Download (9Mb) - tuprints

(a) Axialturbinenrotor [47] (b) Lineare Verdichterkaskade [48]
Abbildung 7.1.: Beispiele für nicht-achsensymmetrische Konturierungen.
jedoch die anschauliche Darstellung einiger grundlegender Aspekte und soll daher für diesen
Abschnitt beibehalten werden. Für eine in die Meridionalebene projizierte wandnahe Stromlinie
mit einem lokalen Krümmungsradius r gilt
∂ p s
∂ j
∼ 1 r
(7.1)
Ist die Wand für die Strömung konvex gekrümmt, so erhöht sich der statische Druck. Bei konkaver
Krümmung sinkt er. Dieses Prinzip kann analog auch für die Umfangsrichtung übertragen
werden. Hier interagiert zwar die lokale Krümmung der Wand mit dem durch die Schaufeln
hervorgerufenen Druckgradienten. Der grundlegende Effekt, laut dem eine stärkere lokale
Krümmung der Stromlinien mit einem stärkeren statischen Druckgradienten senkrecht zur Strömungsrichtung
einhergeht, ist jedoch derselbe. Einen ebenfalls zu berücksichtigenden Einfluss
hat die effektiv durchströmte Fläche. Sie ergibt sich aus der geometrischen Querschnittsfläche
unter Berücksichtigung von Verblockungseffekten. Wird die Fläche lokal vergrößert, so steigt
der statische Druck bei gleichem Massendurchsatz, bei einer Flächenverringerung sinkt er. Im
Gegensatz zu den Krümmungseffekten hat eine Änderung der effektiven Querschnittsfläche einen
weniger lokalen Einfluss und wirkt sich damit stärker auf das Strömungsfeld in Kanalmitte
aus.
Durch eine Konturierung können die Krümmungsverläufe in Axial- und Umfangsrichtung sowie
die lokale Querschnittsfläche gezielt modifiziert werden. Unabhängig von der Schaufelgeometrie
lässt sich so beispielsweise der statische Druckgradient in Umfangsrichtung und damit
die Querkanalströmung entweder abschwächen oder verstärken. Die anzustrebende Druckverteilung
ist unter anderem abhängig vom Strömungsbild der Ausgangsvariante sowie von der
jeweiligen Zielsetzung und muss daher für jeden konkreten Anwendungsfall neu definiert werden.
7.1.2 Konturierung in Axialturbinen
Obwohl nicht der eigentliche Gegenstand der vorliegenden Arbeit, ist ein kurzer Überblick
über den Stand der nicht-achsensymmetrischen Endwandkonturierung in Axialturbinen sinn-
7.1. Endwandkonturierung 23