DE3227997A1

DE3227997A1 - Schaufel fuer luefter von landfahrzeugen

Info

Publication number: DE3227997A1
Application number: DE19823227997
Authority: DE
Inventors: Richard Edward 45459 Dayton Ohio Longhouse; Elias Hirsh 43623 Toledo Ohio Razinsky; William Byron 94538 Fremont Calif. Roberts
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 1981-08-31
Filing date: 1982-07-23
Publication date: 1983-03-10
Also published as: CA1205709A; GB2104975B; GB2104975A; DE3227997C2; JPS5888499A

Description

Eine Schaufel für Lüfter von Landfahrzeugen ist beispielsweise durch die US-PS 1 933 947 bekannt.

Lüfter zum Kühlen von Kraftfahrzeugraaschinen arbeiten im allgemeinen in einem Bereich niedriger Reynoldzahlen und einem weiten Bereich von Turbulenzpegeln, so dass sie eine erhebliche Grenzschichtablösung an den Saugflächen der Lüfterschaufeln aufweisen. Dies beeinträchtigt den Wirkungsgrad und damit die Fördermenge des Lüfters. Zur Verbesserung der ^etriebsverhältnisse sind die unter der Bezeichnung NACA-65 bekannten Profile entwickelt worden, die aber

\ nicht/ die jetzt erwünschten Gleit-und Widerstandsbeiwerte/erreiche lassen. Es tritt bei diesen an den Saugflächen* der Schaufeln eine laminare Ablösungsblase auf, die unterschiedliche Länge haben. Bei kleiner werden Reynoldzahlen erhöht sich die Lan ge der Ablösungsblase und/oder der Turbulenzpegel des Stroms über die Saufläche verringert sich. Die Ablösungsblase kann hierbei so gross werden, dass sie einen grossen Teil der Saugfläche einnimmt, so dass die sie umströmende Luft erst sehr spät wieder zur Saugfläche gelangt. Damit ist aber die gewünschte Fördermenge nicht mehr erreichbar.

Um eine grosse Fördermenge, einen kleinen

Strömungswiderstand und einen guten Wirkungsgrad zu erhalten ist das Wiederanströmen der Saugfläche und ein Druckanstieg mit möglicht geringem Abstand stromabwärts der Ablösungsblase zu bewirken.

Dies wird durch die im Kennzeichen der Patent-

anspruchs erwähnten Merkmale erreicht.

Es wird durch die erfindungsgemäase Ausgestaltung das Bilden der laminaren Ablösungsblase an einer vorgegebenen Stelle im vorderen Bereich der Saugfläche erzwungen, so dass sich ein grosser Druckanstiegsbereich ergibt, über den die die Ablösungsblase umströmende luft in Anlage stehend weiterströmt, wodurch eine hohe Fördermenge und geringer Strömungswiderstand gewährleistet ist.

Bei der Entwicklung einer Ausführungsform eine

solchen Schaufel wurde ein mathematisches Modell verwendet,

bei dem eine vorgegebene G-eschwindigkeits- und Druckverteilung zum Erzielen grösster Fördermenge und geringsten Strömungswiderstands angewandt wurde. Dieses Modell berücksichtigt das Auftreten der Ablösungsblase und fordert die Ablösung des Stroms von der Saugfläche an einer bestimmten Stelle stromaufwärts der Ablösungsblase. An vorgegebenen Stellen des Drucks wird der Druckanstieg gefordert, bei denen die Luft der Saugfläche wieder zugeleitet wird und eine anschliessende grosse Berührungsfläche zum Druckanstieg zur Verfügung steht. Das mathematische Modell wurde so ausgelegt, dass das Wiederanströmen der Luft mit kleinsten Abstand von der Ablösungsblase erfolgt, wobei turbulente Ablösung vermieden ist. Aus diesem Modell wurde dann das erforderliche Profil der S_chaufel abgeleitet.

Bei bevorzugten Ausgestaltungen der Unterbrechung der gewölbten Saugfläche kann diese als ebene Plä-

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ehe, als Stufe, als Gravierung, als Aussparung oder als rauhe Fläche ausgebildet werden und bestimmt dann den Beginn der Ablösungsblase. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wurde die Unterbrechung als ebene Fläche so ausgebildet, dass der Beginn der Ablösungshlase genau festgelegt war und das Wiederanströmen der Luft an die Saugfläche stromaufwärts des Druckanstiegsbereichs eintritt.

Bei dieser Bauform bildet die ebene Fläche eine Rampe, die sich mit 9° Winkel zur Tangente an der Wölbung der Saugfläche erstreckt und einen guten Wirkungsgrad des Lüfters bei niedrigen Reynoldzahlen und einem weiten Bereich von Turbulenzpegeln bewirkt. Bas frühzeitige Bilden/der Ablösungsblase stellt ein Mittel dar, um unter den gegebenen Betriebsbedingungen einen Ausfall des Lüfters zu verhindern, der einträte, wenn die die Ablösungsblase umströmende Luft nicht wieder zur Sauffläche zurückgeleitet wird.

