Numerische Optimierung dreidimensional parametrisierter ...

Mittelschnitts des Schaufelprofils. Das ebene Gitter mit der neu ausgelegten Seitenwand
wurde experimentell mittels pneumatischer Meßtechnik untersucht. Die Reynolds-Zahl war
mit 400000 dabei etwa halb so groß wie in Hochdruckturbinen üblich. Es konnte eine gute
Übereinstimmung der statischen Profildruckverteilungs- und Seitenwanddruckmessungen mit
den numerischen Ergebnissen festgestellt werden. Die Reduzierung der Sekundärwirbel und
Schwankungen des Abströmwinkels in Umfangsrichtung, durch eine starke Verringerung des
Querdruckgradienten im vorderen Teil der Schaufeln, konnte nachgewiesen werden. Im
Gegensatz zum numerischen Ergebnis ergab sich eine Verbesserung der integralen Verluste
durch die neue Seitenwand. Durch die Homogenisierung der Abströmung werden außerdem
geringere Verluste des darauf folgenden Gitters erwartet.
Yan et al. 1999 [83] untersuchten den Einsatz einer umfangsunsymmetrischen Seitenwandkontur
für ein Düsengitter einer Hochdruckturbine. Ziel der Auslegung war die Reduzierung der
Sekundärströmungen. Die ausgelegte Seitenwand weist eine konvexe Kontur in Druckseitennähe
und eine konkave Kontur nahe der Saugseite auf. Die numerischen Ergebnisse der Seitenwandkonturierung
wurden mit Messungen in einem Niedergeschwindigkeits-Windkanal
gegenübergestellt. Auf der glatten Seitenwand wird die Fortpflanzung der Seitenwandgrenzschicht
in einen deutlich ausgeprägten Kanalwirbel detektiert. Durch die Seitenwandkonturierung
kommt es in Seitenwandnähe zu einer Erhöhung des statischen Drucks auf der Saugseite
und zu einer Reduzierung des statischen Drucks auf der Druckseite, was die Bildung des Verlustkerns
verringert. Die Abströmung wurde durch die Seitenwandkonturierung homogenisiert.
Eine geringere Erstreckung der Sekundärströmungen in radialer Richtung konnte erreicht
werden. Insgesamt wurde die secondary kinetic energy um ca. 20 % reduziert, die integralen
Totaldruckverluste konnten aber nur sehr wenig verringert werden. Numerisch wurde die
Sekundärverlustreduzierung geringer vorhergesagt als sie experimentell bestimmt wurde.
Eine systematische Optimierung der Seitenwandgestaltung eines Turbinengitters im Bereich
der Gitterplattform wurde von Pioske et al. 1999 [56], Pioske 1999 [57] im Hinblick auf die
Einflüsse der Sekundärströmung durchgeführt. Die Arbeit umfaßt numerische Untersuchungen
und experimentelle Versuche im Wasserkanal. Die Untersuchungen wurden dabei erst an ebenen
Turbinengittern durchgeführt und dann auf Ringgitterkonfigurationen übertragen. Als
Strömungslöser wurde der kommerzielle CFD-Code TASC-Flow eingesetzt. In Schaufellängsrichtung
wird auf der Druck- und der Saugseite jeweils eine Sinusfunktion definiert. Durch
lineare Interpolation in Umfangsrichtung wird eine Fläche aufgespannt, die einen sogenannten
bump beschreibt. Anhand einer Parameterstudie wurden Variationen der Seitenwandkonturierungen
in bezug auf Lage, Tiefe und Ausrichtung der bumps vorgenommen. Im Unterschied zu
einer dreidimensionalen Schaufelgestaltung ist bei der dreidimensionalen Seitenwandgestaltung
eine Einflußnahme auf die Profilbelastungsverteilung in einem räumlich eng begrenzten
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