Unsteady secondary flows in turbines cascades

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Es ist seit langem bekannt, dass das aerodynamische Verhalten von Verdichter- und Turbinenbeschaufelungen durch periodisch instationäre Beaufschlagung mit Nachlaufdellen in starkem Maße beeinflusst wird. Intensive Untersuchungen zum Einfluss der periodisch instationären Nachlaufdellen auf das Grenzschichtverhalten von Turbinen- und Verdichterschaufeln konnten in den vergangenen Jahren wichtige Strömungsdetails aufdecken, die einer verbesserten Performance zu Gute kommen und zu den sogenannten High Lift Beschaufelungen geführt haben. Bei richtiger Auslegung der Turbinenschaufeln lassen sich die instationären Strömungseffekte vorteilhaft ausnutzen, um die gleiche Umlenkaufgabe mit deutlich weniger Schaufeln bei gleich bleibend hohem Wirkungsgrad zu realisieren. Auch das von der DFG geförderte Verbundvorhaben „Periodisch instationäre Strömung in Turbomaschinen“ hat hierzu wichtige Beiträge geliefert.Der Einfluss instationärer Zuströmbedingungen auf die Sekundärströmungen in den Randzonen der Beschaufelungen ist dagegen bisher wenig erforscht. Da die durch die Sekundärströmung verursachten Verluste einen signifikanten Anteil an der gesamten Verlustproduktion eines typischen Turbinengitters haben (je nach Konfiguration 30% und mehr), ist zu erwarten, dass bei einem besseren Verständnis der zugrunde liegenden Strömungsphänomene ein deutliches Wirkungspotenzial besteht, das bis heute nicht ausgeschöpft ist. Dies erfordert ein tiefgreifendes physikalisches Verständnis des instationären Strömungsfeldes in den Randzonen von Beschaufelungen und insbesondere der Interaktion zwischen Nachlauf und Sekundärströmungsphänomenen. Ziel dieses Vorhabens ist es, hierzu wichtige Beiträge zu liefern und erste grundlegende wissenschaftliche Untersuchungen durchzuführen. Außerdem wird durch Aufbau einer umfangreichen experimentellen Datenbasis ein wichtiger Beitrag für die Validierung und Weiterentwicklung leistungsfähiger Strömungslöser für Turbomaschinenanwendungen geleistet.