ISBN 9783843906241

978-3-8439-0624-1, Reihe Ingenieurwissenschaften

Arne Vorreiter
Aktive Strömungsbeeinflussung im Stator eines mehrstufigen Axialverdichters

172 Seiten, Dissertation Universität Hannover (2011), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Auf dem Gebiet der Fluggasturbinen besteht seit jeher das Bestreben, die Anzahl der Verdichterstufen unter Beibehaltung des Gesamtdruckverhältnisses zu reduzieren, um so Gewicht, Material und Kosten einzusparen. Um die resultierende Erhöhung der spezifischen Stufenarbeit des Verdichters zu ermöglichen, ist eine Erhöhung der aerodynamischen Belastung in der Stufe unumgänglich. Bereits in früheren Forschungsprojekten wurde daher oft erfolgreich versucht, durch aktive Strömungsbeeinflussung die aerodynamische Belastbarkeit von verzögerten Grenzschichtströmungen zu erhöhen. Häufig ist dabei jedoch der Gesamtwirkungsgrad unter Berücksichtigung des Aufwandes für die aktive Strömungsbeeinflussung gegenüber dem Referenzfall gesunken. Das aus der Tragflügelaerodynamik bekannte Konzept der Zirkulationskontrolle stellt durch die Kombination von Ausblasung und Coanda-Effekt eine besonders effiziente Form der aktiven Strömungsbeeinflussung dar.

In der vorliegenden Arbeit wird der Einsatz eines Stators mit Zirkulationskontrolle bei reduzierter Schaufelzahl für einen Axialverdichter vorgestellt. Die gekrümmte Coanda-Oberfläche befindet sich hinter einem Ausblasschlitz auf der Saugseite im Bereich der Schaufelhinterkante des Stators der ersten Stufe eines vierstufigen Hochgeschwindigkeits-Axialverdichters. Die gezeigten Ergebnisse basieren zum Großteil auf numerischen Berechnungen des Verdichters. Es erfolgt eine Analyse des aktiv beeinflussten Stators hinsichtlich des energetischen Wirkungsgrades der Verlustminderung durch die Ausblasung in Abhängigkeit von der Ausblasrate und der Leistung des Ausblasstrahls, der Mehrstufeneffekte und signifikanter Strömungsdetails in den hinteren Stufen, sowie des Gesamtwirkungsgrades des aktiv beeinflussten Axialverdichters. Trotz einer durch die Reduktion der Schaufelzahl im Stator der ersten Stufe gestörten Stufen-Abstimmung wird erfolgreich gezeigt, dass die hohe Effizienz der Zirkulationskontrolle bereits bei geringer aerodynamischer Belastung zu einem positiven Effekt auf den Axialverdichter führt.