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TU Berlin

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Untersuchung zum Einfluss des Spaltwirbels auf die Entstehung und Entwicklung Rotierender Instabilitäten im stehenden Gitter

Spektrale RI Charakteristiken (links); Instationäres Druckfeld in der Verdichterkaskade (rechts)
Spektrale RI Charakteristiken (links); Instationäres Druckfeld in der Verdichterkaskade (rechts)
Lupe

Ziel dieses Verbundprojekts ist die Erforschung von Strömungsinstabilitäten in Axialverdichtern nahe der Stabilitätsgrenze. Im Detail geht es um die Untersuchung der sogenannten Rotierenden Instabilität (RI) und deren Entstehungsmechanismus. Bei der RI handelt es sich um ein Strömungsphänomen, bei dem deterministische Druckschwankungen in Umfangsrichtung umlaufen. Im Frequenzspektrum ist das Einsetzen der RI durch die Ausbildung einer charakteristischen modalen Signatur identifizierbar.

Bisherige Modellvorstellungen mit spaltinduzierten Wirbelsystemen bieten keine ausreichende Erklärungsgrundlage für die Entstehung der umfangsgekoppelten Druckschwankungen. Eigene Untersuchungen, welche deutliche RI Signaturen  an einem spaltfreien Verdichterstator darlegen, stehen damit sogar im Widerspruch zu existierenden Modellen.  Aufbauend auf den Ergebnissen aller Teilprojekte soll daher eine neue Modellvorstellung als Erklärungsmöglichkeit für die Entstehung des RI Phänomens entwickelt werden.

Das spezifische Ziel dieses Teilprojekts besteht darin, die Auswirkungen der RI auf die Strömungsstrukturen innerhalb und stromauf der Schaufelpassage zu untersuchen. Neben der Identifikation von Verlustquellen, wird die Relevanz der RI als Vorstufe zum Rotating Stall adressiert. Die experimentellen Untersuchungen werden an einer Axialverdichter-Stator-Kaskade mit  Nabenspalt durchgeführt. Die Untersuchungen der stationären und instationären Strömungsfelder werden mit piezoresistiven Drucksensoren, Miniaturfünflochsonden sowie Hitzdrahtanemometrie realisiert. Weiterhin wird das Ölanstrichverfahren für die Visualisierung der Strömung auf den Seitenwänden und den Schaufeln genutzt.

Das Projekt wird im Rahmen des DFG-Verbundprojektes „Strömungsinduzierter Schall in Turbomaschinen -Die Rotierende Instabilität-“ mit den Fachgebieten Fluidsystemdynamik, Numerische Methoden der Fluiddynamik der TU Berlin und der Abteilung für Triebwerksakustik des DLR Berlin durchgeführt.

Ansprechpartner: Dr.-Ing. Mario Eck

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Referenzen

A novel stall warning indicator - part II: underlying flow mechanism

M. Eck, R. Rückert, M. Lehmann, D. Peitsch
(TU Berlin)

Proceedings of the ASME Turbo Expo 2019:
Turbine Technical Conference and Exposition
Phoenix, Arizona, USA,  June 17-21 2019, GT2019-90243


A novel stall warning indicator - part I: applications and limitations


R. Rückert, M. Eck, M. Lehmann, D. Peitsch
(TU Berlin)

Proceedings of the ASME Turbo Expo 2019:
Turbine Technical Conference and Exposition
Phoenix, Arizona, USA,  June 17-21 2019, GT2019-90242


Advanced application of a sublayer fence probe in highly instationary turbomachinery flows: observations on prestall instabilities


M. Eck, R. Rückert, D. Peitsch
(TU Berlin)

Journal of Experiments in Fluids, Springer, February 2019
https://doi.org/10.1007/s00348-019-2686-5


Physics of prestall propagating disturbances in axial compressors and their potential as a stall warning indicator


M. Eck, S. Geist, D. Peitsch
(TU Berlin)

Journal of Applied Sciences, Gas Turbines Propulsion and Power, MDPI, 2017


Advanced stereo high-speed PIV in an annular cascade without clearance: evidence of Rotating Instability


