Sekundärverlust-dominierte Strömung für transsonische Turbinengitter mit sehr kleinem Höhen-Sehnen-Verhältnis

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Konrad Vogeler
• Fachliche Zuordnung: Strömungs- und Kolbenmaschinen
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 258090413

In dem beantragten Vorhaben soll ein vertieftes Verständnis für die Verlustvorgänge und daraus deutlich erweiterte Verlustkorrelationen für Turbinengitter mit sehr kleinen Höhen-Sehnen-Verhältnissen entwickelt werden. Bisher veröffentlichte Verlustvorhersagen decken diesen Bereich explizit nicht ab, weshalb eine Erweiterung sinnvoll ist. Die geplanten Untersuchungen sollen sowohl bei sub- als auch transsonischen Strömungs-geschwindigkeiten durchgeführt werden, da das Auftreten von Überschallströmungen bei den Anwendungsfällen typisch ist. Das noch nur wenig untersuchte, besondere Problem bei dieser Aufgabenstellung ist das extreme Zusammenwachsen der Randgebiete und der Einfluss dieses Phänomens auf die Hauptströmung durch das Gitter und seinen Verlusten.Zur Erstellung der Datenbasis für das Verlustmodell ist eine hybride Vorgehensweise geplant, bei welcher die Breite der Datenvariation durch zuvor validierte numerische Untersuchungen abgedeckt wird. Einzelne Realisierungen sollen in einem transsonischen Gitterkanal experimentell untersucht werden, um die CFD zu validieren. Durch die numerische Simulation gewinnt die Untersuchung enorm an Flexibilität und Umfang der möglichen Daten. Aus eigenen Vorarbeiten ist bekannt, dass die Genauigkeit der numerischen Ergebnisse für den Zweck der empirischen Verlustvorhersage in einem weiten Geometriebereich ausreichend ist.Abgerundet wird das angestrebte Vorhaben durch Untersuchungen des Strömungsverhaltens außerhalb des Auslegungspunktes. Denn auch die Inzidenzverlustvorhersagemodelle sind für den Bereich transsonischer Strömung bei sehr kleinen Höhen-Sehnenverhältnissen der Beschaufelung nicht validiert und nicht verstanden.Das Vorhaben ist nicht nur wissenschaftlich interessant, Anwendungsfälle für den erweiterten Bereich der Verlustvorhersage sind bei der Auslegung von Druckluftturbinen mit enorm hoher Leistungsdichte vorhanden. Eingesetzt werden diese in Triebwerkssimulatoren für Windkanal-Modellversuche von Verkehrsflugzeugen, in schnelldrehenden Druckluftmotoren für die Medizintechnik, den Bergbau und weiteren Industriezweigen in denen der Einsatz von Druckluftmotoren mit hoher Leistungsdichte notwendig ist oder dem elektrischen Antrieb vorgezogen wird.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen