Untersuchung des Wärmeübergangs an konvektiv gekühlten Gasturbinen unter Realbedingungen

Betreuer: Dipl.-Ing. Beate Wörz, Dipl.-Ing. York Mick, Dipl.-Ing. Erik Findeisen

Zielsetzung

Für die Auslegung von Kühlsystemen mit konvektiv gekühlten Schaufeln ist ein detailliertes Verständnis der Mechanismen und Effekte dringend erforderlich. Das grundsätzliche Ziel ist die Realisierung einer möglichst hohen Kühleffektivität bei gleichzeitig minimalen Einbußen an der Performance des Gesamtsystems.

Hierzu finden verschiedene Techniken Verwendung. Das Einbringen von turbulenzerhöhenden Einbauten in den Kühlkanälen innerhalb der Schaufel ist eine der ersten Verbesserungen die vorgenommen wird. Diese so genannten Turbulatoren dienen der Anregung von Sekundärströmungen und der Erhöhung des Turbulenzgrades, um damit die Mischung zu verbessern. Dadurch erfolgt eine Steigerung der Kühleffektivität. In einigen Fällen werden gezielte Wirbelstrukturen in den Kühlkanälen der Schaufeln erzeugt.

Durch Erreichen der im Projekt beinhalteten Ziele, wird ein besseres Verständnis der Strömungseffekte in den Kühlkanälen, sowie der Wirkung von Turbulenzgeneratoren in Bezug auf den Wärmeübergang und die Strömungsverluste erlangt.

Vorgehensweise

Die Arbeiten befassen sich mit realen Geometrien mit mehreren Kühlpassagen und Umlenkungen. Ein wesentlicher Parameter der Untersuchungen ist die Variation der zur Anwendung kommenden Turbulenzgeneratoren, wie Rippen und „Pin Fins“.

 

Die verschiedenen Konfigurationen werden sowohl experimentell als auch numerisch analysiert. In einem Wasserkanal wird die Strömung optisch sichtbar gemacht und mit einer Kamera festgehalten. Die Schaufel ist dazu in Plexiglas ausgeführt. In einem zweiten Versuchsaufbau wird das Schaufelmodell mit Luft durchströmt. Hier kann neben den Strömungsgeschwindigkeiten der Wärmeübergang vermessen werden. Die begleitenden CFD-Simulationen gewähren nach Validierung an den Versuchen tiefere Einblicke in die Vorgänge in der Schaufel.

Projektpartner

Das Projekt wird in Kooperation mit der MAN Turbo AG durchgeführt.