Interaktionen von Rotierenden Instabilitäten und Ablöseerscheinungen in Axialverdichtern

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Dieter Peitsch
• Fachliche Zuordnung: Strömungs- und Kolbenmaschinen
• Förderung: Förderung von 2020 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 426295581

Das geplante Vorhaben konzentriert sich auf ein instationäres Strömungsphänomen, die Rotierende Instabilität (RI). Nach bisherigen Erkenntnissen wird die RI als Vorstufe einerVerdichterinstabilität verstanden. Abgeleitet aus komplementären Erkenntnissen eigener experimenteller sowie numerischer Vorstudien soll der physikalische Wirkmechanismus der RI an einem Ersatzmodell reflektiert werden. Im Zuge einer systematischen Reduktion der Modellkomplexität, wird eine umfangsgekoppelte Kelvin-Helmholtz-Instabilität erzeugt. Diese wird anschließend mittels bewährter Analysemethoden zur Identifikation der RI parametrisch untersucht. Darauf aufbauend soll der Einfluss einer periodisch instationären Zuströmung durch Nachlaufdellen stromauf liegender Schaufelgitter auf die Ausbildung der RI untersucht werden, um den Parameterraum sinnvoll zu erweitern. Im Detail wird untersucht, wie sich spezifische Nachlaufdellenfrequenzen auf die spektralen und modalen Eigenschaften der RI auswirken. Disziplinübergreifend hätte eine mögliche Beeinflussung der RI durch eine gezielte Abstimmung der Schaufelanzahl eine große wissenschaftliche Relevanz in dem Bereich der Aeroelastik von Turbomaschinen. Es ist bekannt, dass die RI als strömungsinduzierter Erreger für nicht-synchrone Schaufelschwingungen in Frage kommen kann. Darüber hinaus soll in dem geplanten Forschungsprojekt der (extrem kurzlebige) Entstehungsprozess von Rotierenden Ablösungen unter dem zusätzlichen Einfluss der RI untersucht werden. Es wird geklärt, ob die RI die Entstehung von Ablösezellen forciert und welche treibenden Mechanismen hierbei eine Rolle spielen. In diesem Zusammenhang werden die Wechselwirkungen zwischen der RI und bekannten Auslösemechanismen wie "Spikes" oder Modalwellen analysiert. Bislang steht die internationale wissenschaftliche Gemeinschaft/Fachwelt dem Thema RI z.T. kontrovers gegenüber. Das geplante Vorhaben unterstützt die unmissverständliche Einordnung der RI in das Forschungsfeld "Verdichterinstabilitäten". Der im geplanten Forschungsvorhaben verfolgte ganzheitliche Ansatz von Experiment, Simulation und Modellbildung kommt der Forderung nach einer Synthese verschiedener methodischer Ansätze nach und wird zum besseren Verständnis der adressierten Phänomene beitragen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen