ISBN 9783843929196

978-3-8439-2919-6, Reihe Strömungsmechanik

Katharina Winter
Einfluss einer Mehrfachwelligkeit auf die Aerodynamik eines sub- und transsonisch umströmten, ebenen Verdichtergitters

219 Seiten, Dissertation Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen (2016), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

In der vorliegenden Arbeit werden experimentelle und numerische Untersuchungen zum Einfluss einer saugseitigen, sinusförmigen Welligkeit als Form einer Fertigungsabweichung auf die Aerodynamik eines Hochdruckverdichterprofils vorgestellt.

Grundlage der Studie bilden Messungen an dem ebenen Gitterwindkanal des Institutes für Strahlantriebe und Turboarbeitsmaschinen der RWTH Aachen unter Variation der Wellenparameter, der Zuströmmachzahl und des Inzidenzwinkels bei konstanter Reynoldszahl. Die maximale Wellenhöhe liegt dabei innerhalb der Profiltoleranz. Durch den Machzahlbereich wird eine subsonische wie auch eine transsonische Profilumströmung abgebildet. Durch die Inzidenzvariation erfolgt eine Verschiebung des Transitionspunktes auf dem Profil, sodass neben einer turbulenten auch eine teilweise laminare Profilströmung vorliegt. Die Bewertung des aerodynamischen Einflusses erfolgt über die Änderung des Totaldruckverlustbeiwertes und der Umlenkung des Profils.

Ergänzend werden Ergebnisse einer numerischen Untersuchung präsentiert. Ziel dieser Untersuchung ist zum einen die Ursache für die auftretenden Abweichungen im Totaldruckverlustbeiwert und der Umlenkung im Experiment zu analysieren, zum anderen aber auch eine Verallgemeinerung der Erkenntnisse aus den Einzelfällen im Experiment. Dazu zählen Inzidenzvariationen über den kompletten Arbeitsbereich des Profils, eine Phasenverschiebung der Welligkeit, wie auch die Betrachtung einer druckseitigen Welligkeit.

Die Arbeit zeigt auf, dass es zu einer drastischen Verlustzunahme kommt, sobald die Strömung an einer fallenden Wellenflanke ablöst. Diese Ablösungen können zwei Ursachen haben: die Verzögerung an der fallenden Wellenflanke oder eine Stoß-Grenzschicht-Interaktion. Bei der ersten Ursache zeigt sich ein unterschiedliches Ablöseverhalten abhängig davon ob die Grenzschicht laminar oder turbulent ist.

Für die Definition von Fertigungsrichtlinien werden dem Anwender die auftretenden Zusammenhänge aufgezeigt und deren Auswirkung verdeutlicht, sodass es im industriellen Kontext möglich ist die Fertigungsrichtlinien für Welligkeiten gezielt festzulegen.