Numerische und experimentelle Untersuchungen der Grenzschichten und Spaltströmungen in einem Vordrallregler mit mechanischen Klappen

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Die Vordrallregelung in Turbomaschinen wird in vielen Fällen durch ungewölbte Profile, die um ihre Hochachse drehbar sind, realisiert. In vielen Fällen ist jedoch die Vordrallregelung mit einem Klappenvordrallregler vorteilhafter, da mit dieser Regelungsmöglichkeit ein größerer Verstellbereich als mit der gewöhnlichen Methode erreicht werden kann. Die Klappenvordrallregelung ist bereits bei einer vergleichsweise geringen Anzahl von Flugtriebwerksverdichtern technisch realisiert. Jedoch sind die strömungsmechanischen Phänomene noch nicht endgültig bekannt. Dieses gilt vornehmlich für die Spaltströmungen und deren Einfluss auf die Grenzschichtströmungen der Profile. Es entstehen zwei Arten von Spaltströmungen. Ein Spaltstrom entsteht zwischen Vorkörper und Klappe. Er ist auch bei der 2DProfilströmung vorhanden und von Interesse. Der zweite Spaltstrom entsteht an den Gehäuse- und Nabenwänden, wo die bewegliche Klappe mit dem Gehäuse bzw. mit der Nabe einen Spalt bildet. Dieser Spaltstrom tritt nur bei der vollständigen SD-Strömung auf und hat einen nicht geringen Einfluss auf die aerodynamische Güte des Klappenvordrallreglers. Im Rahmen des beantragten Forschungsvorhabens sollen beide beschriebenen Spaltströmungen numerisch und experimentell untersucht werden. Mit einem kommerziellen numerischen Verfahren (FLUENT soll für diese Untersuchung angewendet werden) sollen die Spaltströmungen für zwei verschiedene Klappenvordrallregler untersucht werden. Dabei soll einer der zwei Klappenvordrallregler einen vergleichsweise kleinen Spalt zwischen Vorkörper und Klappe besitzen, der andere soll mit einem großen Spalt ausgelegt werden. Bei dieser Untersuchung steht die Fragestellung im Vordergrund, ob die Spaltströmung zwischen Vorkörper und Klappe die Profitgrenzschicht auf der Saugseite der Klappe positiv beeinflussen kann, so dass die Strömungsablösung vermieden bzw. zur Hinterkante hinausgezögert werden kann. Bezüglich der Spaltströmung im Gehäuse- und Nabenbereich wird eine andere Fragestellung verfolgt. Die Untersuchungen sollen Aufschluss über die Stärke des Wirbels geben, der infolge der Spaltströmung entsteht, d.h. es soll herausgefunden werden, wie stark der Wirbel die Primärströmung beeinflusst und wie seine Lage im Strömungsfeld bei verschiedenen Klappenwinkeln ist. Für die numerischen Untersuchungen soll die Turbulenz mit dem „Realizable k-є-Modell" modelliert werden. In Windkanaluntersuchungen sollen Anstrichbilder und Nachlaufmessungen erstellt bzw. durchgeführt werden. Die Ergebnisse der Windkanaluntersuchungen sollen mit den numerischen Ergebnissen verglichen werden.