CFD-Simulation von Drallerzeuger und Heizer im Windkanal für ebene Gitter (EGG)

Abstract

In der vorliegenden Masterarbeit wird eine numerische Strömungssimulation mit dem Strömungslöser TRACE und dem Lösen der RANS-Gleichungen von dem Windkanal für ebene Gitter (EGG) des DLR in Göttingen durchgeführt. Neben der Betrachtung des Referenzmodells als Vergleichsfall werden zwei Heizkonzepte in den EGG integriert, um sie vor geplanten Umbaumaßnahmen im Rahmen der experimentellen Untersuchungen des Projekts 3DCeraTurb zu bewerten. Beim ersten Konzept handelt es sich um einen Gesamtstromheizer, der das Fluid stromauf der Düse erhitzt. Durch die erhöhte Temperaturdifferenz sollen Wärmeübergangsmessungen an den Schaufeln ermöglicht werden. Es wird gezeigt, dass eine Beschädigung der hitzeempfindlichen CFK-Düse durch die Heizerwärme nicht zu erwarten ist. Die Schaufeln erfahren eine Temperatur von T/Tt,in= 1,4, wobei vor allem auf den zwei mittleren Schaufeln eine erhöhte Temperatur vorliegt. Beim zweiten Konzept wird die Strömung stromauf der Schaufeln durch drei Teilstromheizer erhitzt, an die sich jeweils ein Drallerzeuger anschließt. Dieses Konzept soll aus der Brennkammer aus- und in die Turbine eintretende Hot-Streaks simulieren. Es werden zwei Positionen der Teilstromheizer betrachtet. Bei der ersten trifft der Hot-Streak auf die Schaufelvorderkante und bei der zweiten mittig auf die Schaufelpassage. Bei der Position, bei der der Hot-Streak auf die Vorderkannte trifft, werden ausschließlich die Schaufeln erhitzt, die direkt vom Hot-Streak getroffen werden. Bei dieser Position sind die absoluten Temperaturen auf der Schaufelwand größer als bei der Position, bei der der Hot-Streak in die Passage trifft. Die isentrope Mach-Zahl auf der Schaufelwand und die Periodizität über die Schaufelkaskade wird bei beiden Positionen durch den Drall gestört.