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η p
Ohne CT, PT1
Mit CT, PT2
Mit CT, PT3
0.5%
1.04
PT3
PT2
ξ
Π / Π Ref
1.02
1
0.98
0.96
PT1
Ohne CT
Mit CT
0.05
0.92 0.94 0.96 0.98 1 1.02
MF Ein / MF Ein,Ref
(a) Charakteristiken
0% 20% 40% 60% 80% 100%
H
(b) Radiale Verlustverteilung
Abbildung 16.3.: Einfluss der Gehäusestrukturierung auf den Rotor bei Auslegungsdrehzahl
trägt 12 %. Der Wirkungsgrad nahe Stall wird um 0,31 % ∆η p gesteigert. Diese Verbesserung
des Rotor-Wirkungsgrades war auch schon in den Simulationen mit Stator vorhanden, wurde
dort jedoch durch erhöhte Verluste im Stator kompensiert.
Die in Abb. 16.3b abgebildeten radialen Totaldruckverlustverteilungen zeigen eine Reduktion
der Verlustbeiwerte im Rotorspitzenbereich von etwa 5 % des dynamischen Eintrittsdruckes bei
PT2 im Vergleich zu PT1. Die radiale Erstreckung des Gebietes mit reduzierten Verlusten entspricht
den Ergebnissen der beiden Forschungsverdichter. Beim weiteren Androsseln der Konfiguration
mit Gehäusestrukturierung über PT2 hinaus wird jedoch ein Unterschied deutlich. Bei
PT3 sind die Verluste an der Schaufelspitze nicht wesentlich gegenüber PT2 erhöht. Die größte
Verluständerung findet zwischen 60 % und 85 % relativer Höhe statt, wo das Verlustniveau
somit deutlich oberhalb von PT1 liegt. Weitere Unterschiede zwischen dem Triebwerksverdichter
und den beiden Forschungsverdichtern werden durch die Entropieverteilungen in Abb. 16.4
verdeutlicht. Zwar ist bei PT1 ein Entropieanstieg stromab der Durchgangsstelle des Wirbels
durch den Stoß zu beobachten. Deutliche Anzeichen für ein Aufplatzen des Wirbels sind jedoch
nicht zu finden. Dafür würde eine beginnende Umspülung der Hinterkante festgestellt. Das Fluid
kann an der Hinterkante in die Nachbarpassage einströmen und auf die Druckseite der nacheilenden
Schaufel auftreffen. Außerdem befinden sich weitere Gebiete mit hoher Entropie im
Strömungsfeld, welche den hinteren Teil der Passage zum größten Teil ausfüllen. Diese Gebiete
werden mit Umfangsnut in ihrer Ausdehnung reduziert, wie die in Abb. 16.4b abgebildete Entropieverteilung
bei PT2 zeigt. Die Umspülung der Hinterkante ist ebenfalls wesentlich geringer
ausgeprägt. Im Gegensatz zu den anderen Fällen wird die unmittelbare Stoß-Wibel-Interaktion
nicht im signifikanten Maß beeinflusst.
Insgesamt kann aus der Analyse der CFD-Ergebnisse für den Triebwerksverdichter geschlossen
werden, dass hier nicht die Stoß-Wirbel-Interaktion, sondern andere Mechanismen eine
dominierende Rolle bei der Begrenzung des stabilen Arbeitsbereiches spielen. Diese sind sowohl
weiter stromab des Stoßes oder auch auf anderen Schaufelhöhen lokalisiert. Im Gegensatz
zu den beiden Forschungsverdichtern kann also von einer stärker ausgeprägten Mischung verschiedener
Versagensmechanismen gesprochen werden. In diesem Zusammenhang sollte auch
16.2. Frontstufe eines Triebwerksverdichters 91