AG TURBO, TURBOTECH II: Vorhaben 1.134 - Optimierung des Stroemungsverhaltens von Verdichtergittern mit CDA-Profilierung. Der Einfluss periodisch instationaerer Zustroemung auf das Transitionsverhalten von Verdichtergittern Abschlussbericht

Abstract

For the aerodynamic design of turbomachine blades current methods generally apply steady flow theory and consider unsteady effects like blade row interaction, shock-boundary layer interaction, potential effects and secondary flow effects only by means of empirical or semi-empirical correlations. In the context of a modern, cost-oriented blade design efforts are made to increase the aerodynamic blade loading by considering these unsteady effects whereby efficiency and performance are kept constant. This results in a blade count reduction and consequently a weight reduction, but entails a highly three-dimensional and unsteady flow field, which makes great demands on numerical design codes. The primary goals of this work was to investigate the unsteady flow behavior in compressor cascades with controlled diffusion blading under the influence of upstream wakes and to obtain a detailed insight into the physics of unsteady boundary layer behavior. With the obtained data base a validation of unsteady codes should be conducted. The investigated cascades V110 and V111 are representative for the mid section of stator blades in a high pressure compressor. At the investigated low Reynolds number a loss reduction up to 20% was observed, while at the high Reynolds number a loss increase up to 30% compared to the steady flow case was noted. The numerical results obtained by the unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes code TRACEU which includes a transition correlation showed a very good agreement with the experimental results. Further on indications for new design criteria considering unsteady flow effects were provided. (orig.)Bei der aerodynamischen Auslegung von Turbomaschinenbeschaufelungen beruecksichtigten bisherige Verfahren instationaere Stroemungseffekte wie Schaufelreihen-Interaktion, Stoss-Grenzschicht-Wechselwirkung, Einfluss des Potentialfeldes und Sekundaerstroemungseffekte nur partiell ueber empirische und halbempirische Korrelationen. Im Rahmen einer modernen kostenorientierten Schaufelauslegung wird versucht, durch Optimierung der Schaufelprofile unter Beruecksichtigung der obengenannten instationaeren Effekte bei gleichbleibendem Wirkungsgrad und Leistungsverhalten die aerodynamische Schaufelbelastung zu erhoehen, wodurch eine Reduzierung der Schaufelzahl und damit eine kompaktere Bauweise mit geringerem Gewicht ermoeglicht wird. Das Resultat einer diese Effekte beruecksichtigenden Optimierung ist ein aeusserst komplexes, hochgradig dreidimensionales und instationaeres Stroemungsfeld, das hohe Anforderungen an die numerischen Auslegungsverfahren stellt. Primaeres Ziel dieser Arbeit war, durch eine detaillierte Untersuchung des instationaeren Stroemungsverhaltens um Verdichterschaufeln mit CDA-Profilierung unter dem Einfluss von Nachlaufdellen stromaufliegender Schaufelreihen einen tieferen Einblick in die physikalischen Vorgaenge innerhalb der Schaufelgrenzschicht zu ermoeglichen und mit Hilfe der experimentellen Daten instationaere numerische Verfahren zu validieren. Fuer die beiden untersuchten Verdichtergitter V110 und V111 wurde bei niedriger Zustroem-Reynoldszahl eine bis zu 20%-ige Verlustreduzierung und bei hoher Reynoldszahl ein bis zu 30%-iger Verlustanstieg gegenueber dem stationaeren Fall verzeichnet. Die Nachrechnung der experimentellen Ergebnisse mit dem instationaeren Reynolds-gemittelten Navier-Stokes-Verfahren TRACEU mit Transitionsmodellierung lieferte sehr gute Ergebnisse. Desweiteren wurden Hinweise fuer eine zukuenftige, die instationaeren Effekte beruecksichtigende Schaufelauslegung erteilt. (orig.)SIGLEAvailable from TIB Hannover: RR 6618(2000,6)+a / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekBundesministerium fuer Bildung und Forschung, Berlin (Germany)DEGerman