Numerische Optimierung dreidimensional parametrisierter ...

8.4 Totaldruckverluste in der Abströmebene
In Abb. 8.12 sind die bezogenen Totaldruckverluste ∆pt /q2th in der Abströmebene x /
lax = 1.5, die während der Optimierung als Bewertungsebene diente, für das Ausgangsgitter
T106D, für das optimierte Gitter T106Dopt und der experimentelle Vergleich für das Gitter
T106Dopt aufgetragen. Die Auftragungen sind in den zugehörigen Koordinatensystemen55 dargestellt. Die Bildausschnitte stellen jeweils den gleichen Bereich dar. Die Skalierungen der
Konturplots sind in allen Abbildungen gleich. In der Messung wurde die Abströmebene mit
625 Punkten56 aufgelöst. Die Ergebnisdarstellungen zeigen jeweils den Bereich einer Teilung
vom Mittelschnitt bis zum Gehäuse über eine halbe Schaufelhöhe. Der Nullpunkt der
Umfangskoordinate entspricht in allen Abbildungen der Profilhinterkante im Mittelschnitt für
das Profil T106Dopt. Bedingt durch einen Mindestabstand der Fünflochsonde von der Seitenwand,
der ca. 3 mm beträgt, konnte die Seitenwandgrenzschicht experimentell nicht vollständig
erfaßt werden.
Die Abbildung der Verluste von Gitter T106D mit geraden divergenten Seitenwänden zeigt das
Bild einer hoch belasteten Turbine. Dies stammt zum einen aus der gegenüber dem Gitter T106
mit parallelen Seitenwänden erhöhten Zuström-Mach-Zahl. Dadurch ist die Belastung im vorderen
Schaufelbereich höher. Zum anderen sind durch die Divergenz der Seitenwände die Verlustzentren
deutlich von den Seitenwänden abgehoben.
Durch die starke Rotation der Sekundärströmungen bildet sich ein deutlicher Kanalwirbel mit
darüber liegendem Hinterkantenwirbel aus.
Das Gitter T106Dopt basiert auf den gleichen Querschnittverhältnissen, dem gleichen Massenstrom
und der gleichen integralen Arbeitsumsetzung. Im Nachlauf sind drei schwache Verlustzentren
erkennbar. Nahe der Seitenwand ist ein gering ausgeprägter Kanalwirbel ersichtlich,
der sich erst im hinteren Bereich des Schaufelkanals gebildet hat. Radial weiter Richtung Mittelschnitt
findet sich der im Bereich der größten Profilaufdickung abgelöste Wirbel im Nachlauf.
Es folgen die etwas höheren Profilverluste im Bereich der Ablöseblase. Der
Sekundärströmungsbereich ist trotz der divergenten Seitenwände immer noch sehr in Seitenwandnähe
zu finden. Die Sekundäreffekte grenzen sich in Umfangsrichtung deutlich von der
jeweils nächsten Teilung ab.
55. Das numerische Zylinderkoordinatensystem wurde auf kartesische Koordinaten y und z umgerechnet. Experimentell
wurde ein ebenes kartesisches Koordinatensystem bezogen auf die Teilung und halbe Schaufelhöhe
verwendet.
56. Die Abströmebene wurde mäanderförmig mit einer Auflösung von 25 Punkten in Umfangsrichtung und 25
Punkten in Schaufelhöhenrichtung aufgelöst.
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