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die Untersuchungen mit Gehäusestrukturierung gestellt. Der Verdichter wurde speziell zur Untersuchung
der in dieser Arbeit behandelten passiven Beeinflussungsmethoden von Sekundärströmungen
entworfen, gebaut und getestet. Dabei kamen aktuelle Auslegungsmethoden und
-kriterien zum Einsatz, um für die nachgeschaltete Applikation von Konturierung und Gehäusestrukturierung
eine Ausgangskonfiguration zu schaffen, die bereits über hohe Wirkungsgradund
Stabilitätswerte verfügt. Alle drei Schaufelreihen weisen 3D-Gestaltungsmerkmale auf.
Blattwinkel, Krümmungs- und Dickenverteilungen sowie die Auffädelung der einzelnen Schaufelschnitte
wurden basierend auf 3D-CFD-Berechnungsergebnissen angepasst. Durch die Einbeziehung
des Eintrittskonus und der Einlaufstrecke in das CFD-Modell konnten realistische
Naben- und Gehäusegrenzschichtdicken bei der Auslegung berücksichtigt werden. Die entsprechende
Geometrie ist in Abb. 9.2 skizziert. Die Positionen der Ausmischebenen sind aus Abb.
10.1 ersichtlich. Die IGV-Eintrittsebene ist ebenfalls eine Ausmischebene, hier schließt sich die
erwähnte Einlaufstrecke an. Im Verdichteraustritt wurde der Drosselgrad über eine statische
Druckrandbedingung eingestellt.
Nachdem die Auslegung unter Anwendung der oben genannten konventionellen, also bereits
in Produktionstriebwerken zu findenden 3D-Gestaltungsmethoden abgeschlossen war, wurde
der Verdichter mit nicht-achsensymmetrischer Endwandkonturierung ausgestattet. Rotornabe
und beide Endwände des Stators wurden in getrennten, sequenziellen Auslegungsschritten entsprechend
dem in Abschnitt 8.3 beschriebenen Prozess konturiert. Die Einflüsse der verbauten
Konturierung auf die wandnahen Strömungsbreiche sowie einige daraus abgeleitete Schlussfolgerungen
werden in den Abschnitten 11.2 und 12.1 diskutiert.
10.1.2 Vergleich zwischen Simulation und Experiment
Die in dieser Arbeit präsentierten Resultate basieren weitgehend auf den Ergebnissen stationärer
3D-CFD-Simulationen. Wie bereits in den Abschnitten 7 und 8.1 erwähnt, ist die Genauigkeit
aktueller numerischer Verfahren bei der Vorhersage einiger wichtiger aerodynamischer
Parameter von Axialverdichtern gewissen Limitierungen unterworfen. Um die Relevanz der Simulationsergebnisse
besser einordnen zu können, ist daher ein Abgleich mit experimentellen
Daten notwendig. In diesem Abschnitt wird ein solcher Vergleich für den 1,5-stufigen Forschungsverdichter
vorgestellt. Es werden sowohl die Gesamtperformance des Verdichters als
auch die radialen Verteilungen verschiedener Parameter herangezogen. Weiterhin wird die Verteilung
des statischen Gehäusedruckes über dem Rotor genutzt, um das Strömungsfeld an der
Rotorspitze qualitativ zu beurteilen. Alle in diesem Kapitel beschriebenen Vergleiche wurden bei
Auslegungsdrehzahl und ohne Gehäusestrukturierung über dem Rotor durchgeführt. Die Konfiguration
des Verdichters beinhaltete den modifizierten Rotor mit Nabenkonturierung sowie den
nicht modifizierten Stator mit Naben- und Gehäusekonturierung. Diese Variante wird in den
Abschnitten 11.2 sowie 12.1.1 näher beschrieben und soll im Folgenden als „Final“ bezeichnet
werden. Bei den Kennfelddarstellungen wurden Druckverhältnis und Massenstromfunktion auf
die Werte der CFD-Simulation im Auslegungspunkt bzw. auf der Arbeitslinie bezogen. Radiale
oder flächige Verteilungen wurden auf ihren jeweiligen Mittelwert bezogen.
Ein Vergleich der Kennfeldergebnisse von Experiment und CFD-Simulation ist in Abb. 10.2 gezeigt.
Die experimentelle Charakteristik endet nahe des aerodynamischen Stabilitätslimits. Aufgrund
des geringen Volumens des Plenums hinter dem Verdichter tritt beim Überschreiten dieses
Limits kein Pumpen, sondern Rotating Stall auf. Die CFD-Charakteristik endet beim höchsten
konvergierten Drosselgrad. Die Eintrittsebene lag in beiden Fällen vor dem IGV und die
48 10. Verdichter