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Optimierung der 3D Seitenwandkonturierung, Vorhaben-Nr.: AG Turbo 3.2.3 & 3.2.4

Optimierung der 3D Seitenwandkonturierung, Vorhaben-Nr.: AG Turbo 3.2.3 & 3.2.4
Tagung:

14. Statusseminar der AG TURBO

Tagungsort:

DLR, Köln-Porz, Germany

Datum:

08.12.2014 - 09.12.2014

Autoren:

Kneer, Johannes
Pütz, Franz
Schulz, Achmed
Bauer, H.-J.
Krückels, Jörg
Gersbach, Frank
Retzko, Stefan

In diesem Vorhaben wird der Einfluss einer dreidimensionalen Konturierung auf das Strömungs- und Kühlverhalten von Schaufelseitenwänden analysiert. In einem ersten Schritt wurde eine dreidimensionale Seitenwand einer Hochdruckturbinen- Leitbeschaufelung mit Hilfe eines Optimierungsalgorithmus erzeugt (Vorhaben 3.2.3). Basierend auf dieser Oberflächentopologie wurde ein Versuchskonzept entwickelt, das eine experimentelle Bestimmung des Potentials der Seitenwandkonturierung im Hinblick auf aerodynamische Verluste und das Kühlverhalten ermöglicht (Vorhaben 3.2.4). In einer ebenen Schaufelkaskade werden hierzu detaillierte Messungen von Oberflächendrücken auf der Seitenwand und am Umfang der Schaufel durchgeführt. Weiterhin werden Analysen des Wärmeübergangs auf der gekühlten Seitenwand ohne und mit lokaler Ausblasung von Kühlluft durchgeführt. Im Falle der nicht filmgekühlten Seitenwand wird zusätzlich der Einfluss von Oberflächenrauigkeit analysiert. Als Referenz dient eine eben, nicht konturierte gekühlte Seitenwand ohne lokale Kühlluftausblasung. Bei allen Versuchsanordnungen kann der Einfluss einer Sperrlufteinblasung vor der Kaskade bestimmt werden.

In diesem Bericht wird zunächst die Erzeugung der Oberflächentopologie der Seitenwand beschrieben. Danach erfolgt eine detaillierte Darlegung der konstruktiven Gestaltung des Versuchsaufbaus und des zugrunde liegenden Versuchskonzeptes. Messergebnisse umfassen sowohl Druckverteilungen der ebenen und konturierten Seitenwand als auch Druckverteilungen entlang des Schaufelprofils. Als Ergebnisse thermischer Analysen werden die Oberflächentemperaturen auf einer filmgekühlten dreidimensional konturierten Seitenwand gezeigt und die daraus abgeleiteten lokalen Wärmeübergangskoeffizienten diskutiert.