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(a) Topologie auf der Schaufelsaugseite [12] (b) Beteiligte Phänomene [13]
Abbildung 4.3.: Corner Stall an der Nabe eines Stators.
eine signifikante Verblockung des Annulusquerschnitts. Die Topologie der Eckenablösung ist
sehr komplex. Gbadebo et al. wählten eine in Abb. 4.3a gezeigte Beschreibung über Kombinationen
von Knoten, Sattelpunkten und Foki [12]. Laut dieser Studie ist zwischen Schaufelsaugseite
und Endwand immer ein Gebiet mit abgelöster Strömung zu finden, welches lediglich in
seinen Abmessungen sowie der Anzahl von Knoten und Sattelpunkten variiert. Um das Auftreten
von Corner Stall vorherzusagen, wurden von Lei et al. zwei Parameter eingeführt, ein
Stallindikator und ein Diffusionsparameter [13]. Sie wurden unter der Annahme hergeleitet,
dass die in Abb. 4.3b gezeigten Mechanismen ausschlaggebend für die Entstehung von Corner
Stall sind. Im Einzelnen handelt es sich dabei um den wandnahen statischen Druckanstieg in
Hauptströmungsrichtung, die Querkanalströmung und das Geschwindigkeitsprofil innerhalb der
Wandgrenzschicht stromauf der Schaufel. Weiterhin von Bedeutung ist das Teilungsverhältnis
des wandnächsten Profilschnittes. Unter anderem erklärt dieses Modell anschaulich, wieso bei
Statoren mit Deckband die Totaldruckverluste von der Umfangskomponente des Geschwindigkeitsvektors
des aus der Kavität austretenden Fluids abhängen, wie von Demargne und Longley
berichtet [14]: Die Umfangsgeschwindigkeit der in die Passage eintretenden Wandgrenzschicht
wird in Rotordrehrichtung vergrößert, womit sich die Neigung zum Corner Stall verringert.
Trotz einer gewissen Validierung mit Hilfe von numerischen und experimentellen Daten ist
das Modell von Lei aufgrund diverser Vereinfachungen nicht universell anwendbar. Neben
der Schaufelstreckung [15] und diversen 3D-Schaufelgestaltungsmerkmalen [16] haben auch
Ausrundungsradien am Schaufelfuß sowie die Form und Rauhigkeit der Schaufelvorderkante
einen signifikanten Einfluss auf die Größe der Eckenablösung [17, 18]. Weiterhin existieren
Hinweise, dass der Hufeisenwirbel an der Entstehung von sowohl Corner Separation als auch
Corner Stall beteiligt ist [12]. Ist an der Schaufel ein Spalt oder Teilspalt vorhanden, so kann die
Eckenablösung durch den auftretenden Leckagestrom verkleinert und sogar vollständig unterdrückt
werden [19]. Da es sich um ein vollständig dreidimensionales Problem handelt, kann es
durch die klassische zweidimensionale Grenzschichtmodellierung nicht adequat modelliert werden
[12]. Dies unterstreicht die Notwendigkeit von 3D-CFD-Berechnungsmethoden. Die heute
gebräuchlichen RANS-Verfahren können zwar nicht die exakten Abmessungen der Eckenablösung
sicher vorhersagen, liefern aber für Auslegungszwecke ausreichend genaue Hinweise auf
das eventuelle Vorhandensein eines Corner Stall [20].
4.2. Dreidimensionale Ablösungen im Endwandbereich 17