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Numerische und experimentelle Untersuchungen der 3D-Grenzschichtströmung in Wandnähe hochumlenkender Tandem-Gitter

高偏转串联网格壁附近 3D 边界层流的数值和实验研究

基本信息

批准号：
108093942
负责人：
Professor Dr.-Ing. Martin Böhle
金额：
--
依托单位：
Lehrstuhl für Strömungsmechanik und Strömungsmaschinen (SAM)
依托单位国家：
德国
项目类别：
Research Grants
财政年份：
2009
资助国家：
德国
起止时间：
2008-12-31 至 2012-12-31
项目状态：
已结题

来源：
https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/108093942?language=en
关键词：
Numerische und experimentelle Untersuchungen der

项目摘要

Um axiale Strömungsmaschinen mit einer geringen Stufenanzahl auszulegen, ist es erforderlich, Schaufelprofile für große Strömungsumlenkungen mit kleinen Strömungsverlusten zu entwickeln. Eine Reduzierung der Stufenanzahl erhöht in der Regel die Leistungsdichte und den Wirkungsgrad der Maschine. Der Trend höhere Stufendruckverhältnisse zu verwirklichen, was eine Reduzierung der Stufenanzahl bewirkt, hat in jüngster Zeit wieder an Bedeutung gewonnen, da die Industrie wegen abnehmender Verfügbarkeit von fossilen Brennstoffen axiale Turbomaschinen optimiert. Eine Erhöhung des Stufendruckverhältnisses kann entweder durch eine Erhöhung der Umfangsgeschwindigkeit der Schaufelblätter und/oder durch höhere Umlenkungen der Strömung (Relativströmung im Rotor bzw. Absolutströmung im Stator) bewirkt werden. Für die Realisierung großer Umlenkungen (>50°) eignen sich insbesondre Tandem-Gitter (s. dazu Bild 1) [1], [2]. Bei der Anwendung von Tandembeschaufelungen wird die Umlenkung der Strömung auf zwei Schaufelblätter bzw. -gitter aufgeteilt. Das in Strömungsrichtung liegende hintere Schaufelprofil besitzt im Vorderkantenbereich dünne Grenzschichten. Folglich wird die in Strömungsrichtung restliche Umlenkung mit nahezu unbelasteten Grenzschichten realisiert.Die 2D-Tandem-Gitterströmung ist bereits oft Gegenstand der Forschung gewesen. Vornehmlich wurde der Einfluss die relative Lage der beiden Gitter zueinander, definiert durch die Parameter a und h (s. Bild 1), sowie die Aufteilung der Umlenkungen (bzw. aerodynamischen Belastungen) auf Gitter l und II auf die Verlustentstehung untersucht. In dem vorliegenden Forschungsvorhaben soll aufbauend auf den Ergebnissen der 2D-Strömungsuntersuchungen die Strömung in Wandnähe sowohl numerisch als auch experimentell untersucht werden. Es soll herausgefunden werden, wie die Sekundärströmung in Wandnähe strukturiert ist und wie die Strömungsverluste in Wandnähe entstehen. Für die beschriebene Aufgabe sollen umfangreiche numerische Simulationsrechnungen und Fünflochsondenmessungen im Gitterkanal durchgeführt werden. Die Struktur der Sekundärströmung soll zusätzlich mittels Ölanstrichbildern auf den Seitenwänden des Gitterkanals und den Profilen visualisiert werden. Die experimentellen Ölanstrichbilder sollen mit Stromlinienbildern (Schubspannungslinien), die numerisch für die Wandnähe ermittelt werden, verglichen werden.

Um axiale Strömungsmaschinen mit einer geringen Stufenanzahl auszulegen，ist es erforderlich，Schaufelprofile für große Strömungsumlenkungen mit kleinen Strömungsverlusten zu entwickeln.一个Stufenanzahl的Reduzierung在Regel die Leistungsweitte und den Wirkungsgrad der Maschine中被还原。Der Trend höhere Stufendruckverhältnisse zu verbangklichen，was eine Reduzierung der Stufenanzahl beaukkt，hat in jüngster Zeit wieder an Bedeutung gewonnen，da die Industrie wegen abnehmender Verfügbarkeit von fossilen Brennstoffen axiale Turbomaschinen optimiert. Eine Erhöhung des Stufendruckverhältnisses kann entweder durch eine Erhöhung der Umfangsgeschwindigkeit der Schaufelblätter und/oder durch höhere Umlenkungen der Strömung（Relativströmung im Rotor bzw. Absolutströmung im Stator）beautiful韦尔登. Für die Realisierung greßer Umlenkungen（>50°）eignen sich insbesondre Tandem-Gitter（s. dazu Bild 1）[1]，[2]. Bei der Anwendung von Tandembeschaufelungen wird die Umlenkung der Strömung auf zwei Schaufelblätter bzw. -gitter aufgeteilt. Das in Strömungsrichtung liegende Schaufelprofil besitzt im Vorderkantenbereich dünne Grenzschichten. Folglich wird die in Strömungsrichtung restliche Umlenkung mit nahezu unbelasteten Grenzschichten realisiert.Die 2D-Tandem-Gitterströmung ist bereits often Gegenstand der Forschung gewesen.本文通过参数a和h（s）来确定双曲肘的相对拉格长度。Bild 1），sowie die Aufteilung der Umlenkungen（bzw.空气动力学Belastungen）在Gitter l和II上进行。在该预处理研究中，需要对Wandnähe中的2D Strömungsuchungen Strömung进行数值计算，这也是韦尔登的结果。这是韦尔登的基础，就像Wandnähe strukturiert的Sekundärströmung和Wandnähe entstehen的Strömungsverluste一样。Für die beschriebene Aufgabe sollen umfangreiche numerische Simulationsrechnungen und Fünflochsondenmessungen im Gitterkanal durchgeführt韦尔登。Sekundärströmung的结构可以在Gitterkanals的Seitenwänden和韦尔登的视觉效果上实现。Die experimentellen Ölanstrichbilder sollen mit Stromlinienbildern（Schubspannungslinien），die numerisch für die Wandnähe ermittelt韦尔登，verglichen韦尔登。