Das Interaktionsverhalten des Wandspaltwirbelsystems von Tandemschaufeln in einer Hochgeschwindigkeits-Linearkaskade
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In dem Projekt wird das instationäre Strömungsfeld an der Seitenwand von Verdichtertandemschaufeln mit Wandspalt experimentell in einer linearen Hochgeschwindigkeits-Kaskade bei einer Anströmmachzahl von M a∞ = 0.6 untersucht. Analysiert werden eine Tandemschaufelkonfiguration und eine konventionelle Verdichterschaufel zum Vergleich bei verschiedenen Spaltweiten. Zusätzlich werden an der Tandemschaufel sogenannte Differentialspalte eingestellt, welche sich durch unterschiedliche Spaltweiten an der vorderen und hinteren Schaufel auszeichnen und Aufschluss über das Dominanzverhalten der beiden Spaltwirbel innerhalb der Passage geben. Die Untersuchungen zeigen, dass das Spaltwirbelaufplatzen anhand von statistischen Mitteln des Druckfeldes in zwei Phasen aufgeteilt werden kann. In der ersten Phase dehnt sich ein Bereich negativer Schiefe kontinuierlich aus, bis die Druckseite der Nachbarschaufel erreicht wird. Bei weiterer Inzidenzsteigerung wandert die negative Schiefe stromauf bis sich schließlich sprunghaft ein abgegrenzter Bereich intensiver negativer Schiefe im vorderen Bereich der Passage ausbildet. Diese zwei Phasen lassen sich sowohl für konventionelle als auch für Tandemschaufeln identifizieren. Die Untersuchung der Differentialspalte zeigt, dass der vordere Spalt maßgeblich für die Entwicklung der Strömungstopologie innerhalb der Passage und den Eintritt in die erste Phase des Spaltwirbelaufplatzens ist. Der hintere Spalt beeinflusst den Eintritt in die zweite Phase. Die Ergebnisse der Oberflächenzaunsonde zeigen, dass ein kleiner vorderer Spalt und größerer hinterer Spalt die verlustärmste Konfiguration bei Umströmungen ohne Spaltwirbelaufplatzen darstellt. Dieser Effekt wird vom Spaltwirbelaufplatzen überlagert, sodass zusätzlich zur geometrischen Gegebenheit auch die aktuelle Phase des Spaltwirbelaufplatzens berücksichtigt werden muss.
