Numerische Optimierung dreidimensional parametrisierter ...

nach Kriterien abgeleitete umfangsgemittelte Größen in der Abströmebene (Bewertungsebene)
und Kennzahlen zur Beurteilung der einzelnen Profilschnitte.
Die Auslegungssystematik wurde zu einer numerisch stabilen Auslegungskette verknüpft.
Dies erlaubt die gleichzeitige Modifikation von Schaufelprofil und den dazugehörigen Seitenwänden.
Die Auslegungskette wurde mit einem sequentiell quadratischen Gradientenverfahren
zu einem Ring geschlossen. Die Schnittstelle stellen die Geometrieparameter auf der einen
Seite und ein Zielfunktionswert als Gütekennzahl und Nebenbedingungen, gebildet aus den
aerodynamischen Ergebnisgrößen, auf der anderen Seite dar.
Mit dem Verfahren wurde eine Auslegungsoptimierung eines Turbinengitters durchgeführt.
Das Ausgangsgitter T106D mit geraden divergenten Seitenwänden, in den Proportionen des
Hochgeschwindigkeits-Gitterwindkanals, wurde zum Gitter T106Dopt modifiziert. Das Ausgangsgitter
und das optimierte Gitter wurden in hoher Auflösung nachgerechnet. Das Gitter
T106Dopt wurde anschließend erstellt, instrumentiert und unter turbomaschinen-ähnlichen
Bedingungen am Windkanal experimentell untersucht. Dafür wurde ein Meßsystem eingesetzt,
welches automatisierte mäanderförmige Strömungsfeld-Traversierungen erlaubt, um die dreidimensionalen
Strömungseffekte in der Abströmebene zu erfassen.
Das sichtbar dreidimensional gestaltete Gitter T106Dopt ist geprägt durch eine stark aufgedickte
Profilsaugseite in Seitenwandnähe und einer Verlängerung der Profilsaugseite gegenüber
der Profildruckseite durch die umfangsunsymmetrische Seitenwandkonturierung. Es zeigt
ein merkbar geändertes Strömungsbild gegenüber normalen hoch belasteten Turbinengittern.
Die Sekundärströmungen konnten deutlich reduziert und zur Seitenwand hin verschoben werden.
Gleichzeitig wurden die integralen Verluste erheblich reduziert. Maßgeblich daran war die
starke Profilentlastung in Seitenwandnähe und die Verhinderung des Aufrollens der Seitenwandscherschichten
und damit die Bildung dissipierender in der Turbine nicht mehr nutzbarer
Rotation beteiligt.
Das Ziel der Arbeit, die automatisierte Auslegung eines Schaufelgitters zur Reduzierung der
Sekundärströmungen und integralen Verluste unter Einsatz numerischer Optimierungsverfahren,
wurde damit erreicht. Abschließend wurde das Verfahren kritisch diskutiert, um Anregungen
für zukünftige Arbeiten zu geben.
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