Numerische Optimierung dreidimensional parametrisierter ...

Abb. 2.12: Krümmungsmotivierte Seitenwandgestaltung, Bischoff 1983 [8] .
Er setzte dafür der konvexen Krümmung der Schaufel eine konkave Krümmung auf der Seitenwand
gegenüber (siehe Abb. 2.12). Die Form der Seitenwandgestaltung stellt dabei sicherlich
noch kein Optimum dar, doch die grundsätzliche Überlegung war letztlich der
Ausgangspunkt vieler neuer Untersuchungen zu dieser Thematik.
Statorschaufeln einer axialen Gasturbine erzeugen in Umfangsrichtung stark ungleichförmige
statische Drücke am Plattformende hinter dem Schaufelaustritt. Der Naben-Kühlluftstrom muß
dementsprechend für den höchsten auftretenden statischen Druck ausgelegt werden, um eine
Leckage des heißen Gases in die axialen Nabenspalte zwischen Rotor und Stator zu verhindern.
Durch ein Angleichen der statischen Drücke am Gitteraustritt kann das Druckniveau der
nach dem Gitter ausgeblasenen Kühlluft und damit der Brennstoffverbrauch reduziert werden.
Dies stellt die Intention von Rose 1994 [60] dar, numerische Untersuchungen einer nicht axialsymmetrischen
Nabenkontur durchzuführen. Durch eine parametrisch erzeugte Modifikation
des Rechennetzes konnte Rose, mittels dreidimensionaler Navier-Stokes-Berechnungen, eine
Verringerung der Ungleichmäßigkeit in Umfangsrichtung um 70 % aufzeigen. Die Rechnungen
wurden durchgehend turbulent unter Anwendung des Baldwin-Lomax-Turbulenzmodells
durchgeführt. Die optimierte Seitenwand zeigt in Umfangsrichtung ungefähr einen sinusförmigen
Verlauf am Schaufelaustritt. Die Wellenlänge des Kurvenverlaufs entspricht der Schaufelteilung.
Durch die Seitenwandkonturierung wurde maßgeblich die saugseitige Schaufelströmung
beeinflußt, die druckseitige Schaufelströmung zeigte kaum Veränderungen auf. Rose
glaubt, daß Seitenwandkonturen entwickelt werden können, die einen gleichmäßigen stati-
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