Instationäre Tandemströmung
DFG Fördernummer 420268957
Kurzbeschreibung
Die Luftfahrt arbeitet an einer steigen Steigerung der Effizienz von Flugantrieben. Eine Möglichkeit, die Stufenbelastung von Turboverdichtern zu steigern, sind Tandembeschaufelungen. Bei einer Tandembeschaufelung werden innerhalb einer Schaufelreihe die klassischen, einteiligen Schaufelprofile durch Mehrelementprofile ersetzt. Zwischen den Profilelementen befindet sich ein Spalt.
Ziel des Projekts „Instationäre Tandemströmung“ ist, die Durchströmung von Tandembeschaufelungen in einem mehrstufigen Axialverdichter, dessen dimensionslose Kennzahlen repräsentativ für Hochdruckverdichter von Flugtriebwerken sind, numerisch und experimentell zu untersuchen. Zu diesem Zweck wird der am Lehrstuhl neu aufgebaute 3,5-stufige Niedergeschwindigkeits-Axialverdichterprüfstand FRANCC in allen Stufen mit einem Tandemstator ausgestattet. Untenstehende Abbildung zeigt einen schematischen Längsschnitt durch den Verdichter.
Während das zeitgemittelte Verhalten von Tandemprofilen bereits in mehreren Forschungsprojekten numerisch und experimentell in Kaskadenversuchen untersucht wurde, ist das zeitabhängige Strömungsverhalten bisher weitgehend unbekannt. Daher werden in diesem Projekt die Grundlagen der zeitabhängigen, reibungsbehafteten und dreidimensionalen Strömung durch Tandemschaufelreihen in der Maschinenumgebung eines mehrstufigen Verdichters untersucht. Dabei ist sowohl der zeitabhängige Einfluss des Rotors auf die Strömung des Tandemstators (Rotor-Stator-Interaktion), als auch der Einfluss des breiten Nachlaufgebiets eines Tandemstators auf die nachfolgende Rotorreihe (Stator-Rotor-Interaktion) von Interesse.
Projektziele
Das Forschungsprojekt ist in zwei Projektphasen aufgeteilt. Projektphase I beinhaltet die folgenden Untersuchungen:
- Aerodynamischer Entwurf des Verdichters
- Numerische Untersuchung der stationären Durchströmung der ersten 1,5 Stufen, sowie des kompletten 3,5-stufigen Verdichters
- Numerische Untersuchung der instationären Durchströmung des 1,5-stufigen Verdichters
- Experimentelle Untersuchung des Betriebsverhaltens der Maschine, sowie der zeitgemittelten Durchströmung der Tandembeschaufelung
- Zeitauflösende Messung der Durchströmung der Tandembeschaufelung mittels Hitzdraht-Messtechnik
In der derzeit beantragten Projektphase II sind die folgenden Untersuchungen geplant:
- Numerische Untersuchung der instationären Durchströmung des 1,5-stufigen und 3,5-stufigen Verdichters
- Numerische Untersuchung des Einflusses realer Eintrittsbedingungen auf das Betriebsverhalten der Maschine
- Numerische Untersuchungen der Grenzschichttransition an den Tandemprofilen
- Numerische Untersuchungen zur Statorpositionierung (Clocking)
- Messung der Profildruckverteilung an den Tandemstatoren
- Zeitauflösende Messung der Durchströmung der Tandembeschaufelung mittels schnell messender Drucksonde
- Experimentelle Untersuchung der Grenzschichttransition an den Tandemprofilen mittels Oberflächen-Heißfilmtechnik
- Messung der Durchströmung der Tandempassage mittels Particle Image Velocimetry (PIV)
Projektpartner
Das Forschungsprojekt wird durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), sowie die Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen (FVV) gefördert.
