Aerothermale Interaktionsmechanismen im äußeren Endwandbereich moderner Hochdruckturbinen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Heinz-Peter Schiffer
• Fachliche Zuordnung: Strömungs- und Kolbenmaschinen
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 448223338

Veränderte Rahmenbedingungen auf dem Energiemarkt und im Luftfahrtsektor stetig steigende Anforderungen an Effizienz, Leistungsfähigkeit und Emissionen stellen den Entwicklungsprozess von Turbomaschinen vor immer neue Herausforderungen. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, müssen instationäre Wechselwirkungen künftig im Entwurfsprozess berücksichtigt werden. Dabei muss eine Neuauslegung komponentenübergreifend erfolgen. Insbesondere im Bereich der Hochdruckturbine stellt das den Entwicklungsprozess vor große Herausforderungen. Der hier vorherrschende hohe Druck und die extremen Temperaturen schließen detaillierte Untersuchungen an realen Konfigurationen in der Regel aus. Im Rahmen dieses Projektes sollen Messungen an einer Forschungsturbine durchgeführt werden. Hierbei soll insbesondere die instationäre Wechselwirkung zwischen Eintrittsrandbedingung in die Turbine, Kühlluftströmung und Interaktion mit der rotierenden Beschaufelung im äußeren Endwandbereich untersucht werden. Aerothermale Mechanismen wurden in der Vergangenheit in diesem Bereich in der Regel separiert betrachtet. Interaktionsmechanismen zwischen der eintretenden Hauptströmung in die Turbine, der Gehäusekühlluft vor und hinter der ersten Statorreihe und der Schaufelspitzenkühlung des Turbinenrotors wurden bisher nicht analysiert. Für die vorgesehenen Messungen ist ein bereits vorhandener großskalierter Turbinenprüfstand vorgesehen, der unter niedrigen Temperatur- und Druckbedingungen betrieben werden kann. Dies ermöglicht den Einsatz von hochauflösender Messtechnik. Die Ergebnisse können mit numerischen Vorhersagen verglichen werden und dienen neben einem phänomenologischen Erkenntnisgewinn der Validierung von Vorhersage- und Simulationswerkzeugen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen