Investigation of film cooling effectiveness on a flat plate with super-imposed pressure distribution and separation bubble in periodically unsteady flow

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Aus heutiger Sicht ist die Kühlung von Bauteilen in Triebwerken aufgrund der hohen Temperaturbelastung nicht mehr wegzudenken. Die Filmkühlung von Turbinenschaufeln ist eine der weitverbreitetsten und effizientesten Kühlmethoden, die derzeit in Turbomaschinen eingesetzt werden. Hierbei wird Kühlfluid durch Bohrungen in das Strömungsfeld eingeblasen, das einen schützenden Kühlfilm an der Oberfläche eines Bauteils bildet. Diese eingeblasenen Kühlstrahlen werden von der instationären Zuströmung der Turbinenschaufeln beeinflussen. Diese Beeinflussung kann die gesamte Kühleffektivität eines ausgelegten Kühlsystems stark verringern. Aus diesem Grund ist es wichtig, diesen Zusammenhang in periodisch instationärer Strömung zu untersuchen. Es ist auch bekannt, dass sich bei den heutzutage eingesetzten hochbelasteten Schaufeln fast immer Betriebspunkte einstellen, bei denen Ablöseblasen am Schaufelprofil auftreten. Das Phänomen der Ablöseblasen wird heutzutage als sehr wichtig eingeschätzt, weil sie das Strömungsfeld empfindlich verändern können. Deshalb wird derzeit auch schon über Ablösungen und Ablöseblasen in stationärer und instationärer Strömung geforscht. Es gibt keine detaillierten Untersuchungen, die das Phänomen der Filmkühlung in instationärer Strömung mit Ablöseblasen untersuchen, obwohl die Filmkühlung im Betrieb realer Triebwerke einem solchen Strömungsfeld ausgesetzt ist. Es ist sehr wichtig bestehende primäre und sekundäre Einflussgrößen herauszufiltern und zu untersuchen, unter welchen Bedingungen in einem solchen Strömungsfeld optimale Filmkühleffektivitäten auftreten. Ziel des hier vorgeschlagenen Projektes ist es, den Einfluss einer Ablöseblase und einer periodisch instationären Außenströmung auf den Kühlluftstrahl durch 3-dimensionale Geschwindigkeitsmessungen mit einem Tripel-Hitzdraht zu untersuchen und damit die in einem Vorprojekt entstandenen Fragen zu klären. Der Einfluss der Reynoldszahl, der Ausblaserate, der Strouhalzahl und des Amplitudenverhältnisses sollen untersucht werden. Die Versuche sollen unter Einhaltung der Reynolds- und der Strouhal-Ähnlichkeit von Turbomaschinen, sowie unter ähnlichen aufgeprägten Druckverteilungen stattfinden. Die Ergebnisse stehen auch zur Validierung von CFD-Verfahren zur Verfügung.