Wärmeübergang in Turbinen bei periodisch instationärer Anströmung

• Antragsteller: Dr.-Ing. Klaus Dullenkopf
• Fachliche Zuordnung: Strömungs- und Kolbenmaschinen
• Förderung: Förderung von 1999 bis 2006
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5205014

Die heute eingesetzten Meßverfahren zur Bestimmung zeitlich schnell variierender Wärmeströme haben alle gravierende Nachteile beim Einsatz als dynamische Wärmestromsensoren an der Oberfläche einer Turbinenschaufel. Einfache schnelle Widerstandsthermometer eignen sich nur für Kurzzeitversuche, bei denen das thermische Beharrungsvermögen des Schaufelmaterials ausgenutzt wird. Die extrem kurze Meßzeit schränkt den Einsatz begleitender Meßverfahren zur genauen Charakterisierung der Versuchsbedingungen allerdings stark ein (z.B. LDA), so daß Genauigkeit und damit die Aussagekraft der Ergebnisse beschränkt ist.Oberflächenheißfilmsensoren sind für Langzeitversuche einsetzbar allerdings ist der apparative Aufwand relativ hoch (eine Meßbrücke pro Sensor) und die Richtung des Wärmeflusses muß invertiert werden. Somit ist es nicht möglich realistische Temperaturverhältnisse zu simulieren. Alle anderen bekannten Verfahren sind in ihrer Dynamik stark begrenzt, so daß die erforderliche Auflösung meßtechnisch nicht erreichbar ist.Ziel dieses Vorhabens ist es nun auf Basis bekannter anisotroper Wärmestromsensoren ein verbessertes Verfahren zu entwickeln das hinsichtlich Dynamik und Genauigkeit das Potential bietet detailliertere Informationen über das Wärmeübergangsverhalten von Turbinenschaufeln zu erhalten. Bereits relativ preisgünstige Sensoren können bei Temperaturen bis 500 K eingesetzt werden und bieten unkompensiert eine Dynamik von einem kHz. Durch eine elektronische Kompensation ist zu erwarten, daß der Dynamikbereich auf 10 bis 20 Kilohertz erweitert werden kann. Ein wichtiges Entwicklungsziel dieses Vorhabens ist die Miniaturisierung der Sensoren zur Verbesserung der Dynamik und der lokalen Auflösung. Damit verbunden sind Bemühungen die Sensoren und die zugehörige Elektronik möglichst preiswert zu realisieren um eine große Zahl von Sensoren auf einem Schaufelmodell plazieren zu können.Die vor allem in der zweiten Antragsperiode geplanten Untersuchungen in einem vorhandenen ebenen Gitterkanal mit Nachlauferzeuger sollen zum besseren Verständnis der komplexen Vorgänge an der Schaufeloberfläche beitragen und vor allem im Rahmen des Forschungsverbunds "Periodisch instationäre Strömungen in Turbomaschinen" zur Weiterentwicklung und Validierung von Transitions- und Turbulenzmodellen dienen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen