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Projektbeispiel: NMR-Mikroturbine

Die Nuklear-Magnet-Resonanz (NMR) Spektroskopie ist ein weitverbreitetes Analyseverfahren für die Untersuchung von chemischen Substanzen und Gewebe. Dabei werden die Proben in einem starken, statischen Magnetfeld in Rotation versetzt und mit Hochfrequenzimpulsen angeregt.

Als Antrieb für die Rotation dient eine gasgetriebene Mikroturbine mit einem Durchmesser von 1.3 mm oder kleiner. Die für den Prozess entscheidenden, hohen Drehzahlen von bis zu 100 kHz führen zu stark verlustbehafteten Strömungseffekten wie Rezirkulation, Ablösungsgebiete und Verdichterstössen.

Abb 1: Das Bild zeigt das Konturplot der Strömungsgeschwindigkeiten um die Mikroturbine.
Abb 1: Konturplot der Strömungsgeschwindigkeiten um die Mikroturbine

Für eine Maximierung der Drehzahl bei vorgegebenem Systemdruck ist eine Optimierung der Turbinengeometrie sowie des Gehäuses erforderlich.

Ziel dieses Projektes war die Untersuchung der Strömungsverhältnisse bei verschiedenen Arbeitsdrehzahlen, um daraus Ansätze für die Effizienzsteigerung der Turbine zu entwickeln.

Abb 2: Das Bild zeigt den Strömungslinienverlauf einer Antriebsdüse.
Abb 2: Strömungslinienverlauf einer Antriebsdüse

Erkenntnisse

Die Simulationsresultate zeigen eine sehr gute Übereinstimmung mit den durchgeführten Messreihen.

Aus den Simulationen wurde ersichtlich, dass bei der gegebenen Systemkonfiguration periodisch Druckspitzen an den konvexen Turbinenschaufelseiten auftreten, wodurch ein Widerstandsmoment induziert wird.

Abb 3: Das Bild zeigt die Druckverteilung an der Mikroturbine.
Abb 3: Druckverteilung an der Mikroturbine

Weiter zeigen die Ergebnisse, dass sich die sieben Antriebsdüsen gegenseitig negativ beeinflussen. Daraus konnten unter Einhaltung von fertigungstechnischen Möglichkeiten erste Optimierungsansätze abgeleitet werden.

Auf einen Blick

Beteiligte Institute und Zentren:

Projektpartner:

Mitfinanzierung:

Projektstatus: läuft

Projektdetails