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Potential of a Nozzle Guide Vane Cooling Concept Adapted to Circumferential Temperature Variations

Schöffler, Robin und Müller, Michael und Grunwitz, Clemens und Brakmann, Robin und Krewinkel, Robert (2025) Potential of a Nozzle Guide Vane Cooling Concept Adapted to Circumferential Temperature Variations. In: 70th ASME Turbo Expo 2025: Turbomachinery Technical Conference and Exposition, GT 2025. Turbo Expo 2025: Turbomachinery Technical Conference and Exposition, 2025-06-16 - 2025-06-20, Memphis, Tennessee, USA. doi: 10.1115/GT2025-152700. ISBN 978-0-7918-8882-7.

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Kurzfassung

This study explores the relationship between spatial turbine inlet temperature variations and potential cooling air savings by optimizing nozzle guide vane (NGV) cooling configurations. As turbine inlet temperatures increase to enhance thermal efficiency, the need for effective cooling systems that minimize cooling air consumption becomes critical. Currently, NGV cooling configurations are designed based on the peak gas temperature occurring within the hot streak downstream the center of the burner. This leads to excessive cooling in regions downstream of lower temperature zones, thereby reducing turbine efficiency. By considering the radial and circumferential temperature distribution at the combustor outlet, the study demonstrates that adapting NGV cooling configurations to these variations can significantly reduce total cooling air consumption. Computational fluid dynamics (CFD) simulations are used to prepare the boundary conditions required for the cooling design for burner-NGV ratios of 1:2, 2:5 and 1:5. A semi-empirical cooling design tool is used to develop a state-of-the-art cooling configuration for a high-pressure turbine NGV in each case with subsequent cooling configurations tailored to the thermal load between hot streaks. The alternating cooling designs in the circumferential direction reduce the required amount of coolant by 9.1 % to 13.6 %. These results provide valuable insight for turbine designers, allowing them to optimize cooling strategies by balancing the potential air savings with the associated design complexity, ultimately improving turbine efficiency.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/218052/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Potential of a Nozzle Guide Vane Cooling Concept Adapted to Circumferential Temperature Variations
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Schöffler, RobinRobin.Schoeffler (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-0931-9021195579928
Müller, MichaelMi.Mueller (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-6436-0801NICHT SPEZIFIZIERT
Grunwitz, ClemensClemens.Grunwitz (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-4157-7415NICHT SPEZIFIZIERT
Brakmann, RobinRobin.Brakmann (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-3598-0742195579929
Krewinkel, RobertRobert.Krewinkel (at) tugraz.atNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:11 August 2025
Erschienen in:70th ASME Turbo Expo 2025: Turbomachinery Technical Conference and Exposition, GT 2025
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Nein
DOI:10.1115/GT2025-152700
ISBN:978-0-7918-8882-7
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Jet Engine; Turbine; Cooling; Optimization; Combustor-Turbine
Veranstaltungstitel:Turbo Expo 2025: Turbomachinery Technical Conference and Exposition
Veranstaltungsort:Memphis, Tennessee, USA
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:16 Juni 2025
Veranstaltungsende:20 Juni 2025
Veranstalter :The American Society of Mechanical Engineers
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Umweltschonender Antrieb
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L CP - Umweltschonender Antrieb
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Komponenten und Emissionen, L - Triebwerkskonzepte und -integration
Standort: Göttingen
Institute & Einrichtungen:Institut für Antriebstechnik > Turbine
Institut für Antriebstechnik > Numerische Methoden
Hinterlegt von: Schöffler, Robin
Hinterlegt am:30 Okt 2025 11:04
Letzte Änderung:30 Okt 2025 11:04

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