Blattspitzenwechselwirkung mit dem Gehäuse und Gehäuseeinbauten

Kurzfassung

Im Rahmen des vorliegenden Vorhabens wurde eine einstufige Verdichterstufe, ausgestattet mit einer speziell auf eine optimierte optische Zugänglichkeit ausgelegten Gehäusekonturierung (Casing-Treatment, CT) sowohl numerisch als auch experimentell untersucht. Im Rahmen der experimentellen Untersuchungen kam dabei ein örtlich hoch auflösendes, planares Messverfahren (PIV) zum Einsatz. Die numerischen Untersuchungen erfolgten mit dem Verfahren TRACE, das zur effizienten Berechnung von Casing-Treatments (und anderen, beliebig anzuordnenden Nebengeometrien) weiterentwickelt wurde. Die durchgeführten Weiterentwicklungen umfassten dabei die Erweiterung der versetzt-periodischen (phaselag) Randbedingungen auf den Einsatz typischer CT Konfiguration. Die erweitere Methodik wurde umfassend dokumentiert, die Integration in das Verfahren beschrieben und überprüft und damit dessen Einsetzbarkeit nachgewiesen. Das derart weiterentwickelte Verfahren kam dann bei der Nachrechnung der untersuchten Verdichterkonfiguration zum Einsatz. Im Rahmen der experimentellen Untersuchungen wird die Adaption der Messtechnik an den Prüfstand der TU Darmstadt beschrieben. Bei der Auslegung des CT’s seitens der MTU wurde durch eine radiale Ausrichtung der CT-Schlitze bereits eine optimale optische Zugänglichkeit berücksichtigt, sodass die experimentellen Daten insgesamt einen hervorragenden Einblick in die komplexe Strömungsphysik der gehäusenahen Rotor-Slot Interaktion liefern. Messdaten wurden dabei im gehäusenahen Bereich für mehrere Betriebspunkte und unterschiedliche Rotorstellungen gewonnen. Die Vergleiche mit den numerischen Daten zeigten dabei eine bemerkenswert gute Übereinstimmung nahezu über den gesamten Betriebsbereich. Sowohl die lokalen Strömungsphänomene wie Stoßsysteme, Expansiongebiete als auch deren instationäre Wechselwirkung mit den im Gehäuse eingebrachten Schlitzen konnten schließlich anhand der qualitativ hochwertigen Messdaten studiert und im Detail mit den numerischen Daten verglichen werden. Darüber hinaus konnten die numerischen Daten - abgesichert durch das Experiment - schließlich dazu genutzt werden, die Wirkungsweise der Gehäusekonturierung im zu untersuchen.