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Influence of Radial Pressure Gradient on Secondary Flows: Numerical Study and Design Optimization for High-Speed Annular Sector Cascades

Klappenberger, Moritz und Landfester, Christian und Krewinkel, Robert und Böhle, Martin (2025) Influence of Radial Pressure Gradient on Secondary Flows: Numerical Study and Design Optimization for High-Speed Annular Sector Cascades. International Journal of Turbomachinery, Propulsion and Power, 10 (3), Seite 18. Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI). doi: 10.3390/ijtpp10030018. ISSN 2504-186X.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
16MB

Offizielle URL: https://doi.org/10.3390/ijtpp10030018

Kurzfassung

Secondary flow phenomena have a significant influence on the generation of losses and the propagation of coolant on the turbine end walls. The majority of film cooling studies are carried out on linear rather than annular cascades due to the structural simplicity and ease of measurement integration of the former. This approach neglects the effects of the radial pressure gradient that is naturally imposed on the vortex flow in annular cascades. The first part of this paper numerically investigates the effect of the radial pressure gradient on the secondary flow under periodic flow conditions by comparing a linear and an annular case. It is shown that the radial pressure gradient has a significant influence on the propagation of the secondary flow induced vortices in the wake of the nozzle guide vanes (NGV). In the second part of the paper, a novel approach of a five-passage annular sector cascade is presented, which avoids the hub boundary layer separation, as is typical for this type of test rig. To increase the periodicity, a benchmark approach is introduced that includes multiple pointwise and integral flow quantities at different axial positions. Based on the optimized best-case design, general design guidelines are derived that allow a straightforward design process for annular sector cascades.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/220769/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Influence of Radial Pressure Gradient on Secondary Flows: Numerical Study and Design Optimization for High-Speed Annular Sector Cascades
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Klappenberger, MoritzUniversity of Kaiserslautern-Landauhttps://orcid.org/0009-0001-4990-7055NICHT SPEZIFIZIERT
Landfester, ChristianGerman Aerospace CenterNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Krewinkel, RobertGraz University of TechnologyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Böhle, MartinUniversity of Kaiserslautern-LandauNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:5 August 2025
Erschienen in:International Journal of Turbomachinery, Propulsion and Power
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:10
DOI:10.3390/ijtpp10030018
Seitenbereich:Seite 18
Verlag:Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI)
ISSN:2504-186X
Status:veröffentlicht
Stichwörter:annular sector cascade; secondary flow phenomena; radial pressure gradient; nozzle guide vane; numerical optimization
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Institut für Future Fuels
Hinterlegt von: Thanda, Vamshi Krishna
Hinterlegt am:12 Dez 2025 09:23
Letzte Änderung:12 Dez 2025 09:23

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