Aerothermale Strukturanalyse der Filmkühlströmung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Hans-Jörg Bauer
• Fachliche Zuordnung: Strömungs- und Kolbenmaschinen
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 517058665

Stationäre und mobile Gasturbinen sind weiterhin eine Schlüsseltechnologie für den Energie- und Transportsektor der Zukunft. Um den thermischen Wirkungsgrad weiter zu steigern, müssen höhere Totaldruckverhältnisse und Turbineneintrittstemperaturen realisiert werden. Dazu bedarf es unmittelbar besserer Kühlmethoden. Gerade in den ersten Stufen ist die Filmkühlung dabei essentiell. Um die Kühlluftströmung am Bohrungseintritt und in der Bohrung sowie die Interaktion zwischen der ausgeblasenen Kühlluft und dem Heißgas vollständig beschreiben zu können, sind neben den bereits umfangreich vorhandenen thermischen Messungen insbesondere Geschwindigkeitsfeldmessungen nötig. Um darüber hinaus das aerothermale Verhalten der Filmkühlströmungen konventioneller Filmkühlbohrungsgeometrien bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen zu quantifizieren, sollen im beantragten Projekt Messungen mittels Infrarotthermografie und Stereoskopischer Particle Image Velocimetry an einem bestehenden Versuchsstand durchgeführt werden. Zur anschließenden Charakterisierung der Strömung eignen sich neben klassischen Auswertemethodiken insbesondere auch datengetriebener Ansätze. Durch sie können beispielsweise kohärente Strukturen identifiziert und ihr Zeitverhalten analysiert werden. Zudem sollen die im Projekt gesammelten Daten, insbesondere Geschwindigkeitsfelder, adiabate Filmkühleffektivitäten und Wärmeübergangskoeffizienten mit und ohne Filmkühlung, neben der Validierung numerischer Strömungssimulationen vor allem auch der Verbesserung numerischer Methoden und Modelle dienen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen