Numerische Optimierung dreidimensional parametrisierter ...

Die Parametrisierung in axialer Richtung ergibt sich durch B-Splines mit sechs Stützpunkten.
Es können daher sieben relativ eigenständige Bereiche modifiziert werden. Die Definition in
Umfangsrichtung erfolgt durch sechs Stützpunkte, die durch eine Fourier-Reihe erzeugt werden.
Ausgehend von einer aerodynamischen Sensitivitätsanalyse werden die Koeffizienten der
Fourier-Reihe invers aus dem Jacobi-Vektor als lineare Superposition bestimmt. Die erzeugte
Geometrie (Abb. 2.13) wurde dann mittels eines Reynolds-gemittelten Navier-Stokes-Verfahrens
nachgerechnet. Die Profil- und Seitenwandoberflächen wurden adiabat und vollturbulent
modelliert. Die geometrischen Variablen wurden mit Restriktionen limitiert. Mit der berechneten
Seitenwandkonturierung wurde die Überumlenkung signifikant reduziert. Die Sekundärwirbel,
dabei besonders der Kanalwirbel, wurden vermindert. Eine Reduzierung der secondary
kinetic energy wurde dadurch erreicht. Es konnte aber so gut wie keine Verringerung der integralen
Verluste festgestellt werden. Die Verlustverringerung bewegte sich innerhalb der
Genauigkeit des CFD-Codes.
Abb. 2.14: Ansicht der Seitenwandkonturierung als Schnitt in Umfangsrichtung im vorderen
Schaufeldrittel, Harvey et al. 1999 [34] .
Die geringe Verlustabnahme läßt sich wahrscheinlich auf eine deutliche Erhöhung der überströmten
reibungsbehafteten Seitenwandfläche erklären. Der zwischen der Profildruck- und
der benachbarten Profilsaugseite ausgebildete Querdruckgradient, als anfachender Mechanismus
des Kanalwirbels, konnte durch die Seitenwandkonturierung (Abb. 2.14) wirksam reduziert
werden. Durch die inverse lineare Superposition der Jacobi-Matrix am Ausgangspunkt
konnte eine Reduzierung der ersten Harmonischen der umfangsunsymmetrischen statischen
Profildruckverteilung erreicht werden. Die Glättung der zweiten und dritten Harmonischen der
Schwankung war zu komplex. Versuche eines gleichzeitigen Umstaffelns der Schaufel, als
eine Kombination aus lean und bow, führten zu einer merklichen Reduzierung der Überumlenkung
und einer Erhöhung der Unterumlenkung. Der Gitterwirkungsgrad sank dabei erheblich
ab, ebenfalls wahrscheinlich aufgrund der größeren benetzten Oberfläche. Ein Vorteil der
erzeugten Seitenwandkonturierung liegt in der unveränderten Umlenkung und Belastung des
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