Instationäre Sekundärströmungen in Axialturbinen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Ronald Mailach
• Fachliche Zuordnung: Strömungs- und Kolbenmaschinen
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 245988995

In Turbomaschinen tritt durch die Relativbewegung der Lauf- und Leitschaufelreihen zueinander eine aerodynamische Wechselwirkung durch die Nachläufe und Potenzialströmungseffekte der Schaufeln auf. Im Randbereich überlagern sich diesen zusätzlich die Einflüsse der Seitenwandgrenzschichten sowie Sekundärströmungseffekte. Durch die aerodynamische Wechselwirkung der Schaufelreihen existiert eine periodische Instationarität der Sekundärströmungen, wofür bisher allerdings wenig systematische Erkenntnisse existieren. Die durch Sekundärströmungen verursachten Verluste nehmen einen signifikanten Anteil an der gesamten Verlustproduktion einer Schaufelreihe sowie der gesamten Maschine ein. Das Vorhaben Instationäre Sekundärströmungen in Axialturbinen ist Teil des Fortsetzungsantrags Instationäre Sekundärströmungseffekte in Verdichter- und Turbinengittern. Schwerpunkt des Gesamtvorhabens bilden grundlegende experimentelle und numerische Untersuchungen in ebenen Verdichter- und Turbinengittern, mit denen die maßgeblichen Sekundärströmungseffekte detektiert und beschrieben werden sollen. Durch gezielte Parametervariationen wird deren Einfluss auf die instationäre Ausprägung der Sekundärströmungseffekte und die Verlustentstehung untersucht. Damit soll das Potenzial für eine künftige Verbesserung der Leistungsparameter von Turbomaschinenkomponenten durch gezielte Nutzung vorteilhafter instationärer Sekundärströmungseffekte aufgezeigt werden.Ziel des Vorhabens Instationäre Sekundärströmungen in Axialturbinen ist es, zu einem verbesserten physikalischen Verständnis instationärer Sekundärströmungseffekte in den Schaufelreihen von Axialturbinen beizutragen. Es soll mit grundlegenden experimentellen Untersuchungen geklärt werden, in welchem Maße die periodisch instationären Nachläufe die Sekundärströmungen und Verlustentstehung in Turbinengittern beeinflussen. In einer Niedergeschwindigkeits-Axialturbine sind zwei aufeinander aufbauende Konfigurationen (Aufbau 1 und 2) vorgesehen. In Aufbau 1 werden periodisch instationären Nachläufe durch ein rotierendes Stabgitter erzeugt und deren Einfluss auf die Sekundärströmungen und die Verluste des nachfolgenden Leitgitters im Detail untersucht. In Aufbau 2 wird das Stabgitter durch eine Laufschaufelreihe ersetzt werden. Damit soll der Einfluss realer Nachläufe der Laufschaufeln im Vergleich zu denen der zylindrischen Stäbe auf Sekundärströmungen im Statorgitter bewertet werden. Weiterhin soll im Detail untersucht werden, wie die zusätzlich im Laufgitter auftretenden Sekundärströmungen mit denjenigen des Leitgitters interagieren und welchen Einfluss die rotierende Nabe und die verwundene Seitenwandgrenzschicht haben. Begleitet und ergänzt werden die experimentellen Untersuchungen durch numerische Untersuchungen in den Partnerprojekten des Paketvorhabens.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen