Axialspaltvariation Turbine

Betreuer: Dipl.-Ing. Mirko Restemeier & Dipl.-Ing. Jens Niewöhner

Zielsetzung

Im Rahmen dieses AG Turbo/COORETEC Forschungsprojektes erforscht das Institut für Strahlantriebe und Turboarbeitsmaschinen in Zusammenarbeit mit der Firma MTU Aero Engines den Einfluss des Axialspaltes auf den Wirkungsgrad in Turbinen. Ziel des Projektes ist die Maximierung des Wirkungsgrades unter der Nebenbedingung möglichst geringer instationärer aerodynamischer Schaufelkräfte. In der Vergangenheit sind einige theoretische und experimentelle Arbeiten zu dieser Fragestellung in verschiedenen Forschungseinrichtungen erfolgt. Die vorgestellten Ergebnisse zeichnen allerdings ein sehr uneinheitliches Bild der physikalischen Zusammenhänge. Ziel dieses Projektes ist daher die detaillierte Untersuchung der Interaktion aller Strömungsphänomene im beschaufelten Bereich. Als Werkzeuge dienen dabei sowohl Messungen an der Kaltluftturbine als auch instationäre numerische Simulationen.

Vorgehensweise

Experimente

Zum Einsatz kommen neben stationären pneumatischen Sonden (Dreiloch- und Fünflochsonde) auch instationäre Totaldruck- und Hitzdrahtsonden (3-Draht-Sonden). Diese Sonden ermöglichen es, in jedem Axialspalt ein zeitaufgelöstes Strömungsfeld aufzuzeichnen und mit den Rechenergebnissen zu vergleichen. Die Messungen beinhalten außerdem stationäre und zeitaufgelöste Schaufeldruckverteilungen von Stator und Rotor. Diese sind im Unterschied zu Sondenmessungen nicht durch die Sonde selbst beeinflusst und können so als detaillierte Referenzwerte für die Rechnung dienen.

Numerische Rechnungen

Zur dreidimensionalen instationären Strömungssimulation wird der Strömungslöser TRACE des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) genutzt. Durch den instationären Charakter der Stator-Rotor-Stator-Interaktion sind auch die Auswertungsmethoden an diesen Umstand anzupassen. So werden aus dem Verständnis der Interaktion zwischen Wirbeln und Sekundärströmung sowie dem Abklingen der Nachläufe im Potentialfeld der nachfolgenden Schaufelreihe neue Erkenntnisse über das optimale Stufendesign neuer Turbinen abgeleitet.

Projektpartner

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