Wandnahe periodisch instationäre Strömung im rotierenden Verdichtergitter

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Ronald Mailach
• Fachliche Zuordnung: Strömungs- und Kolbenmaschinen
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 364918532

Aktuelle Entwicklungen im Bereich der Turbomaschinen zur Steigerung von Druckverhältnissen, Reduzierung der Schaufelzahl, sinkendem Schaufelhöhenverhältnis, vermehrter Teillastbeanspruchung, etc., führen zu einem immer stärkeren Einfluss der Strömung im Seitenwandbereich auf die Maschine insgesamt. Vor allem Betriebsverhalten, Verluste und Wärmeübergang werden von diesem Strömungsbereich wesentlich beeinflusst. Die dabei auftretenden Mechanismen sind jedoch trotz langjähriger Forschung immer noch nicht voll verstanden, so dass durch den aktuellen technischen Fortschritt starker Bedarf an entsprechenden Grundlagenuntersuchungen besteht. Dieses Defizit wird durch einen gemeinsame Paketantrag von vier Arbeitsgruppen an TU Dresden, UniBw München und RU Bochum adressiert, bei dem sorgfältig abgestimmte Simulationen und Experimente eingesetzt werden, um entsprechende Erkenntnisse zu gewinnen. Neben der Untersuchung des Wärmeübergangs und der Weiterentwicklung methodischer Werkzeuge besteht eine wesentliche Zielrichtung des Pakets in der detaillierten Analyse der Effekte, die durch die Systemrotation hervorgerufen werden. Hierzu werden speziell konzipierte und aufeinander abgestimmte Konfigurationen untersucht und miteinander verglichen. Im Rahmen des Teilvorhabens an der Professur für Turbomaschinen und Flugtriebwerke der TU Dresden soll die wandnahe Strömung an einem Verdichterrotor im Vergleich zum stehenden Gitter untersucht werden. Durch geeignete Versuchsaufbauten am Niedergeschwindigkeitsverdichter werden Abstraktionsstufen zwischen ebenem Gitter und rotierendem Verdichterrotor geschaffen, um die Effekte von Rotation, Corioliskraft, Fächerung, radialem Druckgradienten, Relativbewegung der Seitenwand und Verwindung der Zulaufgrenzschicht möglichst separiert bewerten zu können. Die experimentelle Vermessung umfasst stehende Ringgitter (Stator) mit und ohne Radialspalt zur rotierenden / nichtrotierenden Nabe und rotierende Ringgitter (Rotor) mit und ohne Nachlauferzeuger zur Simulation der Rotor-Stator-Interaktion. Alle Aufbauten und darüber hinausgehende Parametervariationen werden durch numerische Simulationen mittels RANS- und URANS-Verfahren analysiert. Ziel der Arbeiten ist es das physikalische Verständnis der einzelnen Parameter zu verbessern, deren Wiedergabe in RANS-Simulationen zu validieren sowie Grenzen und Vorzüge der unterschiedlichen numerischen Verfahren insbesondere im Vergleich zu den LES ausgewählter Fälle im Teilvorhaben der Professur für Strömungsmechanik aufzuzeigen. Darüber hinaus erfolgt die vergleichende Auswertung und Diskussion der Phänomene zwischen Verdichter und Turbinenkonfigurationen mit den Teilvorhaben in München und Bochum.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen