ISBN 978-3-8439-1084-2

978-3-8439-1084-2, Reihe Thermodynamik

Fahmi Ben Ahmed
Untersuchung von Active Clearance Control (ACC) Systemen zur Kühlung von Niederdruckturbinengehäusen

213 Seiten, Dissertation Universität Stuttgart (2013), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Im Verlauf dieser Arbeit werden zwei verschiedene Active Clearance Control (ACC) Kühlsysteme untersucht. Im ersten Teil der Arbeit liegt der Fokus der Untersuchung auf dem Strömungsfeld sowie auf den Wärmeübergangs- und Druckverlustcharakteristika in einem Endstück eines ACC Rohr-Systems. Die numerischen und experimentellen Arbeiten werden für ein einseitig geschlossenes Rohrsegment mit 20 in Reihe angebrachten Düsen an der Unterseite durchgeführt. Der Vergleich ermöglicht eine Validierung der eingesetzten numerischen Verfahren und zeigt ihre Eignung, die vorliegende industrielle Problemstellung mit guter Näherung zu untersuchen. Als nächstes wird der Einfluss verschiedener Parameter auf den Wärmeübergang und den Druckverlust anhand stationärer Simulationen bestimmt. Für eine konstante Strahlreynoldszahl 7 500 wird der Einfluss von Strahlmachzahlen von bis zu 0,7 vorgestellt. Dafür wird entweder der Düsendurchmesser oder die Fluiddichte angepasst. Im weiteren Verlauf der Arbeit wird der Einfluss der Strahlreynoldszahl (3 750 bis 15 000) unabhängig von dem der Strahlmachzahl näher untersucht. Hierfür wird entweder die Strahlmachzahl, die Fluiddichte oder der Düsendurchmesser variiert. Anschließend wird für die konstante Strahlreynoldszahl 7 500 und drei ausgewählte Strahlmachzahlen 0,17, 0,42 und 0,68 der Effekt der Anpassung des Rohrdurchmessers, des Düsenabstandes, der Rohrwandstärke und des Prallplattenabstandes auf die Kühlleistung des ACC Rohr-Systems diskutiert. Die Untersuchungen führen zu zwei neuen Korrelationen, die das Verhalten der Nusseltzahl und der Durchflusszahl wiedergeben können. Danach werden zwei Möglichkeiten besprochen, um die Leistung des ACC Rohr-Systems zu verbessern. Dabei wird entweder die Düsenform oder die Pralloberfläche angepasst. Für ersteres werden konische sowie elliptische Formen untersucht. Desweiteren wird die Möglichkeit untersucht, den Wärmeübergang an der Platte mittels verschiedener oberflächenvergrößernder Elemente zu realisieren. In dem abschließenden Teil der Arbeit werden die Ergebnisse der numerischen Untersuchung an einem ACC Panel-System gezeigt. Dieses besteht aus einem Plenum und mehreren Rohren, die insgesamt 386 Düsen beinhalten. Eine ausführliche Beschreibung des Strömungsfeldes im Plenum, in den Rohren, in den Düsen und in der Nähe der Pralloberfläche wird präsentiert. Ein Vergleich der Ergebnisse des Wärmeübergangs und des Druckverlusts der verschiedenen Rohre schließt diesen Abschnitt ab.