Die E_rfindung wird an Hand der beigefügten Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 eine Siji/linansicht eines mit mehreren Schaufeln nach der Erfindung ausgerüsteten Lüftex$ für ein Landfahrzeug,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie 2-2 in Fig. 1,

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine Schaufel bisher üblicher Bauart,

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Pig. 4 einen Querschnitt durch eine Schaufel nach der ^Δ _τίindung nach der Linie 4-4 in Pig. 1,

Pig. 5 ein Foto einer Schaufel nach der Erfindung zur Verdeutlichung ihrer Umströmung,
Fig. 6 ein Schaubild zum Vergleich der Be-

triebscharaktecistiken einer bekannten Schaufel mit einer Schaufel nach der Erfindung, ^ Pig. 7A und 7B Darstellungen zum Entwickeln

des Profils einer Schaufel gemäss Fig. 4.

Ein Lüfter 10 für Landfahrzeuge dient beispielsweise der Förderung von Kühlluft zu einem Kühler ei-Fahrzeugantriebsmaschine. Er weist eine Nabe 12 auf, von der sich im wesentlichen radial mehrere Schaufeln 14 erstrecken, d>eren Spitzen von einer Hülle 15 umgeben ist, die einen glockenförmigen Einlass 16 bildet.

Zur Verbesserung des Betriebsverhaltens wurden die bereits erwähnten Profile NACA-65 entwickelt, die in Pig. 3 dargestellt sind. Derartige Schaufeln entwickeln laminare Ablösungsblasen 24, deren Beginn an unterschiedlichen Stellen liegt und deren Länge ebenfalls unterschiedlich ist. Diese Blasen bewirken eine Ablösung des Luftstroms von der Saugfläche, die beispielsweise an der Stelle

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26 unmittelbar vor der Ablösungsblase 24 erfolgt. Die Luft strömt dann um die Ablösungsblase und gelangt stromab der Ablösungsblase wieder zur Anlage gegen die Saugfläche. Bei Betrieb mit kleinen Reynoldzahlen, also bei geringer Drehzahl der Antriebsmaschine oder deren Leerlauf, erhält die Ablösungsblase 24 eine beträchtliche Länge, so dass für die wieder an die Saugfläche geleitete Luft nur eine geringe Fläche zur Verfügung steht. Es tritt dann nur·:- ein begrenzte] Druckanstieg ein und damit ist eine geringere Fördermenge und ein hoher Strömungswiderstand verknüpft. Wird die Länge der Ablösungsblase so gross, dass ein Wiederanströmen der Saugfläche nicht mehr erfolgen kann, so bedeutet dies einen Ausfall des Lüfters. ,q/

Diese Nachteile treten bei einer Schaufel/nach der Erfindung nicht auf, die in Fig. 4 dargestellt ist. Es ist hier in der Wölbung der Saugfläche 42 eine Unterbrechung 52 vorgesehen, die sich neben der Eintrittskante 34 der S_chaufel quer zur Sehne erstreckt und als ebene Fläche oder Rampe mit einer scharfen vorderen Kante 36 ausgebildet ist. Die Unterbrechung 32 streckt sich von der vorderen Kante 36 stromabwärts und ist zur Tangente T an die Wölbung der Saugfläche 42 um einen vorgegebenen Winkel geneigt. Auf ihrer Rückseite geht die Unterbrechung 32 sanft in die Saugfläche 42 über und zwar vor dem Druckanstiegsbereich. Es kann sich hierdurch nur eine Ablöungsblase entwickeln.

Der Beginn dieser Ablösungsblase wird durch

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die schaffe vordere Kante 36 der Unterbrechung 32 bestimmt und ihr Ende befindet sich stromabwärts dieser Kante.

Fig. 5 zeigt die Umströmung der Saugfläche der Schaufel, die mit einer Schicht aus Titandioxid und öl versehen wurde. In einem Windkanal eingesetzt wurde ein Strom mit kleiner ReynoldZÄhli eingestellt. Bei Versuchen unter niedrigem Turbulenzpegel in weitem Bereich, wurde festgestellt, dass der Beginn der Ablösungsblase stets an der gleichen Stelle lag. Ferner erfolgte das Wiederanströmen der Saugfläche unmittelbar nach dem Umströmen der Ablösungs-

i blase. Es trat damit die wirkungsvollere Arbeitsweise der

.Schaufel ein.

