Numerische Optimierung dreidimensional parametrisierter ...

dimensionalen Auslegung aber nur in relativ großen Grenzen als Nebenbedingungen gesetzt.
Dies dient insbesondere dazu, eventuell auftretende extreme Geometriekonfigurationen, bei
denen die numerischen Modelle des Strömungslösers deutlich außerhalb ihres Definitionsbereichs
angewendet werden, zuverlässig zu vermeiden. Eine Eingrenzung des Lösungsraumes
erfolgt dadurch nicht und wäre auch nicht zielführend, da die optimale dreidimensionale
Druckverteilung erst das Ergebnis der Optimierung ist.
Eine weitere Beurteilung des Ergebnisses findet auf einer Bewertungsebene statt. Normalerweise
wird hierfür die letzte Netzebene bzw. bei Stufenberechnungen die Mischungsebene der
dreidimensionalen Berechnung zur Evaluierung der Abströmung eines Gitters durch integrale
Parameter aus dem Strömungslöser herangezogen. Den wichtigsten Zielfunktionswert zur
Beurteilung der Güte des Schaufelgitters stellt meistens der integral flußgemittelte Totaldruckverlust
(bei Statoren) dar. Bei Rotoren kann der Entropiezuwachs und bei Stufen der isentrope
Stufenwirkungsgrad bewertet werden. Zur Beurteilung der noch nicht ausgemischten, aber oft
nicht mehr nutzbaren Sekundärströmungsenergie wird die secondary kinetic energy integral
massengemittelt. Zum Vergleich mit experimentellen Untersuchungen wird der integral massengemittelt
bezogene Totaldruckverlust bestimmt. Der flußgemittelte integrale Abströmwinkel
in Umfangsrichtung dient als Maß für die Arbeitsumsetzung des Gitters. Der Wert ist die
wichtigste einzuhaltende Nebenbedingung bei einer aerodynamischen Optimierung. Aus Voruntersuchungen
hat sich ein Intervall für diese Nebenbedingung von ∆β2 ± 0.15° von der
Startberechnung als praktikabel erwiesen. Der Massenstrom ist direkt an den Abströmwinkel
gekoppelt und muß damit nicht als zusätzliche Nebenbedingung gesetzt werden.
Zur feinfühligen Erfassung der Sekundärströmung werden Kriterien aus den radialen Verläufen
von umfangsgemittelten Werten berechnet. Als ideal sekundärströmungsfreie Referenz des
Abströmwinkels in Umfangsrichtung wird das Ergebnis der S2-Lösung als Vorgabe gesetzt.
Zur Bewertung der Sekundärströmung wird von dem umfangsgemittelten Abströmwinkel in
Umfangsrichtung aus der dreidimensionalen Rechnung der eben genannte Referenzwinkel
abgezogen. An dem sich ergebenden Kurvenverlauf zur radialen Achse wird eine Kurvendiskussion
durchgeführt. Errechnet wird die maximale Differenz der Über- und Minderumlenkung
aus der Differenz zwischen maximalem und minimalem Wert. Zur Vermeidung von
radialen Schwingungen der Kurve werden die Flächen des Kurvenverlaufs zur radialen Achse
positiv (im Betrag) integriert. Außerdem werden die Abstände der Flächenschwerpunkte der
größten positiven und der größten negativen Teilflächen zur radialen Achse von der Seitenwand
bestimmt. Die gleichen Ergebniswerte werden für den massengemittelten radialen Verlauf
der secondary kinetic energy erzeugt.
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