Numerische Optimierung dreidimensional parametrisierter ...

Das systematische Ablaufschema des Verfahrens ist in Abb. 5.2 ersichtlich. Der Befehlssatz
der Geometrieerzeugung basiert jeweils auf dem letzten Hauptfunktionsaufruf. Die Netzgenerierung
erfolgt für jeden Zielfunktionsaufruf mit gleichbleibender Topologie neu. Alle Strömungslösungen
erfolgen als Restart. Eine vollständige alte Lösung wird dafür auf die jeweils
neuen Netzkoordinaten gelegt. Als Restartlösungen werden nur Lösungen zugelassen, deren
Zielfunktion besser als die Startlösung und besser als die letzte Hauptfunktionslösung waren.
Die Strömungslösungen der Gradientenaufrufe werden aufgrund der Datenmenge nicht konserviert.
Die Hauptfunktionsaufrufe können automatisch Plot-Dateien zur manuellen Auswertung
erzeugen.
6. Optimierung eines Turbinengitters zur Reduzierung der
Sekundärströmungen und Verluste
Die im Rahmen dieser Arbeit erstellte Auslegungsmethodik der dreidimensionalen Optimierung
soll an einem Turbinengitter durchgeführt werden. Ziel der Auslegung sind eine Verringerung
der integralen Verluste und der Sekundärströmungen zur Verbesserung der Homogenität
der Abströmung. Ziel war auch sowohl den zeitlichen, als auch ökonomischen Aufwand der
Auslegung im Rahmen einer „normalen“ Auslegung zu halten, um den Nachweis der Anwendbarkeit
einer solchen Auslegungssystematik zu erbringen. Das optimierte Turbinengitter soll
anschließend experimentell untersucht werden, um anhand des Vergleichs mit den numerischen
Auslegungsdaten die notwendige Validierung des Systems durchzuführen. Die üblicherweise
in Turbomaschinen auftretenden Grenzschichten und die damit verbundenen Phänomene
entziehen sich durch ihre geringen Abmessungen einer detaillierten experimentellen Untersuchung.
Zur detaillierten Bestimmung der Strömungsverhältnisse eines Turbinengitters wird
deshalb für Messungen oft ein vergrößertes Modell verwendet. Um eine kostengünstige experimentelle
Untersuchung des optimierten Gitters zuzulassen, wurde die Einschränkung getroffen,
ein Gitter mit geraden Seitenwänden, wie es am Hochgeschwindigkeits-Gitterwindkanal
des Instituts für Strahlantriebe eingesetzt werden kann, zu verwenden. Durch den großen Maßstab
der Windkanalgitter kann eine sehr detaillierte Untersuchung der strömungsmechanischen
Effekte stattfinden. Als Startpunkt der Optimierung wurde ein modernes Gitter einer Niederdruckturbine
gewählt. Die Strömung in Niederdruckturbinen ist aufgrund des größeren Schaufelseitenverhältnisses
normalerweise weniger von Sekundärströmungen dominiert als bei
Hochdruckturbinen. Ziel neuer Niederdruckturbinenauslegungen ist es aber, wenn möglich,
Bauteile oder ganze Turbinenstufen einzusparen. Dadurch kommt es zu einer immer höheren
Leistungsdichte mit den damit verbundenen Problemen z. B. der stärkeren Sekundärströmungen.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß bei der Auslegung von Beschaufelungen für Niederdruckturbinen
normalerweise noch nicht auf Kühlungsaspekte Rücksicht genommen
werden muß. Kühlungsspezifische Anforderungen sind außer der Möglichkeit, z. B. die Profildicke,
Vorderkantendicke etc. als Nebenbedingungen setzen zu können, in dem momentanen
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