J. Peter, B. Pardowitz, M. Eck, L. Enghardt, D. Peitsch, P.U. Thamsen

12th European Turbomachinery Conference, ETC 12,
Stockholm, Sweden, April 3-7 2017, ETC2017-205


Rotierende Instabilität in Axialverdichtern – Experimente und Analysemethoden zur Untersuchung instationärer 3D Wirbelstrukturen

M. Eck, D. Peitsch, J. Peter, P. U. Thamsen, B. Pardowitz, L. Enghardt

20 Jahre NGV Dresden - Forschung zur Verdichteraerodynamik,
Dresden, Germany, October 6-7 2015


Detailed measurements of the unsteady pressure field in the area of origin of Rotating Instability


M. Eck, C. Tiedemann, D. Peitsch
(TU Berlin)

ISUAAAT 14,
Stockholm, Sweden, September 8-11 2015


Three-Dimensional Flow Field in Highly Loaded Compressor Cascade


C. Beselt, M. Eck, D. Peitsch
(TU Berlin)

Journal of Turbomachinery, Vol. 136, Issue 10, S. 101007-1 - 101007-10
October 2014


Three dimensional flow field in a highly loaded compressor cascade


C. Beselt, M. Eck, D. Peitsch
(TU Berlin)

ASME Turbo Expo 2014,
Düsseldorf, Germany, June 16-20 2014, GT2014-25947


Experimental and numerical investigation of the unsteady endwall flow in a highly loaded axial compressor stator

C. Beselt, R. van Rennings, D. Peitsch, F. Thiele, K. Ehrenfried
(TU Berlin)

ASME Turbo Expo 2014,
Düsseldorf, Germany, June 16-20 2014, GT2014-25944


Impact of hub clearance on endwall flow in a highly loaded axial compressor stator


C. Beselt, R. van Rennings, D. Peitsch, F. Thiele
(TU Berlin)

ASME Turbo Expo 2013,
San Antonio, USA, June 3-7 2013, GT2013-95463


Influence of clearance size on rotating instability in an axial compressor stator

C. Beselt, B. Pardowitz, R. van Rennings, R. Sorge, D. Peitsch, L. Enghardt, F. Thiele, K. Ehrenfried, P. U. Thamsen
(TU Berlin)

10th European Turbomachinery Conference, ETC 10,
Lappeenranta, Finland, 15.–19. April 2013, ETC10-A141


Experimental investigation of endwall flow in highly loaded annular compressor stator cascade


C. Beselt, D. Peitsch
(TU Berlin)

10th European Turbomachinery Conference, ETC 10,
Lappeenranta, Finland, 15.–19. April 2013, ETC10-A152


Experimentelle und numerische Untersuchungen von Rotierende Instabilitäten an einem Axialverdichter-Stator. Part I: Aerodynamik und Akustik


C. Beselt, B. Pardowitz, U. Tapken, L. Enghardt, D. Peitsch
(TU Berlin, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V.)

Instationäre Sekundärströmungseffekte in Verdichter- und Turbinengittern,
Dresden, November 2012


Experimental and numerical investigation of rotating instability phenomenon in an axial compressor stator

C. Beselt, D. Peitsch, R. van Rennings, F. Thiele
(TU Berlin)

42nd AIAA Fluid Dynamics Conference,
New Orleans, USA, June 25-28 2012, AIAA-2012-2980


Influence of mach number and aerodynamic loading on rotating instability in an annular compressor cascade

C. Beselt, D. Peitsch
(TU Berlin)

ASME Turbo Expo 2012,
Kopenhagen, Denmark, June 11-15 2012, GT2012-69393


Strömungsinduzierter Schall in Turbomaschinen – Die Rotierende Instabilität

C. Beselt, D. Peitsch, B. Pardowitz, L. Enghardt
(TU Berlin, Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V.)

Deutscher Luft- und Raumfahrtkongress 2011,
Bremen, Germany, September 27-29 2011, DLRK 2011-241377


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Kontakt

Dr.-Ing. Mario Eck
Tel. +49 (0)30 314-26919
Institut für Luft- und Raumfahrt
Raum F 003

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