Turbotech, Verlustminderung. Teilvorhaben 1.2.2.9: Beinflussung der Sekundaerstroemungen durch Gestaltung der Profilvorderkante und des Uebergangs zur Seitenwand. T. 1 Abschlussbericht

In dem Vorhaben wurden experimentelle und numerische Untersuchungen ueber die Sekundaerstroemung in den Randzonen von Turbinengittern durchgefuehrt. Diese Sekundaerstroemung besteht im Detail aus mehreren sich ueberlagernden Wirbeln, wobei die Sekundaerverluste insbesondere von der Intensitaet des Kanalwirbels bestimmt werden. Dem Kanalwirbel ueberlagert sich der sogenannte Hufeisenwirbel, der im Staubereich vor der Profilnase entsteht, und dessen saugseitiger Ast dem Kanalwirbel entgegenwirkt. Da die Intensitaet des Hufeisenwirbels mit der Verdickung der Nasenpartie des Schaufelprofils zunimmt, wurden zur Ermittlung des Einflusses einer derartigen Verdickung auf die Sekundaerverluste mehrere Gitter sowohl aus zylindrischen Schaufeln mit unterschiedlich dicken Profilnasen und sonst gleichem Profil als auch aus Schaufeln mit einer sogenannten Bugwulst im Seitenwandbereich untersucht. Der Vergleich von Rechen- und Messergebnissen ergab, dass die Genauigkeit der mit einem 3D Navier-Stokes-Verfahren erhaltenen Sekundaerverluste nicht ausreicht, um die Unterschiede bei den zu vergleichenden Gittern einigermassen genau zu erhalten. Der Schwerpunkt wurde deshalb auf die Messungen in einem Gitterwindkanal gelegt. Die Messergebnisse zeigen, dass durch die Bugwulst eine Intensivierung des saugseitigen Astes des Hufeisenwirbels und eine Abdraengung des Kanalwirbels erreicht wird. Bei Verwendung von Schaufeln mit Bugwulst im Seitenwandbereich kann eine Verminderung der Sekundaerverluste um 27% (0,45 Prozentpunkte), bezogen auf eine Schaufelhoehe von 100 mm, bei grossen Umlenkungen erzielt werden. Es wird gezeigt, dass sich allein durch grosse Nasenradien bei zylindrischen Schaufeln keine Verringerung der Sekundaerverluste ergibt. Der Einfluss von Dicke und Form der Seitenwandgrenzschicht vor dem Gitter wird dargestellt. (orig.)In the project experimental and numerical investigations of the secondary flow in turbine cascades were performed. This secondary flow consists in detail of several vortices, which interact each other, and the secondary losses are especially determined by the intensity of the passage vortex. Upstream of the blade leading edge the so-called horseshoe vortex arises and its suction side leg has an opposite sense of rotation as the passage vortex. Because the intensity of the horseshoe vortex increases with the thickening of the blade leading edge several cascades consisting of cylindrical blades and modified leading edges as well as cascades consisting of blades with thickened leading edge only in the endwall range were tested. The comparison of numerical and experimental results yielded that the accuracy of the secondary losses of the 3D Navier-Stokes calculations is not sufficient, in order to obtain the accurate differences of the losses of the several cascades. Therefore the essential investigations were the measurements in a cascade wind tunnel. The experimental results show that by the application of blades with thicker leading edge in the endwall range the secondary losses decrease. In the case of a high-turning cascade a reduction of the secondary losses of 27 per cent (related to a blade height of 100 mm) was measured. The influence of the thickness and shape of the boundary layer at the cascade inlet is shown. The necessity of the optimization of the blade shape in the endwall range is proved. (orig.)SIGLEAvailable from TIB Hannover: F96B555+a / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische InformationsbibliothekBundesministerium fuer Bildung, Wissenschaft, Forschung und Technologie, Bonn (Germany)DEGerman