Analyse der Sekundaerstroemungswirbel in Turbinenstatoren unter besonderer Beruecksichtigung der Eintrittsgrenzschichten

In der vorliegenden Arbeit wird ein Wirbelmodell zur detaillierten Beschreibung eines Wirbels nach Groesse, Lage, Staerke und Verlust vorgestellt. Das Modell wurde anhand von Ergebnissen an numerischen und experimentellen Untersuchungen an zwei Turbinenstatoren mit Fokus auf die Kanalwirbel validiert. Ein Kanalwirbel kann durch den Sekundaerstroemungswirbel naeherungsweise beschrieben werden, der aus einem Potentialwirbel mit endlichem Aussenradius besteht. Sekundaerstroemungswirbel besitzen eine typische Isolinenverteilung der Umlenkgeschwindigkeit, die eine einfache Bestimmung der Lage, der Form, der Staerke und der Fluidrotation des Wirbels ermoeglicht. Die Analyse der Kanalwirbel in den betrachteten Turbinenstatoren zeigt, dass mit zunehmender Eintrittsgrenzschichtdicke die Groesse und Staerke der Wirbel zunimmt und einen erheblichen Einfluss auf die Form der Nachlaufdelle hat. Zur Beschreibung der Sekundaerverluste wird ein Modell entwickelt, das den Wirbelverlust als Summe der Teilverluste aus Dissipation, Rotation und Transport beschreibt. Der Teilverlust aus Dissipation ist bei den betrachteten Wirbeln vernachlaessigbar klein. Es kann die Hypothese bestaetigt werden, dass der Kanalwirbel hauptsaechlich am Transport von Grenzschichtverlusten, nicht aber an deren Produktion beteiligt ist. (orig.)A vortex model is established for detailed analysis of size, location, strength and losses of secondary vortices. Numerical and experimental investigations in two turbine stators - with a focus on the passage vortices -have been used for model verification. The passage vortex can be approximately modelled with the secondary vortex which is a combination of a solid body and a potential vortex with a limited diameter. Secondary vortices have a typical isoline pattern of the velocity which enables to determine the location, the strength and the fluid rotation. The analysis of the passage vortices shows that the thickness of the inlet boundary layer has a significant influence to the vortex strength and to the shape of the wake. The loss of a secondary vortex can be calculated as the sum of losses due to dissipation rotation and transport. The dissipation losses is negligible for the investigated vortices. The hypothesis is proved that a passage vortex is responsible for the transport, but not involved in the production of losses. (orig.)SIGLEAvailable from TIB Hannover: RN 437(95-17) / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekDEGerman