Analyse der Wirkung von überlagerten Stator- und Rotor-Nachläufen auf das instationäre Grenzschichtverhalten und die Verluste in einer Axialturbinenstufe

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In mehrstufigen Turbomaschinen axialer Bauart entstehen instationäre Wechselwirkungen zwischen den Beschaufelungen der Rotoren und Statoren. Aus der Überlagerung von Nachläufen je einer still stehenden und rotierenden Beschaufelung resultiert eine besonders komplexe Wirkung auf das Grenzschichtverhalten und die Verluste eines stromab folgenden dritten Schaufelgitters. Bei gleicher Schaufelzahl zweier an dieser Wechselwirkung beteiligter Statoren ergibt sich an den Schaufeln des stromab gelegenen Stators ein Einfluss der relativen Umfangsposition der Schaufeln des stromauf gelegenen Stators. Durch gezielte Nutzung dieses so genannten Clocking-Effekts können z.B. in Turbinen mit Schaufelformen, die aerodynamisch als High-Lift-Profile ausgelegt sind, die Stufenwirkungsgrade um 0,5 bis 1 % gesteigert werden. Das beantragte Vorhaben zielt auf die Analyse und Vertiefung des Verständnisses der zugrunde liegenden strömungsphysikalischen Wirkmechanismen sowie auf die Validierung von Turbulenzmodellen im Hinblick auf ihre Eignung für die numerische Berechnung der relevanten Strömungsphänomene und ihrer Auswirkungen. Hierzu sollen an einer vorhandenen 1 1/2-stufigen Versuchsturbine bei unterschiedlichen Strömungszuständen detaillierte Strömungsmessungen mit verschiedenen Typen von statistischen Turbulenzmodellen durchgeführt werden.