ISBN 978-3-8439-0416-2

978-3-8439-0416-2, Reihe Ingenieurwissenschaften

Marco Schwarze
Numerische Simulation hochbelasteter Niederdruckturbinen unter besonderer Berücksichtigung periodisch instationärer Zuströmung

189 Seiten, Dissertation Universität der Bundeswehr München (2012), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Für die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten numerischen Simulationen wurde der Strömungslöser TRACE des Instituts für Antriebstechnik des DLR Köln verwendet. Das Verfahren stellt einen typischen Vertreter der in der industriellen Auslegung eingesetzten Navier-Stokes- Verfahren dar.

Die vorliegende Arbeit liefert zunächst einen Beitrag zur Validierung des Verfahrens bei stationärer Zuströmung. Die Sensitivität des Modells in Bezug auf den Einfluss des Zuströmturbulenzgrades konnte in diesem Zusammenhang durch eine Erweiterung der Modellierung verbessert werden. Das wesentliche Ziel dieser Arbeit liegt jedoch in der Beurteilung der Leistungsfähigkeit des Verfahrens in Bezug auf die Vorhersagegenauigkeit instationärer Grenzschichteffekte bei periodisch instationärer Zuströmung. Hier sind insbesondere die nachlaufinduzierte Transition sowie die Erfassung beruhigter Bereiche zu nennen. Zu diesem Zweck wurden die gewonnenen Simulationsergebnisse im Vergleich mit experimentellen Daten detailliert analysiert und mit dem in der Literatur beschriebenen Kenntnisstand verglichen.

Es wurden zwei verschiedene Niederdruckturbinengitter betrachtet, welche bereits durch andere Autoren im Hochgeschwindigkeits-Gitterwindkanal des Instituts für Strahlantriebe der Universität der Bundeswehr München experimentell untersucht worden sind. So lagen für das Gitter T164 zeitgemittelte Messdaten für einen weiten Betriebsbereich vor, wobei insbesondere der Einfluss des Zuströmturbulenzgrades und der periodisch instationären Zuströmung in Abhängigkeit von der Abström-Reynolds-Zahl betrachtet worden sind. Für die Validierung der instationären saugseitigen Grenzschichtentwicklung wurde auf detaillierte zeitaufgelöste Messdaten für das Gitter T106D-EIZ zurückgegriffen. Beide Turbinengitter sind durch das Auftreten einer ausgeprägten laminaren Ablöseblase im Auslegungspunkt gekennzeichnet.