Numerische Optimierung dreidimensional parametrisierter ...

schichten nicht vor. Der Umschlag erfolgt hier über den Mechanismus der bypass-Transition
und als Transition über einer Ablöseblase. Eine detaillierte Betrachtung dieser Mechanismen
soll hier aber nicht erfolgen (siehe dazu Mayle 1991 [48] und Walker 1992 [76]). Die komplexen
Transitionsmechanismen werden aufgrund der einfacheren Durchführung der Experimente
oft an ebenen Plattengrenzschichten untersucht. Die Haupteinflußparameter dieser Mechanismen
sind der Druckgradient in Strömungsrichtung, die Oberflächenkrümmung, die Stromröhrenkontraktion,
die Oberflächenbeschaffenheit, die Turbulenz benachbarter Strömungsgebiete,
Wärmeflüsse und Vibrationen. Die Lage des Punktes des laminar-turbulenten Grenzschichtumschlags
ist für die Bestimmung der Verluste von maßgeblicher Bedeutung.
Der Totaldruckverlust durch die Profilgrenzschichten führt im Nachlauf zu einem Geschwindigkeitsverlust.
Bei einer Traversierung in Umfangsrichtung im Nachlauf zeigt sich eine charakteristische
Delle im Geschwindigkeitsverlauf, die durch Integration dem Profilverlust in
diesem Schaufelschnitt entspricht.
2.2 Sekundärströmungsphänomene und -modelle
In dem Forschungsbereich der Sekundärströmungen in Turbomaschinen werden schon seit
geraumer Zeit intensive Untersuchungen durchgeführt. Die große Anzahl an Veröffentlichungen
kann im Rahmen dieser Arbeit nicht annähernd umfassend dargestellt werden. Dieser
Abschnitt beschränkt sich deswegen darauf, zunächst ausgewählte Sekundärströmungsphänomene
darzustellen und geht anschließend auf deren Beeinflussungsmöglichkeiten ein. Die
Beeinflussungsmöglichkeiten lassen sich dabei in aktive und passive Möglichkeiten untergliedern.
Eine aktive Sekundärströmungsbeeinflussung ist gekennzeichnet durch Massentransportvorgänge,
wie z. B. Einblasung oder Grenzschichtabsaugung. Aktive Maßnahmen sind im
Rahmen dieser Arbeit nicht vorgesehen und werden daher hier nicht näher betrachtet. Ebenso
wird auf eine Darstellung der Phänomene in Spaltströmungen verzichtet. Um eine passive
Sekundärströmungsbeeinflussung handelt es sich bei geometrischen Modifikationen der Strömungsberandung,
welche sich aus dem Schaufelblatt und den Seitenwänden zusammensetzt.
Der folgende Überblick soll hier besonders auf neuere Arbeiten eingehen, die dreidimensionale
geometrische Modifikationen thematisieren.
Durch Krümmungen der umströmten Oberflächen, durch Druckgradienten und Spalte zwischen
den einzelnen Bauteilen, wie sie charakteristisch in Turbomaschinenbeschaufelungen
auftreten, kommt es zu komplexen dreidimensionalen Strömungsphänomenen und Wirbeln8 .
8. Langston 2001 [46] definiert den Wirbel für Turbinenkonstruktionszwecke wie folgt: „In Turbinenauslegungen
stellt ein Wirbel eine Strömungseigenschaft im Strömungskanal dar, der sich aus einer Ansammlung von
durchgehenden Stromlinien, die sich spiralförmig um das Zentrum einer statischen Drucksenke bewegen, welche
einfache geschlossene Isobaren (statischen Drucks) in zum Durchgangsstrom orthogonalen Ebenen bilden.“
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