Leistungssteigerung von Strömungsmaschinen durch aktive Sekundärströmungsbeeinflussung in einer Verdichterstufe

• Applicants: Dr.-Ing. Robert Meyer; Professor Dr. Jörn Lothar Sesterhenn
• Subject Area: Hydraulic and Turbo Engines and Piston Engines ; Fluid Mechanics
• Term: from 2009 to 2015
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 88184471

Es soll die Strömungsbeeinflussung durch Absaugung im Schaufel-/Wandbereich zusätzlich an anwendungsnahen Konfigurationen (Berücksichtigung von Fillets) und außerdem das Betriebsverhalten im gesamten Arbeitsbereich untersucht werden. Insbesondere sollen Lösungen gefunden werden, die auch bei niedrigeren Absaugraten (<2%) zu weiteren Verbesserun-gen führen. Hierfür sollen neue Geometrien entwickelt bzw. optimiert werden, die mit weniger Massenstrom durch geschickte Positionierung und Gestaltung weiterhin Verbesserungen erzielen. Aus der laufenden Phase wurde bei den Untersuchungen an der Referenzkonfiguration ohne Absaugung deutlich, dass die Grenzschichtdicke der Zuströmung sowie deren Turbulenz¬eigenschaften einen großen Einfluss auf das Verlustverhalten von Verdichtergittern besitzen. In der neu beantragten Phase sollen deshalb ergänzend die Zuströmbedingungen sowie deren Einfluss experimentell untersucht werden. Hierfür ist vorgesehen, die Grenzschichtdicke der Zuströmung zu variieren und experimentell die Turbulenzeigenschaften (Turbulenzgrad u. integrales Längenmaß) mit Hilfe von Hitzdrahtmessungen zu bestimmen. Auf der numerischen Seite soll außerdem in einer Parameterstudie die Schaufelstreckung bei variierenden Seitenwandgrenzschichtdicken untersucht werden. Somit kann ein umfassendes Bild von den einzelnen Abhängigkeiten (Schaufelstreckung, Grenzschichtdicke, Turbulenzgrad) der verlustbehafteten Sekundärströmung und deren Auswirkungen auf die Gitterperformance aufgezeichnet werden. Alle Untersuchungen sollen an zwei verschiedenen Verdichterprofilen durchgeführt werden, um eine allgemein gültige Aussage liefern zu können. Hierfür ist das bewährte NACA65 als auch ein Gitter mit Profilen der CDA Baureihe vorgesehen. Verschiedene Inzidenten (±6°) und Machzahlen (0.5 < Mach < 0.7) sollen zu einem vollständigeren Bild der aktiven Maßnahmen beitragen.Mit den gewonnen Erkenntnissen und dem bereits vorhanden Wissen aus dem Bereich der passiven Strömungsbeeinflussung ist vorgesehen, zum Ende der beantragten Phase eine Geometrie zu entwickeln, die eine intelligente Kopplung der passiven und der aktiven Strömungsbeeinflussung miteinander kombiniert. Das Zusammenspiel aus Numerik und Experiment, das in der ersten Antragsphase bereits zu sehr guten Ergebnissen führte, soll fortgesetzt werden. Es erlaubt ganzheitliche Betrachtungen der Gitterströmung mit und ohne Beeinflussung. Dabei liefert das Experiment Daten zur Validierung der eingesetzten numerischen Methoden, während die Simulationen Betriebspunkte abbilden können, die experimentell nicht umsetzbar sind.

• DFG Programme: Research Grants
• Participating Person: Professor Dr.-Ing. Frank Thiele