Numerisches Verfahren zur genauen Analyse der Kühleffektivität filmgekühlter Turbinenschaufeln

Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein numerisches Verfahren zur Berechnung der Aerodynamik und des Wärmeübergangs an gekühlten Turbinenschaufeln entwickelt. Um die notwendige hohe Auflösung zur Berechnung der Temperaturgrenzschicht im Verfahren effizient zu verar-beiten, wurde eine implizite Zeitdiskretisierung der Navier-Stokes Gleichungen entwickelt. In einem weiteren Schritt wurde eine Präkonditionierung für die Gleichungen auf Basis eines Upwind-Verfahrens entwickelt, um Strömungen mit Machzahlen << 0.1 mit dem dichtebasierten Verfahren berechnen zu können. Die Berechnung des laminar-turbulenten Umschlags wurde durch die Integration eines Transitionsmodells in Verknüpfung mit dem k-omega Modell möglich. Das Verfahren wurde aerodynamisch an Turbinen- und Verdichterkonfigurationen, aerothermisch an einer ungekühlten und einer filmgekühlten Turbinenschaufel, die Fan-Shape-Bohrungen verwendet, validiert. Die Mischungsvorgänge wurden ausführlich mit Hilfe des numerischen Verfahrens untersucht.