großflächig mit Druckkräften. Sie werden durch periodische Änderung der Strömungsgrößen im Dichtspalt angeregt. In einem Prüfstand ohne rotierende Bauteile können die Druckfelder zwischen den Strukturoberflächen gemessen und identifiziert werden. Bei den Feldern handelt es sich um Druckeigenformen der Hohlräume, die durch die Strukturoberflächen begrenzt werden. Die Helmholtz-Gleichung, eine Eigenwertformulierung der akustischen Wellengleichung, dient als Ausgangspunkt zur Modellierung der Druckeigenformen. Eine Erweiterung der Helmholtz-Gleichung um den Einfluss der Bewegung der Fluidteilchen im Druckfeld führt zu einer Gleichung, die mittels Finiter Elemente Berechnungen in der betreffenden Geometrie numerisch berechnet werden kann und sehr gute übereinstimmung mit den gemessenen druckeigenformen aufweist. Die Koeffizienten der Gleichung und die Randbedingungen zur Lösung werden mit Hilfe von Messdaten und einfachen Strömungsrechnungen bestimmt. Aus FE-Berechnungen der Druck- und Struktureigenformen werden Modelle der modalen Schwingungen des gekoppelten Systems erstellt. Die aus der Labyrinthströmung resultierenden Druckkräfte wirken als äußere Erregerkräfte auf die Strukturmassen ein. In Simulationsrechnungen, die auf der Bilanzierung der Fluidarbeit und der Energien der Strukturschwingung basieren, werden die gemessenen modalen Schwingungszustände des gekoppelten Systems hinsichtlich der Frequenzen und Amplituden nachvollzogen. Das gekoppelte System weist stets grenzstabile Schwingungszustände auf, deren Frequenz und Amplitude aus der Kopplung durch das Druckfeld und der Fluidkraft in der Labyrinthkammer resultiert. |
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| Alternatives oder übersetztes Abstract: |
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| Freie Schlagworte: | Labyrinthdichtungen, flexible Strukturen, kompressible Strömung, Fluid-Struktur-Interaktion, modale Druckfelder, akustische Resonanz, Helmholtz-Gleichung, Identifikation, Knotenzahl, Schwingungskopplung, Fluidsteifigkeit, Schwingungssimulation, Schwingungsenergie | ||||
| Sachgruppe der Dewey Dezimalklassifikatin (DDC): | 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften und Maschinenbau | ||||
| Fachbereich(e)/-gebiet(e): | 16 Fachbereich Maschinenbau > Institut für Mechatronische Systeme im Maschinenbau (IMS) 16 Fachbereich Maschinenbau |
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| Hinterlegungsdatum: | 18 Dez 2009 14:32 | ||||
| Letzte Änderung: | 05 Mär 2013 09:28 | ||||
| PPN: | |||||
| Referenten: | Nordmann, Prof. Dr.- Rainer | ||||
| Datum der mündlichen Prüfung / Verteidigung / mdl. Prüfung: | 25 November 2009 | ||||
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