Die Forschungsschwerpunkte am Institut für Thermische Strömungsmaschinen des Karlsruher Instituts für Technologie liegen im Bereich der Turbomaschinen. Dazu zählen vor allem Triebwerke von Flugzeugen sowie Gas- und Dampfturbinen zur Energieumwandlung. Innerhalb der Maschinen fokussieren sich die Forschungsarbeiten auf die „heißen“ Teile der Maschinen. Dazu zählen neben der Brennkammer und der Hochdruckturbine auch das Sekundärluft- und Ölsystem. Daneben sind auch hydraulische Strömungsmaschinen wie Pumpen sowie Ventilatoren verschiedener Bauarten Gegenstand aktueller Forschung. Entsprechend ist das Institut thematisch in vier Arbeitsgruppen unterteilt:
Komponentenentwicklung
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Die effiziente Bereitstellung der Kühlluft, die Verminderung der Dichtungsluft bzw. der Spaltverluste und die optimale Kühlung der thermisch höchst belasteten Wälzlager erfordern hochinnovative Komponenten im Sekundärluft- und Ölsystem, die am Institut für Thermische Strömungsmaschinen mit modernsten Methoden analysiert werden.
Die Ergebnisse fließen anschließend in Form von optimierten Berechnungsmethoden in den Auslegungsprozess zukünftiger Triebwerke ein und tragen so zur Umsetzung der hochgesteckten Ziele in der Luftfahrt bei.
Brennkammerentwicklung, Verbrennung
Brennkammerentwicklung, Verbrennung
Leitung: Dr. Rainer Koch
Die Verbesserung der Umweltfreundlichkeit stellt ein wesentliches Ziel für die Entwicklung zukünftiger Gasturbinen dar. Dazu werden neue Verbrennungskonzepte entwickelt, mit denen der Schadstoffanteil im Abgas um bis zu 50 % reduziert werden kann. In Zusammenarbeit mit den Herstellern beschäftigt sich das Institut für Thermische Strömungsmaschinen mit der Konzeption und Optimierung schadstoffarmer Brennkammern für zukünftige Gasturbinen. Mit Lasermeßtechnik werden experimentelle Untersuchungen zur Strömung, Kraftstoffeinspritzung von Flüssigbrennstoffen und Schadstoffbildung durchgeführt. Parallel erfolgt die Entwicklung numerischer Verfahren mit dem Ziel die Schadstoffbildung in Brennkammern vorherzusagen.
Wärmeübergang, Kühlmethoden
Wärmeübergang, Kühlmethoden
Leitung: Dr. Maximilian Elfner
Höchste Wirkungsgrade zukünftiger Gasturbinen lassen sich durch eine weitere Erhöhung der Turbineneintrittstemperatur erzielen. Bereits heute liegen diese Temperaturen weit oberhalb der Schmelztemperatur verfügbarer Materialien für Brennkammer und Turbinenschaufeln, so dass eine intensive Kühlung erforderlich wird. Am Institut für Thermische Strömungsmaschinen werden daher neue Kühlkonzepte mit Hilfe gezielter Experimente und numerischer Untersuchungen entwickelt. Dabei stehen Wärmeübergang, Kühleffektivität sowie eine Optimierung der Aerodynamik im Vordergrund.
Hydraulische Strömungsmaschinen
Hydraulische Strömungsmaschinen
Untersuchung, Beurteilung, Auslegung und Beratung bei Aufgabenstellungen in den Bereichen Strömungsmaschinen, Mehrphasenströmungen und allgemeiner strömungstechnischer und strömungsakustischer Probleme in Gebäuden, im Maschinen- und Apparatebau sowie in der Verfahrenstechnik
Herstellung und Kalibrierung von Volumenstrom-Messstrecken
Particle Image Velocimetry (PIV) zur Strömungsvisualisierung
Planung und Herstellung von Ventilator-Prüfständen
Betriebsdatenerfassung an strömungstechnischen Geräten, Ventilatoren und Pumpen
Numerische Simulation (CFD) in bewegten und ruhenden Systemen für stationäre und instationäre Strömungen ein- und mehrphasiger Fluide