Das Interaktionsverhalten des Wandspaltwirbelsystems von Tandemschaufeln in einer Hochgeschwindigkeits-Linearkaskade

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Dieter Peitsch
• Fachliche Zuordnung: Strömungs- und Kolbenmaschinen
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 436294859

Mit Hilfe des beantragten Projekts soll ein Beitrag zum Verständnis des Wandspaltwirbelsystems einer Tandemverdichterbeschaufelung erarbeitet werden. Die notwendigerweise im Verdichter auftretenden Spalte zwischen rotierenden und statischen Bauteilen können zu einem signifikanten Verlustanstieg führen. An konventionellen Verdichterschaufeln mit Wandspalt bildet sich ein Radialspaltwirbel aus, welcher starken Einfluss auf die Verluste und die Stabilität der Strömung hat. Im Gegensatz zum Spaltwirbel einer konventionellen Beschaufelung liegt bei Tandemschaufeln ein System aus mindestens zwei Wirbeln vor, da sich an jeder Schaufel ein eigener Spaltwirbel ausbildet. Mit Hilfe von experimentellen Untersuchungen an einer Hochgeschwindigkeits-Linearkaskade soll das Strömungsfeld von Tandemschaufeln, mit Fokus auf der Spaltströmung, detailliert untersucht werden. Der erste Schwerpunkt des vorliegenden Antrags liegt hierbei auf der Analyse der Interaktion der beiden Spaltwirbel mit dem wandnahen Strömungsfeld. Des Weiteren wird das Aufplatzverhaltender Spaltwirbel untersucht. Anhand von Nachlaufmessungen und Ölanstrichen aus den Voruntersuchungen wird ein Betriebspunkt vermutet, an dem nur der Spaltwirbel der vorderen Tandemschaufel aufgeplatzt ist.Die hier vorgeschlagenen Untersuchungen mit erweiterter Messtechnik sollen dies bestätigen und ein detaillierteres Verständnis ermöglichen. Außerdem wird analysiert, ob auch ein Betriebspunkt mit zwei aufgeplatzten Spaltwirbeln identifiziert werden kann und wie sich dieses Phänomen auf das Strömungsfeld und die Verluste auswirkt. In einem zweiten Schritt werden Konfigurationen betrachtet, in denen nur die vordere bzw. nur diehintere Schaufel einen Wandspalt aufweist. Dadurch kann das Verhalten der Wirbel ohne den Einfluss des jeweils anderen untersucht werden. Die Ergebnisse werden zeigen, ob Strömungsphänomene (wie das individuelle Spaltwirbelaufplatzen) durch den gegenseitigen Einfluss zu anderen Inzidenzen hin verschoben werden. Außerdemwird dabei die Verlustbildung und -entwicklung betrachtet. Anhand der Ergebnisse soll analysiert werden, ob bestimmte Verluste durch den vorderen Spaltwirbel, den hinteren oder erst durch die Interaktion der beiden Spaltwirbel miteinander entstehen. Die Untersuchungen werden mittels instationärer Wanddruckmessungen und dem Einsatz einer neuartigen Oberflächenzaunsonde, welche das vektorielle Schubspannungsfeld an der Seitenwand aufnimmt, durchgeführt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen