ISBN 9783843929981

978-3-8439-2998-1, Reihe Luftfahrt

Volkan Tasdelen
Untersuchungen zur Auswirkung von Wasser in flüssiger Phase auf das Betriebsverhalten moderner Turboluftstrahltriebwerke

104 Seiten, Dissertation Universität Stuttgart (2016), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

In der vorliegenden Arbeit wird ein Verfahren zur Berechnung der Nassverdichtung innerhalb von Leistungsrechnungsprogrammen für Turboluftstrahltriebwerke vorgestellt. Die Modellierung der Zweiphaseninteraktion innerhalb eines mehrstfiugen Verdichters ermöglicht die Berechnung des Betriebsverhaltens unter Berücksichtigung von Wassereintrag in flüssiger Phase. Das Verfahren wurde anhand eines Beispieltriebwerkes validiert und eignet sich zur Beurteilung der Auswirkungen von Regen auf das Betriebsverhalten der Fluggasturbine.

Die Grundlage dieser Arbeit bildet das RR-interne Leistungsrechnungsprogramm zur Simulation des Betriebsverhaltens von Fluggasturbinen im Trockenbetrieb. Das RR-interne Leistungsrechnungsprogramm wird unter Beibehaltung des modularen Aufbaus zur Berücksichtigung der Zweiphaseninteraktion erweitert. Für die rechnerische Erfassung der Wärme- und Stoffübertragungsprozesse zwischen dem Arbeitsgas und dem flüssigen Wasser wird das Berechnungsverfahren für die Trockenverdichtung um ein Mittelschnittverfahren ausgeweitet. Die Prozessschnittstellen zwischen der Trockenverdichtung und dem Verdampfungsmodell bilden Wärme- und Stoffübertragungsmodelle. Zusätzlich zur Thermodynamik werden die aerodynamischen Phänomene in der Modellierung der Nassverdichtung berücksichtigt. Dies erfolgt durch die Erweiterung des Verdampfungsmodells um ein Tropfenmodell. Das Tropfenmodell berechnet die Tropfentrajektorien im Strömungsfeld des Hochdruckverdichters und wird zur Bestimmung der Aufprallorte der Wassertropfen an den Strukturbauteilen verwendet.

Durch die Implementierung des Nassverdichtungsmodells in das Leistungsrechnungsprogramm ist der nasse Betriebspunkt vorhersagbar und ermöglicht die Bewertung des Pumpgrenzenabstandes infolge des Wassereintrages. Die Validierung des Verfahrens erfolgt durch den Vergleich von Verdichteraustrittstemperatur und -druck aus dem Wassereinspritzungstest des Beispieltriebwerkes mit den entsprechenden Simulationsergebnissen. Als Testfälle werden stationäre Betriebszustände mit unterschiedlichen Wassermengen verwendet. Die Vorhersagen des Nassverdichtungsmodells sind hinreichend genau. Die maximal beobachteten Abweichungen von Verdichteraustrittstemperatur und -druck betragen weniger als 0,6 %.