Experimentelle Untersuchung des Wärmeübergangs in einem berippten Strömungskanal zur Simulation der internen Kühlung einer Gasturbinenschaufel

Kurzfassung

Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Versuchsstand für Wärmeübergangsmessungen in Betrieb genommen. Mit Hilfe einer Infrarotkamera wurden Wärmeübergangsmessungen an der Unterseite eines berippten Strömungskanals durchgeführt. Die Ergebnisse der ersten Wärmeübergangsmessungen zeigten auf, dass durch die Rippen der Oberseite einen Teil des Messbereiches verdeckt wurde. Um dem entgegen zu wirken, entschloss man sich, zusätzliche Messungen unter einem anderen Betrachtungswinkel durchzuführen. Durch das Zusammenführen beider Messungen gelang es Messdaten für den gesamten Strömungskanal zu erhalten. Die anschließende Auswertung der Messdaten und die Ermittlung des Wärmeübergangskoeffizienten bzw. der Verteilung des Wärmeübergangskoeffizienten _(x; y) ermöglichte die Untersuchung des Strömungskanals hinsichtlich des Wärmeübergangs. Rückführend auf die Untersuchung konnte festgestellt werden, dass die Rippen einen entscheidenden Einfluss auf den Wärmeübergaben haben. Im Vergleich zu den glatten Ein- und Auslaufkanal wurde der Wärmeübergang in den Bereichen zwischen den Rippen deutlich angehoben. Zudem konnte der Einfluss durch das Schrägstellen der Rippen auf den Wärmeübergang identifiziert werden. Was dies betrifft, ergaben sich in den Bereichen zwischen den Rippen an der Unterseite des Einlaufkanals, die in der Praxis der Schaufelvorderkante entspricht, sehr hohe Wärmeübergänge. Zusammenfassend kann in Bezug auf die anfänglich gestellte Leitfrage gesagt werden, dass aus den Ergebnissen der Arbeit hervorgeht, dass der Wärmeübergang durch das Einbringen der Rippen gezielt beeinflusst werden kann. Der in diesem Rahmen entstanden Prüfstand für Wärmeübergangsmessungen bietet die Möglichkeit weiterführende Untersuchungen durchführen zu lassen. Es könnte beispielsweise ein weiterer Strömungskanal gefertigt werden, bei dem die gegenüberliegende Seite, die Oberseite, hinsichtlich des Wärmeübergangs untersucht werden kann. Für die Auswertungen der Messungen können die bereits bestehenden und in dieser Arbeit neu geschriebenen Programme verwendet werden. Die Messdaten dieser Arbeit, könnten dann zusammen mit den neuen Messdaten für Validationszwecke numerischer Rechnungen herangezogen werden. Des Weiteren könnte an dem bereits bestehenden Strömungskanal der Einfluss der Strömungsgrößen auf den Wärmeübergang untersucht werden.