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Ingenieur-Archiv

, Volume 50, Issue 2, pp 121–129 | Cite as

Ein Beitrag zur Berechnung der Strömung in einer Tesla-Turbine bei temperaturabhängiger Zähigkeit des Fördermediums

  • K. O. Felsch
  • M. Piesche
Article

Übersicht

Unter Voraussetzung laminarer, inkompressibler Grenzschichtströmung im Spaltelement einer Tesla-Turbine wird das Betriebsverhalten dieser Strömungsmaschine rechnerisch untersucht. Als einzige Stoffgröße des Fördermediums mit newtonschen Eigenschaften ist die Zähigkeit nicht konstant, sondern hängt von der Temperatur ab. Im wesentlichen interessiert der Einfluß der Reibungswärme und der resultierenden Viskositätsänderungen auf die Radialspaltströmung und letzten Endes auf die Wirkungsgradcharakteristik. Zu diesem Zweck werden die Navier-Stokes-Gleichungen unter Berücksichtigung der variablen Viskosität sowie die Energiegleichung mit einem Differenzenverfahren impliziter Art gelöst. Die numerischen Rechnungen zeigen, daß beim Einsatz eines Mediums, das ähnliche Viskositätseigenschaften wie Wasser aufweist, das Betriebsverhalten mit thermo-viskoser Kopplung zwischen Strömungs- und Temperaturfeld gegenüber dem mit einer isoviskosen Strömungsbewegung eine unwesentliche Änderung erfährt. Außerdem beantwortet das Rechenverfahren Optimierungsfragen bezüglich des technischen Einsatzes.

Summary

With the assumption of laminar, incompressible flow within the boundary-layer in the space-element of a Tesla-Turbine, the operating conditions of such a flow engine are investigated analytically. The viscosity of the fluid with newtonian properties is dependent on the temperature. Of main interest is the influence of the frictional heat and of the resulting changes of the viscosity on the flow within the radial clearance and on the characteristics of the efficiency. For this purpose, the Navier-Stokes-equations as well as the energy equation are solved by an implicit difference scheme, whereby the changes of the viscosity are taken into consideration. The numerical solutions yield the result that the operating conditions for a thermo-viscous connection between flow and temperature field show only unessential changes compared to the isoviscous flow case, if a fluid is used having similar porperties of viscosity as water. Furthermore the calculation method answers questions about optimizing technical applications.

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Literatur

  1. 1.
    Tesla, N.: Kraftmaschinen oder Pumpen mit mehreren in einem geschlossenen Gehäuse auf einer Zentralwelle in Abständen voneinander angeordneten, parallelen, kreisenden Scheiben. Patentanmeldung 21. 10. 1910Google Scholar
  2. 2.
    Breiter, M. C.; Pohlhausen, K.: Laminar flow between two parallel rotating disks. ARL 62–318 (1962)Google Scholar
  3. 3.
    Boyd, K. E.; Rice, W.: Laminar inward flow of an incompressible fluid between rotating disks with full peripheral admission. Trans. ASME, Serie E 90 (1968) 229–237Google Scholar
  4. 4.
    Felsch, K. O.; Piesche, M.: Zum Betriebsverhalten einer Reibungsturbine und deren Einsatz als Wärmeaustauscher. Strömungsmechanik und Strömungsmaschinen, 27. Braun Verlag (1979) 1–19Google Scholar
  5. 5.
    Piesche, M.; Müller, U.: Über den Wärmetransport im Spaltelement einer Reibungspumpe. Acta Mech. 35 (1980) 173–186Google Scholar
  6. 6.
    Köhler, M.: Die Strömung durch das Spaltelement einer Reibungspumpe. Acta Mech. 12 (1971) 33–51Google Scholar
  7. 7.
    Euteneuer, G. A.; Piesche, M.: Betriebsverhalten einer Reibungsturbine bei turbulentem Stromfeld und viskosem, inkompressiblen Medium im Spaltelement. Forsch. Ing.-Wes. 44 (1978) 79–84Google Scholar
  8. 8.
    Piesche, M.: Investigation of the flow and temperature field of a viscous fluid in an element of a shear-force pump. Proc. 6th Conf. on Fluid Machinery. Akadémiai Kiadó Budapest (1979) 836–845Google Scholar
  9. 9.
    Felsch, K. O.; Piesche, M.: Berechnung der Spaltströmung in einer Reibungspumpe bei temperaturabhängiger Viskosität zur Förderung hochviskoser Flüssigkeiten, Acta Mech., zur Veröffentlichung angenommen (1980).Google Scholar

Copyright information

© Springer-Verlag 1981

Authors and Affiliations

  • K. O. Felsch
    • 1
  • M. Piesche
    • 1
  1. 1.Lehrsiuhl für StrömungsmaschinenUniversität Karlsruhe (TH)KarlsruheBundesrepublik Deutschland

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