Numerische Optimierung dreidimensional parametrisierter ...

Zur Gewährleistung einer symmetrischen Schaufelströmung ist das Gitter symmetrisch zum
Mittelschnitt ausgelegt worden. Der Übergang der parallelen Windkanal-Zuströmung in den
divergenten Bereich erfolgt 74 mm axial vor dem Gittereintritt durch einen Radius von
130 mm. Durch Duden 1999 [18] wurde festgestellt, daß in diesem Bereich keine Ablösungen
auftreten. Der Auslegungsabströmwinkel des Gitters ändert sich durch diese Maßnahme auf
den Winkel:
Abströmwinkel β2 = 24.5°
Der Einbau des Gitters T106D in den Windkanal ist aus Abb. 6.1 ersichtlich. Dargestellt ist ein
Schnitt durch das Gitter T106D, der Einbau des Gitters in die Gitterdrehscheibe und eine
Ansicht des Schnitts A--A, aus dem der Meridionalkanalverlauf durch die Holzseitenwände
und die divergenten Gitterträger ersichtlich werden.
6.2 Optimierung des Gitters T106D
Die numerische Auslegung des Gitters T106Dopt wurde mit der oben beschriebenen Auslegungsmethodik
durchgeführt. Das Ziel dieser Optimierung ist die Reduzierung der integralen
Verluste und eine Homogenisierung der Gitterabströmung durch die Reduzierung der Sekundärströmungen.
Das optimierte Gitter T106Dopt hat als Vorgabe der Auslegung die gleichen
aerodynamischen Eintritts- und Austrittsrandbedingungen zu erfüllen. Vorgabe war insbesondere
die Einhaltung des integral flußgemittelten Abströmwinkels in Umfangsrichtung und des
integralen Massenstroms zur Gewährleistung der gleichen Enthalpieumsetzung wie das Ausgangsgitter.
Der Optimierungskreislauf und die darin eingesetzten Verfahren sind zur Auslegung von Ringgittern
realer Maschinen vorgesehen. Die Definition der strömungsmechanischen Randbedingungen
ist in den Verfahren nur für Zylinderkoordinaten implementiert. Das ebene Gitter für
den Hochgeschwindigkeits-Gitterwindkanal wurde zur Optimierung deshalb quasi eben auf
einem Radius im Mittelschnitt von 10000 mm modelliert. Aufgrund des symmetrischen Problems
wurde außerdem nur die halbe Schaufelhöhe berechnet.
Die Schaufelgittergeometrie wurde zuerst mit den angesprochenen Präprozessoren konvertiert
und entsprechend den im System enthaltenen Vorgehensweisen parametrisiert 48 . Im axialen
Bereich zwischen der Gittereintrittsebene und der -austrittsebene wurde die Gehäuseseitenwand
für eine axiale Seitenwandkonturierung parametrisiert. Als Variablen wurden der Radius
und die Steigung der Kontur am mittleren Punkt der axialen Seitenwandkonturierung freigegeben.
Das Schaufelblatt wurde auf 21 normalen und zwei extrapolierten Stromlinien vom Mittelschnitt
bis zum Gehäuse definiert. Die Stromlinien, auf dem die Schaufelschnitte der
48. Die Parametrisierung von Splines kann nicht wie z. B. Polynome durch eine mathematische Abbildungsvorschrift
erfolgen, sondern stellt letztlich eine Approximation dar.
69