Fig. 6 zeigt zum Vergleich eine Kurve C für eine bekannte Schaufel 22 und eine Kurve I für eine Schaufel 30 nach der -^f indung. Die Kurven erstrecken sich über einen Bereich von Reynoldzahlen von 200.00 bis 100.000. Im Punkt G beginnt bei der bekannten Schaufel die Vergrösserung der Ablösungsblase, die sich schließlich bis in den Druckanstiegsbereich ausdehnt. Damit steigen die Druckverluste bis zum lunkt H an, in dem eine unzureichende Fördermenge geliefert wird und der Strömungswiderstand gross ist. Die Kurve I veranschaulicht die Vorteile der Erfindung. Diese Kurve steigt nur unbeachtlich an, da die Ausbildung der Ablösungsblase gesteuert ist, so dass die Druckverluste klein bleiben und damit eine ausreichende Fördermenge bei geringem Strömungswiderstand geliefert wird.

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Die Entwicklung eines Schaufelprofils wird

anhand der Fig. 7A und ^B erläutert. Fig. 7A stellt das mathematische Modell der Schaufeloberfläche dar mit einer Geschwindigkeitsverteilung, die höchste fördermenge und geringsten Strömungsiderstand zeitigt. Im Punkt A der Saugflächenkurve S erfolgt die Ablösung möglichst nahe dem Beginn der Saugfläche. Der Abschnitt A-B stellt den Beginn der Ablösung bis zum Druckanstiegsbereich dar. Die Kurve B-D (Austrittskante der Schaufel) stellt die Geschwindigkeitskurve zum Druckanstieg mit kürzestem Abstand dar. Die D_ruckkurve P vom Ausgangspunkt 0 zuVn Punkt D¹ der Austrittskante der Druckfläche wurde zum Bilden einer günstigen Profilform unter Berücksichtigung der S_chaufelstärke und der Stärke der Austrittskante ausgelegt. Auch diese Fläche steuert die Umleitung des Luftstroms wie die Saugfläche, um eine grosse Fördermenge und kleinen Strömungswiderstand zu erhalten. Wird die Kurve P entgegen dem Uhrzeigersinn um SO⁰ gedreht, so stellt die KJÜS3CÄ Fläche zwischen den Kurven S und P die erzielte Fördermenge dar. Unter Verv^eMung der Oberflächen-Koordinaten des inathematischen. Modells wird das Profil der Schaufel gemäss Fig. 7B abgeleitet, das anschliessend durch die ebene Unterbrechung 32 ergänzt wird, um die Schaufel gemäss Fig. 4 zu erhalten. Die Lage der Uj-jterbrechung wird durch die Geschwindigkeitsverteilung der Koordinaten des mathematischen Modells und deren Beginn durch den Punkt höchster Geschwindksit bestimmt.

Claims

23.JuIi 1982 W-w-3499

General Motors Corporation, Detroit. Michigan, V.St.A.

Schaufel für Lüfter von landfahrzeugen

Patentansprüche :

1J Schaufel für Lüfter von Landfahrzeugen für den Betrieb mit niedrigen Reynoldzahlen und veränderlicher Intensität der Turbulenz, die zwischen \einer Eintrittskante und einer Austrittskante eine gewölbte Saugfläche und eine Druckfläche aufweist, dadurch gekennzeich net. dass die Wölbung der Saugfläche (42) eine Unterbrechung (32) enthält, die nahe der Eintrittskante (34) liegt und die Ablösung des Luftstroms an einer vorgegebenen Stelle vor der laminaren Ablösungsblase (40) bestimmt und das V/iederanströmen der die Ablösungsblase umströmenden Luft an die Saugfläche bewirkt und dadurch eine grosse Förderhöhe und einen geringen Strömungswiderstand zur Erhöhung des Wirkungsgrads der Schaufel erzielt.
2. Schaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbrechung (32) der Wölbung der Saugfläche (42) so ausgebildet ist, dass die laminare Ablösungsblase (40) an einer vorgegebenen Stelle im vorderen Bereich der Saugfläche (42) beginnt, und die über diese strömende

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Luft wieder an die Saugfläche vor einem Druckanstiegsbereich geleitet wird.
3. Schaufel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbrechung (32) der Wölbung der Saugfläche (42) die Bildung der laminaren Ablösungsblase (40) für einen weiten Bereich von Reynoldzahlen und Turbulenzbedingungen an der vorgegebenen Stelle bewirkt.
4. Schaufel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfläche ebenfalls gewölbt ist, und die Unterbrechung (32) der Wölbung der Saugfläche (42) der Eintrittskante (34) zugewandt eine scharfe vordere, die Ablösung bewirkende Kante (36) hat.
5. Schaufel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbrechung (32) der Wölbung der Saugfläche (42) von der vorderen Kante (36) ausgehend eben so ausgebildet ist, dass das Wiederanströmen der die laminare

umströmenden/

Atlösungsblase (40)/Luft im Bereich der ebenen Fläche erfolgt.