Modellierung der Strömungs-Flamme-Kühlluft-Interaktion unter technisch relevanten Bedingungen (T01)

• Fachliche Zuordnung: Strömungsmechanik ; Energieverfahrenstechnik ; Technische Thermodynamik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 237267381

Das Ziel des Transferprojekts ist die Entwicklung und Evaluierung von Simulationsmodellen zur Beschreibung der Wärmeübertragung und -verluste in effusionsgekühlten Gasturbinen. Grundlage sind Modelle für wandnahe Strömungs- und Verbrennungsprozesse, die im Rahmen des SFB/TRR 150 entwickelt wurden. Diese Modelle werden unter realitätsnahen gasturbinenrelevanten Druck-, Temperatur- und Strömungsbedingungen validiert und bei Bedarf um zusätzliche physikalische Effekte erweitert. Das Projekt umfasst zwei zentrale Bereiche: Teil 1: Flamme-Kühlluft-Interaktion Dieser Bereich fokussiert sich auf reaktive Strömungen und untersucht die Effekte effusionsgekühlter Brennkammerwände. Ziel ist die Entwicklung prädiktiver Modelle, die den Einfluss der Effusionskühlluft auf die wandnahe Flammendynamik und Schadstoffbildung präzise abbilden. Teil 2: Heißgas-Kühlluft-Interaktion Dieser Bereich untersucht nicht-reaktive Strömungen an filmgekühlten Turbinenleitschaufeln (Nozzle Guiding Vanes, NGVs). Ziel ist ein besseres Verständnis der thermodynamischen und aerodynamischen Effekte der Heißgasströmung auf filmgekühlte Strukturen sowie die Entwicklung zuverlässiger LES-Wandmodelle. Die Validierung und Optimierung der Modelle erfolgen schrittweise anhand gasturbinenrelevanter Konfigurationen mit wachsender Komplexität. Zunächst werden vereinfachte Konfigurationen analysiert, die hochaufgelöste Simulationen als Referenzbasis nutzen. Abschließend werden die validierten Modelle durch den Industriepartner für reale Gasturbinenbrennkammern und NGVs verwendet. Die industrielle Simulationssoftware PRECISE-UNS von Rolls-Royce Deutschland (RRD) wird dabei als Plattform genutzt. Das Projekt basiert auf einer engen Kooperation zwischen Rolls-Royce Deutschland und der Technischen Universität Darmstadt (TUDa). Während die TUDa die Weiterentwicklung der Modelle übernimmt, liegt der Schwerpunkt bei RRD auf deren Integration und Anwendung in industriellen Simulationen. Diese Zusammenarbeit ermöglicht eine kontinuierliche Modellentwicklung und einen direkten Wissenstransfer in die Praxis. Gleichzeitig fließen Anforderungen und Erkenntnisse aus der Simulation realer Systeme unmittelbar in die Validierung und Weiterentwicklung der Modelle ein.

• DFG-Verfahren: Transregios (Transferprojekt)
• Teilprojekt zu: TRR 150: Turbulente, chemisch reagierende Mehrphasenströmungen in Wandnähe
• Antragstellende Institution: Technische Universität Darmstadt
• Unternehmen: Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co KG
• Teilprojektleiter: Professor Dr. Christian Hasse