Entwicklung und Einsatz eines Sonden-basierten PIV Systems zur störungsfreien, dreikomponentigen Geschwindigkeitsmessung im Blattspitzenbereich transsonischer Turbomaschinen-Strömungen

Abstract

In der vorliegenden Arbeit wird am Beispiel des Transsonik-Verdichters der Technischen Universität Darmstadt die Entwicklung spezieller Lichtschnitt-Sonden präsentiert, die durch wandbündige Integration in das Verdichtergehäuse weitgehend störungsfreie Particle Image Velocimetry (PIV) Messungen im Schaufelspitzenbereich des transsonischen Rotors ermöglichen. An der zusätzlich mit einem Casing Treatment (CT) im Gehäuse ausgestatteten Verdichterstufe wird die volle Einsatzreife der entwickelten PIV Konfiguration demonstriert. In der anschließenden, detaillierten Untersuchung werden flächige, örtlich hoch aufgelöste Geschwindigkeitsdaten gewonnen, die einen Einblick in die komplexe Interaktion der Rotorströmung mit dem CT gewähren. Im Rotorspalt werden sogar dreikomponentige Messungen mittels stereoskopischer PIV realisiert. Die Strömungsergebnisse dienen der Unterstützung und Validierung entsprechender numerischer Simulationen mit TRACE. Ein Vergleich von PIV und TRACE Ergebnissen wird in der Arbeit detailliert diskutiert. Zusätzlich werden aus dem Vergleich Kenntnisse über die spezifische Wirkungsweise des gewählten "bend-slot" CT gewonnen. Insbesondere die Beeinflussung des Spaltwirbels stellt sich als charakteristisches Merkmal für die Erweiterung des stabilen Verdichter-Arbeitsbereichs heraus.