Fabian WartzekZum aerodynamischen Verhalten des Transsonikverdichters bei gestörter Zuströmung | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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ISBN: | 978-3-8440-5542-9 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Series: | Forschungsberichte aus dem Institut für Gasturbinen, Luft- und Raumfahrtantriebe Herausgeber: Prof. Dr.-Ing. H.-P. Schiffer Darmstadt | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Volume: | 7 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Keywords: | Aerodynamik; Turbomaschinen; Axialverdichter; Betriebsverhalten; Einlaufstörung | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Type of publication: | Thesis | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Language: | German | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Pages: | 190 pages | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Figures: | 60 figures | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Weight: | 282 g | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Format: | 21 x 14,8 cm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Binding: | Paperback | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Price: | 48,80 € / 61,10 SFr | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Published: | October 2017 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Abstract: | Wirkungsgrad und Stabilität einer Turbomaschine spielen in der Luftfahrt und bei stationären Industrie-Gasturbinen eine entscheidende Rolle. Dabei wurde in den letzten Jahren die aerodynamische Belastung der Verdichterstufen stetig gesteigert. Eine Herausforderung für den Einsatz solch hochbelasteter Verdichter ist u. a., dass die hohe Belastung zu einer gesteigerten Sensitivität gegenüber Störungen der Zuströmung führt. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Interaktion einer solchen Zuströmstörung mit einer Verdichterstufe untersucht. Mit Hilfe von Störkörpern wurden Ablösungen stromauf des Verdichters erzeugt. Durch die systematische Variation der Größe der generischen Störkörper können die Erkenntnisse allgemein auf die Interaktion eines transsonischen Verdichterrotors mit einer intensiven, lokal begrenzten Druckstörung der Zuströmung übertragen werden. Durchgeführt wurden die Versuche am transsonischen Verdichterprüfstand des Fachgebiets Gasturbinen, Luft- und Raumfahrtantriebe der Technischen Universität Darmstadt. Die am Gehäuse erzeugte Ablösung beeinflusst die Blattspitzenströmung des Rotors. Im stationären Betrieb, bei ausreichender Höhe des Störkörpers, löst lokal begrenzt die Strömung im Rotor ab, während der gesamte Verdichter weiter stabil arbeitet. Dies wird durch ein Maximum der aerodynamischen Belastung des Rotors beim Austritt aus der Störung verursacht. Mit Hilfe eines auf den Messdaten basierenden Strömungsmodells kann das komplexe Strömungsfeld beschrieben werden. Die Untersuchung transienter Laständerungen, bei denen der Gegendruck bis zum Überschreiten der Stabilitätsgrenze kontinuierlich gesteigert wird, zeigt die Auswirkungen auf das Stabilitätsverhalten. Ein speziell entwickelter Algorithmus wird genutzt, um die Vielzahl an Datensätzen automatisiert zu untersuchen. Dabei identifiziert der Algorithmus Störungen des Druckfelds und ermöglicht stabilitätsrelevante Phänomene über den Umfang zu verfolgen. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass der Einfluss auf den Totaldruckaufbau mit dem Minimum des Totaldrucks stromauf des Rotors zu korrelieren scheint. Die Analyse des Stabilitätsverhaltens ergibt, dass sich eine stärkere Störung nicht zwangsläufig negativ auswirkt. Es scheint vielmehr, dass eine intensive Störung zu einem lokalen Zusammenbrechen der stabilen Strömung im Rotor führt. Dieser Zusammenbruch wird durch den Störkörper räumlich fixiert und verhindert, dass sich stabil umlaufende Phänomene, die zum Versagen führen, ausbilden können. Diese dämpfende Komponente scheint bei einer schwachen Störung nicht zu bestehen. Hier kann der negative Einfluss auf das Stabilitätsverhalten sogar größer sein. |