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TU Berlin

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Numerische Untersuchung von aeroelastischen Instabilitäten in Axialverdichtern mit periodischer Androsselung hervorgerufen durch die druckerhöhende Verbrennung

Statische Entropie und Oberflächenstromlinien auf einer HPC-Rotorschaufel
Statische Entropie und Oberflächenstromlinien auf einer HPC-Rotorschaufel, mit der durch die druckerhöhende Verbrennung induzierten Störungen. (Skalierte Geometrie)
Lupe


In diesem Forschungsprojekt werden instationäre Strömungsvorgänge in Hochdruckverdichtern untersucht, welche den Störungen einer druckerhöhenden Verbrennung (im engl. Pressure Gain Combustion – PGC) ausgesetzt sind. Durch den Einsatz neuartiger Verbrennungskonzepte in Gasturbinen (wie der pulsierenden / stoßfreien und der rotierenden Detonationsverbrennung sowie dem Wave-Rotor) überlagern sich die periodischen Störungen mit dem bereits instationären Strömungsfeld benachbarter Schaufelreihen. Die durch PGC induzierten Druck- und Geschwindigkeitsschwankungen führen insbesondere am Verdichteraustritt zu höchst instationären strömungsdynamischen Phänomenen, aber auch zu strukturellen (aeroelastischen) Effekten.

Mittels numerischer Untersuchungen des instationären Betriebs von ein- und mehrreihigen Schaufelanordnungen soll geklärt werden, in welchem Ausmaß unterschiedliche Leistungsparameter wie der isentrope Wirkungsgrad, Verluste und das Druckverhältnis durch die Verbrennungsstörungen beeinflusst werden. Auf die instationären Ergebnisse werden verschiedene Methoden wie die Proper Orthogonal Decomposition (POD) und die dynamische Modenzerlegung angewandt, um die Entstehung und Ausbreitung von Verlusten innerhalb der einzelnen Gebiete besser beurteilen zu können. Zusätzlich wird die instationäre Dämpfung berechnet, um zu bewerten, wie weit sich die Störungen stromaufwärts ausbreiten. Darüber hinaus zeigen die Ergebnisse, inwieweit die prognostizierte thermodynamische Effizienzsteigerung der druckerhöhenden Verbrennung durch die Betriebsverluste der Turbokomponenten gemindert werden könnte.

Im Rahmen der aeroelastischen Analyse wird die Anregung der aerodynamischen Schaufelbelastung berechnet, wobei der ungestörte und der gestörte Betrieb verglichen werden. Die aerodynamische Dämpfung wird mit Hilfe von Zeit- und Frequenzbereichsmethoden wie der Methode der harmonischen Balance berechnet. Sogenannte mode-superposition forced response Analysen können dann die tatsächlichen Auswirkungen von PGC auf die dynamischen Spannungen und Verschiebungen der Rotorschaufeln in Hochdruckverdichtern verdeutlichen.

Ansprechpartner: Dipl.-Ing. (FH) Victor Bicalho

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Referenzen

Unsteady Aerodynamics of a High Pressure Compressor Working under Pressure Gain Combustion Disturbances
V. Bicalho Civinelli de Almeida, V. Motta, D. Peitsch
International Gas Turbine Congress 2019,
Tokyo, Japan, November 17-22 2019, IGTC2019-0070

Aeroelastic Assessment of a Highly Loaded High Pressure Compressor Exposed to Pressure Gain Combustion Disturbances
V. Bicalho Civinelli de Almeida, D. Peitsch
Journal of the Global Power and Propulsion Society
Volume 2, October 2018, Pages 477-492
DOI: 10.22261/JGPPS.F72OUU

Multirow Performance and Aeroelastic Analyses of a Compressor Subjected to Disturbances from Pressure Gain Combustion
V. Bicalho Civinelli de Almeida, D. Peitsch
ISUAAAT 15
Oxford, UK,  September 24-27 2018, ISUAAAT15-031

Aeroelastic Assessment of a Highly Loaded High Pressure Compressor Exposed to Pressure Gain Combustion Disturbances
V. Bicalho Civinelli de Almeida, D. Peitsch
Global Power and Propulsion Society Forum Montreal 2018,
Montreal, Canada, May 7-9 2017, GPPS-2018-29
DOI: 10.5281/zenodo.1342727

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Kontakt

Dipl.-Ing. (FH) Victor Bicalho
Tel. +49 (0)30 314-25008
Institut für Luft- und Raumfahrt
Raum F 004

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