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TU Berlin

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Das Interaktionsverhalten des Wandspaltwirbelsystems von Tandemschaufeln in einer Hochgeschwindigkeits-Linearkaskade

Moderne Gasturbinen haben höchste Anforderungen bezüglich Umweltverträglichkeit und wirtschaftlicher Effizienz zu erfüllen. Die Reduzierung des spezifischen Treibstoffverbrauchs ist von zentraler Bedeutung und kann die Steigerung des Druckaufbaus pro Stufe erreicht werden. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Anzahl der Schaufeln über den Umfang pro Stufe zu verringern. Beide Ansätze bewirken eine Erhöhung der aerodynamischen Belastung an den Verdichterschaufeln.

Konventionelle Verdichtergitter stoßen hierbei an ihre Grenzen. Aufgrund des großen positiven Druckgradienten im hinteren Bereich der Schaufel wächst die Grenzschicht stark an, die Strömung kann der Profilkontur nicht mehr folgen und löst ab. Ein hoher Anstieg der Strömungsverluste und ein Zusammenbruch des Druckaufbaus sind die Folge. Abhilfe können hier Tandemschaufeln schaffen. An diesen wird durch die entstehende Schlitzströmung die Strömung an der hinteren Schaufel re-energetisiert und eine neue, dünnere Grenzschicht ausgebildet.

Die Untersuchungen beschäftigen sich speziell mit Tandemschaufeln die einen Wandspalt aufweisen. Die durch den Spalt fließende Strömung rollt sich zu einem Spaltwirbel auf der einen großen Einfluss auf die Verluste und die Stabilität der Umströmung hat. Bei zu hohen Anströmwinkeln kann es zum Spaltwirbelaufplatzen kommen. Dies führt zu einer starken Verblockung der Strömungspassage, was die Entwicklung von Stall-Zellen und ein vorzeitiges Erreichen der Pumpgrenze bewirken kann.

An Tandemschaufeln ergibt sich die zusätzliche Komplexität, dass hier ein System aus mindestens zwei Wirbeln im Spaltbereich vorliegt, da sich an jeder Schaufel ein eigener Spaltwirbel ausbildet. Mit Hilfe des Projekts wird ein Verständnis für das komplexe Interaktionsverhalten des Wandspaltwirbelsystems an einer Tandemverdichterbeschaufelung aufgebaut. Hierbei steht vor allem die Frage im Fokus, ob die Spaltwirbel einzeln oder gemeinsam aufplatzen und welchen Einfluss die Existenz des einen Wirbels auf das Verhalten des anderen ausübt.

Ansprechpartner: M.Sc. Liesbeth Konrath

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Referenzen

An Analysis of the Secondary Flow Around a Tandem Blade Under the Presence of a Tip Gap in a High-Speed Linear Compressor Cascade
L. Konrath, D. Peitsch, A. Heinrich
Proceedings of the ASME Turbo Expo 2020:
Turbine Technical Conference and Exposition
Virtual, Online, September 21–25 2020, GT2020-14175
DOI: 10.1115/GT2020-14175

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Kontakt

M.Sc. Liesbeth Konrath
Tel. +49 (0)30 314-25008
Institut für Luft- und Raumfahrt
Raum F 004

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