Grundlegende Untersuchung der dreidimensionalen Zweiphasenströmung durch ein Verdichtergitter

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Franz Joos; Professor Dr.-Ing. Bernhard Weigand
• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 312988552

Bei stationären Gasturbinen dient die Einspritzung von Wasserspray in den Verdichtereinlauf der Leistungserhöhung, die neben dem Abdecken von Spitzenlasten gerade bei vermehrtem Einsatz von Windenergie und Solarenergie zum schnellen Ausregeln von Leistungsschwankungen eingesetzt werden kann. Die eingespritzten Wassertropfen verdunsten während des Durchströmens des Verdichters und kühlen so die umgebende Strömung, wodurch die Verdichterarbeit reduziert wird und somit ein Anstieg der Nutzleistung sowie unter bestimmten Bedingungen eine Anhebung des Gesamtwirkungsgrades erzielt werden kann. Allerdings treten an den Verdichterschaufeln beträchtliche erosive Schäden auf, die aus der Wechselwirkung zwischen Wassertropfen und Beschaufelung resultieren. Der daraus resultierende Bedarf nach einer entsprechenden Möglichkeit zur Optimierung des Prozesses ist Gegenstand des vorliegenden Projektes.Das Ziel dieses Projekts besteht in der Bereitstellung eines numerischen Werkzeugs, welches die dreidimensionale Simulation der Wassereinspritzung unter Berücksichtigung aller relevanten flüssigkeitsdynamischen Subprozesse ermöglicht. Die beiden Antragsteller können hierbei auf umfangreiche experimentelle und numerische Vorarbeiten dieser Prozesse bei ebener Umströmung von Verdichterschaufeln zurückgreifen. Diese haben gezeigt, dass der Prozess nicht vollständig durch eine ebene Betrachtung abgedeckt werden kann und so Untersuchungen dezidierter flüssigkeitsdynamischer Prozesse nötig sind, deren Charakter stark dreidimensional ist. Die experimentelle und numerische Untersuchung, Modellierung und Berücksichtigung dieser Subprozesse bilden den Schwerpunkt des vorliegenden Antrags.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen